Автор: Осипов В.О. Храпов В.Г. Бобриков Б.В.
Теги: транспорт железные дороги
ISBN: 5-277-00007-0
Год: 1988
Текст
мосты
И ТОННЕЛИ
НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ТРАНСПОРТ-
мосты
И ТОННЕЛИ
НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ
Под редакцией
д-ра техн, наук,
проф. В. О. ОСИПОВА
Утверждено
Главным управлением
учебными заведениями МПС
в качестве учебника для студентов
вузов по специальности 1210
"Строительство железных дорог,
путь и путевое хозяйство"
МОСКВА "ТРАНСПОРТ” 1988
УДК [624.21 84-624.19]: 625.1
Мосты и тоннели на железных дорогах: Учебник для вузов /
В. О, Осипов, В. Г. Храпов, Б В. Бобриков и др.; Под ред. В. О Оси-
пова. М.: Транспорт, 1988. — 367 с
Рассмотрены основные виды искусственных сооружений (мосты,
тоннели, водопропускные трубы), применяемые на железных доро-
гах. Изложены основные положения проектирования мостов, тонне-
лей и водопропускных. труб и современные методы их расчета на
основе действующих нормативных документов
Значительное внимание уделено технологии изготовления эле
ментов конструкций и постройке искусственных сооружений, а так
же их эксплуатации, ремонту и реконструкции.
Учебник предназначен для студентов вузов железнодорожного
транспорта специальности 1210 «Строительство железных дорог,
путь и путевое хозяйство», может служить пособием для инженеров-
мостовиков и путейцев
Ил 391, табл 15
Рецензенты: проф Ю. Г. Козьмин (кафедра «Мосты»
ЛИИЖТа), начальник Гипротрансмоста О А Попов, инж
И С Файнштейн
Заведующий редакцией В. Г Пешков
Редактор К М Ивановская
Учебник написали предисловие, гл. 3, 4, 25—29 — проф.
В О Осипов, гл 1, 2 (кроме п 2.3), 20—24 — доц. Б В Бобриков:
гл. 11—15, 18, 19 —доц И М. Русаков; гл. 5, 6, 16, 17 —доц
В М Честной; гл. 7—10 и п 2 3 —доц В К. Блохин; гл 30 — 40 —
проф В Г Храпов.
3601020000-409
049(01)-88
104-88
ISBN 5-277-00007-0
© Издательство «Транспорт», 1988
ПРЕДИСЛОВИЕ
Ускорение научно-технического про-
гресса в транспортном строительстве
способствует снижению на его основе
материалоемкости, трудоемкости; эко-
номии топливно-энергетических ресур-
сов; развитию и дальнейшему совершен-
ствованию транспортной системы и ее
основного звена — железнодорожного
транспорта.
Искусственные сооружения — мосты,
тоннели, водопропускные трубы — важ-
нейшие, сложные и дорогостоящие эле-
менты транспортных магистралей. Об-
щая протяженность их на сети железных
дорог СССР составляет несколько тысяч
километров, а стоимость — около 17 %
стоимости основных средств путевого
хозяйства. Проектирование, сооружение
и эксплуатация искусственных сооруже-
ний — взаимосвязанный сложный про-
цесс, для выполнения которого требует-
ся высокая специальная подготовка ин-
женера.
Дальнейшее развитие проектирования
искусственных сооружений связано
с разработкой и совершенствованием
конструктивных форм, методов расчета,
выбором и разработкой наиболее эффек-
тивных материалов, прогрессивных ме-
тодов и технологий изготовления эле-
ментов и строительства, с обеспечением
высокой надежности и долговечности
конструкций при минимальных затратах
на их сооружение и эксплуатацию. Боль-
шие перспективы в области проектирова-
ния связаны с широким применением
ЭВМ и систем автоматизированного про-
ектирования (САПР).
В области строительства искусствен-
ных сооружений одним из главных на-
правлений является дальнейшее повыше-
ние индустриализации путем ускорения
комплексной механизации, организации
поточного производства элементов кон-
струкций и их монтажа. Одной из
важнейших задач является повышение
качества строительства искусственных
сооружений.
Серьезные проблемы возникают в со-
держании искусственных сооружений на
железных дорогах. Срок службы многих
из них достигает 100 лет и более. Поэтому
в эксплуатации находятся сооружения,
построенные в течение века по различным
строительным нормам; грузоподъем-
ность и надежность их различны. В
процессе эксплуатации в сооружениях
возникает немало повреждений; мно-
гие сооружения по мере изменения ус-
ловий эксплуатации железных дорог
или судоходства нуждаются в реконст-
рукции и усилении.
Для обеспечения нормальной работы
сооружений и длительного срока их
службы выполняется комплекс работ,
связанных с обследованием, испытания-
ми, оценкой грузоподъемности и надеж-
ности, ремонтом, усилением и реконст-
рукцией. Обследования, испытания
должны выполняться с использованием
современных методов исследования
с применением новейших приборов.
Оценка грузоподъемности и надежности
в комплексе работ по содержанию соору-
жений имеет особое значение. При реше-
нии этих задач необходимо широко ис-
пользовать современные методы расчета,
испытаний и экспериментальных иссле-
дований. Работы по ремонту, усилению и
реконструкции должны быть максималь-
но механизированы с применением но-
вых материалов и новейших методов тех-
нологии, обеспечивающих высокое каче-
ство работ с минимальным стеснением
движения поездов и максимальным обес-
печением безопасности их движения.
Учебник написан для студентов транс-
портных вузов специальности 1210
«Строительство железных дорог, путь и
путевое хозяйство» в соответствии с утвер-
жденной программой. Инженер -по этой
специальности должен знать конструк-
цию искусственных сооружений, вла-
деть методами проектирования, уметь
их строить и эксплуатировать. Учиты-
вая это, авторы стремились изложить
материал так, чтобы он максимально
удовлетворял требованиям подготовки
инженеров указанного профиля. Поэто-
му достаточно широко рассмотрены кон-
струкции современных, построенных ра-
нее и находящихся в эксплуатации
сооружений; вопросы расчета, проекти-
рования, технологии изготовления эле-
ментов конструкций и строительства,
а также содержания искусственных со-
оружений.
В данном учебнике более подробно
изложены конструктивные особенности
и способы сооружения и эксплуатации
наиболее массовых искусственных соо-
ружений, в строительстве, проектирова-
нии и эксплуатации которых принима-
ют участие выпускники специальности
1210. В связи с этим мосты сложных
систем и больших пролетов, крупные
тоннели и метрополитены, мосты особых
видов (разводные, наплавные и др.) в
учебнике почти не рассматриваются. Не
включены в учебник мосты и тоннели
под автомобильную дорогу.
Материал учебника изложен в соот-
ветствии с действующими нормативными
общесоюзными и ведомственными доку-
ментами с использованием принятых
в них формул и обозначений.
Авторы выражают глубокую призна-
тельность заведующему кафедрой «Мо-
сты» ЛИИЖТа д-ру техн, наук, проф.
Ю. Г. Козьмину, начальнику Гипро-
трансмоста О. А. Попову, кандидатам
техн, наук, доцентам ЛИИЖТа Г. И. Бог-
данову, В. А. Подчекаеву и Ю. С. Фро-
лову; канд. техн, наук, старшему науч-
ному сотруднику В. Е. Меркину, инж.
И. С. Файнштейну за ценные рекоменда-
ции, которые были учтены при написании
учебника.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
МОСТЫ И ТРУБЫ
Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОСТАХ
1.1. Основные виды мостов
Мостом называется сооружение,
обеспечивающее пропуск транспортной
магистрали над препятствием.
Мостовой переход включает
в себя мост и комплекс связанных с ним
сооружений — насыпь подхода, регуля-
ционные сооружения, направляющие
водный поток, и берегоукрепительные
устройства (рис. 1.1).
Мостовое сооружение (рис. 1.2) сос-
тоит из береговых опор, промежуточных
опор и пролетных строений, перекры-
вающих пространство между опорами и
передающих вес от нагрузок через опоры
на грунты основания. По пролетным
строениям уложено мостовое полотно/
по которому осуществляется движение
транспортных средств.
Важнейшие размеры моста следую-
щие: отверстие моста £0 —
сумма пролетов в свету по средней ли-
нии между уровнем меженных вод
(УМВ) и уровнем высоких вод (УВВ),
высота моста Н от УМВ до поверхности
проезда, свободная высота под мостом
Яо между УВВ и низом пролетного строе-
ния, строительная высота h от подошвы
рельса (проезжей части) до низа пролет-
ного строения.
Приводимая ниже классификация мо-
стов иллюстрируется фотографиями и
расчетными схемами характерных соору-
жений и производится по следующим
признакам.
По назначению: железнодо-
рожные, автодорожные, городские, пеше-
ходные, совмещенные (для железнодо-
рожного и автомобильного транспорта)
и специальные (для трубопроводов и
других коммуникаций);
по статической схеме и ха-
рактеру работы под нагрузкой: балочные
разрезные, консольные и неразрезные
(рис. 1.3); рамные (рис. 1.4); арочные
(рис. 1.5); вантовые (рис. 1.6); висячие
(1.7): комбинированные (рис. 1.8);
по виду преодолеваемо-
го препятствия: собственно мост
(пересечение водотока (см. рис. 1.3),
путепровод (пропуск одной транспортной
магистрали над другой (рис. 1.9), виадук
(пересечение ущелья, оврагов, глубоких
долин) (рис. 1.10), эстакады (взамен на-
сыпи в городах (рис. 1.11), на болотах);
по расположению уров-
ня проезда относительно несущей
конструкции пролетного строения: с ез-
дой поверху (см. рис. 1.5), понизу
(рис. 1.12) и посередине (рис. 1.13);
по материалу: деревянные, ка-
менные, бетонные, железобетонные, ме-
таллические, комбинированные (стале-
железобетонные и др.).
К особой группе относятся: разводные,
в которых пролетное строение в судоход-
ном пролете приходит в движение для
пропуска судов, — подъемные, раскры-
вающиеся, поворотные (рис. 1.14). Низ-
кий уровень проезда по мосту позволяет
уменьшить стоимость опор и подходных
насыпей, а в городах — вписаться в уро-
вень прилегающих улиц; наплавные мо-
сты, в которых пролетные строения 3
опираются на плавучие средства 2, —
плашкоуты, составленные из понтонов
(рис. 1.15), применяются в качестве вре-
менных на летний сезон для пропуска
транспортных средств через реки и ак-
ватории. На зимний период наплавные
мосты разбираются.
5
Рис. 1.1. Мостовой переход:
Рис 1.2 Схема моста:
/—устой; 2 — пойменное пролетное строение; 3~
русловое пролетное строение; 4 — промежуточная
опора; 5 — свайный фундамент
Трубы — наиболее распространенный
вид искусственного сооружения служат
для пропуска через насыпь небольших
расходов воды. Для формирования вод-
ного потока трубы на концах имеют вход-
ной и выходной оголовки (рис. 116).
Трубы бывают бетонные, железобетон-
ные и металлические. По форме сечения
они делятся на прямоугольные, овои-
дальные, круглые. Для увеличения рас-
хода пропускаемой воды устраивают
несколько отверстий (многоочковые тру-
бы). Деревянные трубы треугольного,
прямоугольного и трапецеидального се-
чений применяются только на временных
(притрассовых) дорогах при строитель-
стве новой дороги.
I
I
• •
I !
Рис. 1 3 Балочное неразрезное пролетное строение моста через водоток
Рис 14 Рамный мост («бегущая лань»)
Рис 1 5. Арочный Moci с ездой поверху
Рис 1 7 Висячий мост
Рис 1.8. Пролетное строение комбинирован-
ной системы
1 — гибкая арка 2 — балка жесткости
Рис 1.10 Виадук
Рис 1 12. Пролетное строение с ездой понизу
Рис. 1.14. Разводные пролетные строения.
а — подъемное; б — раскрывающееся; в — поворотное;
1 — помещение для операторов механизмов; 2 ~ противовес, 3— опорная пята; 4 ~ катки
Рис. 1 16 Двухочковая водопропускная
труба
1.2. Краткий исторический очерк
развития мостостроения
История развития мостостроения по-
казывает прямую зависимость применяе-
мых схем и конструкций мостов от уров-
ня развития производительных сил об-
щества.
Еще до начала нашей эры применяли
дерево, камень, свойства которых ис-
пользовали при строительстве мостов.
С развитием металлургии стали стро-
ить мосты из чугуна, сварочного, а
затем литого железа, углеродистых, вы-
сокопрочных легированных сталей.
Появились выдающиеся по размерам
и смелости решений мосты балочные и
арочные с .решетчатыми фермами пролет-
ных строений, вантовые и висячие мосты
пролетами свыше километра. Производ-
ство портландцемента, цементов высоких
марок вызвало развитие железобетон-
ных, а впоследствии преднапряженных
мостов, отличающихся своими схемами
и размерами.
Развитие схем и конструкций мостовых
сооружений требовало создания теории
и методов расчетов, обеспечивающих их
надежность'и долговечность. Назначе-
ние размеров сооружений по интуиции,
эмпирическим методом проектирования
сменилось применением расчетов, раз-
работанных на основе экспериментально
проверенных теорий.
В исторических документах сохрани-
лись данные о построенных задолго до
начала н. э. деревянных мо-
стах через Босфор (515 г. до н. э.),
р. Евфрат (2000 лет до н. э.) балочной
системы на свайных и каменных опорах.
Римлянами в 103 г. до н. э. был построен
деревянный арочный мост через р. Дунай
(мост Трояна) из 21 пролета по 36 м.
В древней Руси до XV в. строили
только деревянные мосты. В XII —
XIV вв. были построены мосты через
реки Днепр в Киеве, Волгу в Твери,
Дощ Волхов в Новгороде. Впервые в мо-
стостроении были применены «город-
ни» — прототипы современных ряжевых
опор, срубленных из бревен, впоследст-
вии замененных свайными опорами.
Следует упомянуть о проекте деревян-
ного арочного моста через р. Неву про-
летом 140 сажен (около 300 м), создан-
ном И. П. Кулибиным в конце XVIII в.
Он произвел экспериментальную про-
верку принятых в проекте конструкций
и размеров на модели моста в х/10 нату-
ральной величины. Проект моста и ис-
пытание модели высоко оценил академик
Эйлер.
В XIX в. в больших мостах приме-
няются деревянные пролетные строения
с решетчатыми фермами. Американский
инженер Гау проектировал фермы с кре-
стовой решеткой, применяя эмпириче-
ский без определения усилий в элемен-
тах метод проектирования. При строи-
тельстве железной дороги Москва — Пе-
тербург инженер Д. И. Журавский впер-
вые разработал «теорию расчета таких
конструкций, что позволило ему техни-
чески обоснованно спроектировать и по-
строить мосты с неразрезными пролетны-
ми строениями с пролетами до 61,2 м
(мост через р. Мету и др.) с существен-
ными изменениями конструкции ферм
Гау. Такие пролетные строения теперь
носят название «пролетные строения с
фермами Гау — Журавского».
Каменные мосты начали
строить в Римской империи, имеющей
развитую сеть дорог. Интуитивно прини-
мали своды небольших пролетов полу-
циркульного очертания, опирающихся
на толстые каменные опоры (быки). По
мере развития производительных сил и
торговли в феодальном обществе камен-
ные мосты получили дальнейшее разви-
тие, особенно в Италии и на юге Фран-
ции. В 1377 г. был построен мост с про-
летом 72,25 м.
Каменные мосты сооружали на Кав-
казе, чему способствовало наличие хоро-
шего местного материала. По сравнению
с римскими мостами они отличались
своими изящными формами и смелостью
решений: взамен полуциркульных мас-
сивных — тонкие пологие своды с близ-
ким к параболическому очертанием.
На Руси каменные мосты не получили
широкого распространения. В XVI в.
был построен ряд небольших мостов
через р. Неглинку и канал близ Кремля.
В XVII в. было закончено строительство
Большого Каменною моста через р. Мо-
скву, замененного в 1859 г. новым с ме-
таллическими арками, а в 1938 г. на
этом месте был построен однопролетный
мост с металлическим арочным пролет-
ным строением, до настоящего времени
носящий название Большой Каменный
мост. В конце XVIII в. на ряде шоссей-
ных дорог были построены взамен дере-
вянных каменные мосты с небольшими
пологими сводами и относительно тонки-
ми быками.
В XIX в. начали применять метал-
лические мосты арочных и вися-
чих систем вначале из чугуна, затем - -
из сварочного железа. Уже в 1826 г. был
построен висячий мост через Менейский
залив с пролетом 177 м, в 1834 г — мост
во Франции с пролетом 265 м. В России
висячие мосты начали строить через ка-
налы в Петербурге (1824—1827 гг.).
В 1847—1853 гг. был построен висячий
мост через р. Днепр в Киеве с пролетами
131,1 м.
Первым большим балочным металли’
ческим мостом был мост «Британия»,
построенный в 1846—1850 гг. в Англии-
Неразрезное пролетное строение имело
в поперечном сечении трубу с пролетами
70 и 140 м.
В России инж. С. В. Кербедзом был
спроектирован и построен первый по-
стоянный мост через р. Неву в Петер-
бурге с чугунными арками с пролетами
45—47 м (ныне мост лейтенанта Шмидта,
12
реконструированный в 1938 г. по проекту
акад. Г. П. Передерия).
Развитие металлических мостов шло по
пути совершенствования схем и конст-
рукций пролетных строений с решетчаты-
ми фермами. Проф. Л. Д Проскуряко-
вым была предложена шпренгельная
система решетки ферм; С. В. Кербедзом
применены составные объемные элемен-
ты ферм; проф. Н. А. Белелюбским
разработана и применена конструк-
ция проезжей части («русский тип»).
С развитием металлургической промыш-
ленности в мостовых конструкциях вмес-
то сварочного железа впервые в мосто-
строении по инициативе Н. А. Белелюб-
ского стали применять литое железо
По его проектам построен ряд больших
мостов через Волгу, Днепр, Неву, мосты
на Транссибирской магистрали. К вы-
дающимся металлическим мостам следу-
ет отнести консольный мост через Форт-
ский залив с пролетом 521 м (1890 г.),
Квебекский консольный мост через за-
лив св. Лаврентия с пролетом 549 м
(Канада, 1917 г.), арочный мост с про-
летом 503 м (Австралия), два арочных
моста через р. Москву на Окружной же-
лезной дороге с пролетами 134 м по про-
екту Л. Д. Проскурякова (1904 г.).
Применение высокопрочных сталей,
автоматической сварки, фрикционных
соединений на высокопрочных болтах
позволило разработать и применить ме-
таллические типовые пролетные строе-
ния под железную дорогу с решетчатыми
фермами с пролетом до 158 м.
В конце XIX и начале XX в. получили
применение железобетонные
конструкции в мостах под шос-
сейную дорогу. По инициативе Г. П. Пе-
редерия железобетонные балочные мосты
и трубы стали применять под железную
дорогу.
Большое развитие получили железо-
бетонные арочные мосты. В настоящее
время наибольшие пролеты имеют мос-
ты: автодорожный через р. Ангерман
(Швеция, 264 м) и через р. Старый Днепр
с пролетом 228 м под железную и автомо-
бильную дороги. С конца 40-х годов
в отечественном мостостроении начинает
широко применяться предвари-
тельно напряженный же-
лезо б е т о н. Это позволило перекры-
вать большие пролеты мостов пролетны-
ми строениями балочной конструкции.
В Советском Союзе построены рамно-
консольные и неразрезные балочные про-
летные строения с пролетами до 140 м
(мосты через р. Волгу в Ярославле и
Костроме и др.).
Одним из достижений отечественного
мостостроения является замена кессонов
свайными фундаментами из железобетон-
ных оболочек, погружаемых вибрацион-
ным способом. Применение сборных кон-
струкций из элементов заводского изго-
товления, вырокая степень механизации
позволяют создавать экономичные и тех-
нически совершенные мостовые сооруже-
ния на уровне мирового мостостроения.
Глава 2
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВ И ТРУБ
2.1. Исходные данные для
проектирования
Перед проектированием моста состав-
ляют технико-экономичес-
кое обоснование (ТЭО), в ко-
тором на основе анализа развития эко-
номики региона, направления, размеров
и перспектив развития транспортных
потоков, местных условий показывают
техническую возможность и экономиче-
скую целесообразность строительства мо-
стового перехода.
Проектируемое сооружение должно
удовлетворять требованиям, сформули-
рованным в СНиП 2.05.03-84. Основные
из них обеспечение надежности, долго-
вечности и бесперебойности эксплуата-
ции.
На основании результатов ТЭО опре-
деляются направление трассы, место пе-
рехода, габариты проезда (однопутный
или двухпутный мост), этапность соору-
жения моста и другие исходные данные,
которые должны быть положены в основу
проекта.
Важными исходными материалами для
проектирования моста являются данные
технико-экономи ч е с к и х
изысканий перехода. На ос-
нове данных изыскательской партии,
трассирующей дорогу, организация, про-
ектирующая мост1, проводит дополни-
тельные исследования с целью получения
более подробных и разносторонних дан-
ных, позволяющих обоснованно проекти-
ровать мост, организацию и производст-
во работ по его строительству. Такими
изысканиями выявляют топографические
и геологические условия, режим реки,
климатические условия, данные для сос-
тавления проекта организации строи-
тельства и производства работ (источни-
ки энергетических ресурсов, возмож-
ность использовать местные населенные
пункты для размещения и бытового об-
служивания строителей и др.).
К исходным данным относятся также
габариты проезда, приближения строе-
ний и подмостовые габариты судоходства,
нормативные нагрузки для проектируе-
мого сооружения.
П о дм остовые габариты
на судоходных и сплавных реках при-
ведены в приложении. Предусмотрено
семь классов реки, в зависимости от ко-
торых назначают размеры судоходных
пролетов низового (вниз по течению) и
взводного (вверх по течению) направле-
ний движения. Ширину габарита Ь при-
нимают в зависимости от колебания на-
вигационных уровней воды: для не пре-
вышающих 4м — b = 2/3 В, при коле-
баниях больше 4 м — b = 1/2 В. При
наличии только одного судоходного про-
лета ширину габарита назначают, как
для пролета низового направления. Га-
баритами предусмотрены минимальные
глубины судоходного хода, что позволяет
правильно расположить судоходные про-
леты в пределах русла реки.
Нагрузки и воздействия
для расчета несущих конструкций и
оснований мостов и труб и их возможные
сочетания приведены в п. 2.1 СНиП
2.05.03-84.
Временную нагрузку от подвижного
состава железных дорог в расчетах
принимают в виде равномерно распреде-
ленной эквивалентной нагрузки СК.
Здесь К — класс нагрузки, принимае-
1 Согласно СНиП 2.05.03-84 к малым от-
носятся мосты длиной до 25 м, к средним —
от 25 до 100 м, к большим —- свыше 100 м.
13
мый: при расчете капитальных сооруже-
ний К-14 (нагрузка С14), деревянных
мостов К-10 (нагрузка СЮ). Значения
нагрузки определены с учетом перспек-
тивных нагрузок, в том числе транспор-
теров, кранов и других, в зависимости от
длины загружения К и положения вер-
шины линии влияния а ~ а/К где а —
наименьшее расстояние от вершины до
конца линии влияния или загружаемого
участка линии влияния.
Эквивалентные нагрузки определены
при треугольном и выпуклом очертаниях
линии влияния. При других очерта-
ниях эквивалентные нагрузки v опреде-
ляют согласно указаниям приложения
5 СНиП 2.05.03-84. Нагрузку при расчете
отдельных элементов пролетных строе-
ний принимают согласно указаниям в со-
ответствующих главах учебника.
С увеличением длины загружения
уменьшается вероятность возможной слу-
чайной перегрузки всего подвижного
состава, увеличивается надежность со-
оружения и его частей под воздействием
этой нагрузки, снижается значение коэф-
фициента надежности по нагрузке y/g
(см. п. 2.23 СНиПа).
При расчете на выносливость, учиты-
вающем усталостные явления при боль-
шом (2 млн. и более) числе загружений
временной подвижной нагрузкой, исклю-
чается возможность частого загружения
сооружения особо тяжелой нагрузкой
(транспортеров, кранов и др.) введе-
нием коэффициента е 1,0 (см. п. 2.11
СНиПа). .
Значения динамического коэффициен-
та 1 + р определяют по эмпирическим
формулам в зависимости от длины проле-
та, материала и конструкции строения
(см. соответствующие главы).
2.2. Стадии проектирования моста
После получения исходных данных
составляют технический про-
ект, в котором важную роль играет
вариантное проектирова-
ние, в ходе которого проявляются
творческие способности, инженерная эру-
диция, техническая грамотность авторов
проекта. Для объективного обоснования
принимаемой схемы и конструкций моста
14
составляют варианты разных схем и
конструкций с учетом уровня отечест-
венного и зарубежного мостостроения.
Наряду со стремлением разработать ори-
гинальную современную схему моста ав-
торы проекта должны учитывать сущест-
вующую в настоящее время направлен-
ность экономики на повышение эффек-
тивности капитальных вложений путем
индустриализации строительства, при-
менения сборных конструкций из эле-
ментов заводского изготовления по ос-
военной технологии, новых высокопроч-
ных материалов, реализации других
направлений технического прогресса в
мостостроении.
Чтобы сравнить разработанные ва-
рианты моста, необходимо определить
их строительную стоимость, а для этого
нужно знать объемы основных элементов.
Используют данные типовых проектов,
проектов построенных мостов, аналогич-
ных или близких рассматриваемым сис-
темам. При необходимости производят
эскизные расчеты по упрощенным схе-
мам, позволяющие назначить основные
размеры конструкций и объемы работ.
Помимо строительной стоимости, учиты-
вают эксплуатационные затраты — сто-
имость содержания и ремонта сооруже-
ния за весь срок его службы. Сравнение
ведут по приведенной стоимости.
В результате всестороннего анализа
и сравнения вариантов принимают опти-
мальный вариант для последующей про-
ектной разработки. На этой стадии про-
ектирования уточняют схему моста, раз-
рабатывают конструкции элементов мос-
та (опор, пролетных строений), проект
организации строительства (ПОС), сос-
тавляют смету на строительство.
Следующая стадия проектирования —
составление рабочей документации, в том
числе составление рабочих чер-
тежей временных конструкций, при-
нятых в техническом проекте. Здесь же
создают проект производства работ
(ППР), в котором составляют чертежи
временных устройств, разрабатывают
технологические процессы постройки
элементов моста и другие материалы,
необходимые для выполнения строитель-
но-монтажных работ.
Проекты малых и средних мостов и
труб из типовых конструкций разраба-
тывают в одну стадию в виде техно-
рабочего проекта, содержаще-
го привязку типовых конструкций к ме-
стным условиям.
2.3. Расчет мостовых конструкций
При проектировании расчет мостовых
конструкций ведут последовательно по
двум стадиям: определение расчетных
усилий и расчет конструкций по методу
предельных состояний.
Определению расчетных усилий пред-
шествует статический расчет выбранной
схемы сооружения, заключающийся в
построении линий влияния изгибающих
моментов, поперечных сил, крутящих
моментов и других усилий. В расчетах
мостовых конструкций (балок, ферм) ши-
роко применяется метод сил с использо-
ванием теории матриц — математическо-
го аппарата, позволяющего рассчиты-
вать на ЭВМ сложные системы без суще-
ственных упрощений с учетом совмест-
ной работы элементов конструкций: нап-
ример, ферм и проезжей части стальных
пролетных строений, по деформирован-
ной схеме и др. В качестве основной сис-
темы принимается статически определи-
мая неизменяемая система с приложенны-
ми неизвестными.
Расчет конструкций. После получения
линий влияния производится расчет кон-
струкций, гарантирующий надежность,
долговечность и высокие эксплуатацион-
ные качества проектируемого сооруже-
ния. Для этого определяют расчетные
усилия путем загружения линий влия-
ния сочетанием нагрузок, предусмотрен-
ным нормами. Правила загружения же-
лезнодорожной подвижной нагрузкой ли-
ний влияния, состоящих из нескольких
участков одинаковых или разных зна-
ков, изложены в приложении 5 СНиП
2.05.03-84.
При расчете на выносливость макси-
мальное и минимальное усилия опреде-
ляются невыгоднейшими из загружений,
производимых последовательно при дви-
жении нагрузки отдельно справа налево
и отдельно слева направо. При этом сна-
чала загружается первый участок на-
грузкой evj, где Vj — эквивалентная на-
грузка. Затем загружается нагрузкой
еи2 второй участок, а первый — незави-
симо от знака нагрузкой К. Аналогично
загружается последний участок линии
влияния нагрузкой svn, а все предшест-
вующие— нагрузкой 9,81 К кН/м.
После получения расчетных усилий
производится проверка принятых сече-
ний конструкций. Расчет мостовых кон-
струкций ведут по методу предельных
состояний, при наступлении которых со-
оружение не может в дальнейшем нор-
мально эксплуатироваться.
Нормами предусмотрены две группы
предельных состояний. Первая
группа предельных сос-
тояний имеет две подгруппы:
подгруппа IA содержит состоя-
ния, при которых сооружение теряет
несущую способность; подгруппа
1Б — предельные состояния, при на-
ступлении которых конструкция еще не
потеряла несущей способности, однако
ее эксплуатация невозможна (текучесть
и ползучесть материала, трещинообразо-
вание в бетоне и др.).
Предельные состояния
II группы затрудняют нормальную
эксплуатацию, но не требуют ее прекра-
щения (значительные перемещения, не-
допускаемые раскрытия поперечных тре-
щин в бетоне и др.).
Надежность конструкции при наступ-
лении первой группы предельных сос-
тояний определяется расчетами на проч-
ность, выносливость, устойчивость фор-
,мы и положения. Эти условия выража-
ются формулой
+ (1 +р) ч <
(2|)
Ттп Уп
Левая часть неравенства содержит вне-
шнее воздействие на элемент (момент,
поперечная сила и др,), правая — несу-
щую способность элемента (предельное
усилие, которое может быть воспринято
элементом).
В формуле (2.1) yfg и — коэффициенты
надежности по нагрузке (в прежних нормах—
коэффициенты перегрузки); Sg и Sv —
усилия от постоянных и временных норматив-
ных нагрузок; 1 + р — динамический коэф-
фициент; ч — коэффициент сочетаний, учиты-
вающий уменьшение вероятности одновремен-
ного появления расчетных нагрузок; - —
15
расчетной сопротивлений материала; Rn —
нормативное сопротивление материала; —
общий коэффициент условий работы (учиты-
вает возможные отступления исполненной
конструкции от запроектированного в преде-
лах установленных допусков); т2 — коэффи-
циент условий работы, отражающий услов-
ность принятых расчетных схем и методов рас-
чета; уп — коэффициент надежности по назна-
чению, учитывающий степень ответственности
рассчитываемого элемента; А — геометри-
ческая характеристика сечения (площадь,
момент сопротивления и др.).
Перечень нагрузок, к которым' вводят-
ся коэффициенты надежности yf и дина-
мический (1 + р,), приведен в п. 2.3
СНиП.
Глава 3
КОНСТРУКЦИЯ ДЕРЕВЯННЫХ мостов
3.1. Общие сведения
Материал и область применения. Де-
рево-естественный, широко распростра-
ненный строительный материал со срав-
нительно высокими прочностными ха-
рактеристиками при небольшой плотно-
сти. Оно хорошо обрабатывается, что
позволяет создавать из него различные
типы строительных конструкций. Дерево
для мостов используется давно.
Как строительный материал оно обла-
дает и рядом существенных недостатков,
к которым прежде всего относятся низ-
кая долговечность в связи с возможно-
стью его загнивания; изменение объема
в зависимости от влажности древесины,
что приводит к расстройству соединений;
возгораемость. Деревянные мосты, не
защищенные от загнивания(древесина не
обработана антисептиками), рассматри-
вают обычно как сооружения временные
со сроком службы около 10 лет.
Срок службы деревянных мостов мо-
жет быть значительно увеличен (до 30—
50 лет) путем повышения качества изго-
товления, защиты древесины от гниения
и улучшения содержания. В настоящее
время разработаны надежные способы
защиты древесины от гниения и возгора-
ния.
В результате обработки древесины с
использованием синтетических смол по-
16
лучают практически новые строительные
материалы (например, бакелизирован-
ную фанеру, древесные слоистые пла-
стики), которые имеют по сравнению
с древесиной значительно более высокие
прочностные характеристики, повышен-
ную долговечность, высокую стойкость
против атмосферных воздействий и др.
Это открывает широкие возможности ис-
пользования дерева для долговремен-
ных сооружений, в том числе и мостов.
Применение атмосферостойких, водо-
стойких и биостойких синтетических
клеев — фенольных, резорциновых и фе-
нольно-резорциновых, обеспечивающих
прочное долговечное соединение эле-
ментов, дает возможность создавать про-
стые и надежные клееные мостовые кон-
струкции. Для склеивания древесины
с металлом применяют эпоксидные клеи.
Существенным преимуществом дере-
вянных мостов является возможность их
быстрого сооружения из местных мате-
риалов, которое можно эффективно ис-
пользовать при строительстве новых же-
лезных и автомобильных дорог в отда-
ленных лесных районах, что позволит
значительно снизить строительную стои-
мость мостов и повысить темпы строи-
тельства.
Временные деревянные мосты исполь-
зуют при восстановлении железных до-
рог; на временных обходах на период
строительства или реконструкции по-
стоянного моста; на подъездных участ-
ках железных дорог (к промышленным
предприятиям, стройкам и т. д.).
Деревянные мосты, применяемые в ка-
честве постоянных долгосрочных соору-
жений, должны быть надежно защищены
от гниения, а в отдельных случаях и от
возгорания и иметь необходимый резерв
грузоподъемности с учетом роста нагру-
зок.
Конструкции деревянных мостов долж-
ны максимально удовлетворять индуст-
риальным способам их изготовления и
сооружения. Особое внимание при проек-
тировании и строительстве деревянных
мостов должно уделяться обеспечению
условий для проветривания отдельных
элементов и соединений и конструкции
в целом.
Для деревянных мостов под железную
дорогу применяют хвойные и лиственные
породы деревьев. Лучшими породами для
изготовления основных элементов счи-
тают сосну и лиственницу; ель и пихту
применяют в отдельных случаях при со-
ответствующем обосновании. Дуб, ясень,
бук и граб используют для ответствен-
ных мелких деталей и соединений.
Элементы моста изготовляют из бре-
вен или пиломатериалов. Бревна при
сохранении наиболее прочных и устойчи-
вых против загнивания наружных слоев
древесины более долговечны. Однако они
имеют естественную коничность, что за-
трудняет использование их для индуст-
риальных способов изготовления мостов.
Поэтому в современных мостах индуст-
риального изготовления применяют, как
правило, пиленый лес, обеспечивая за-
щиту от гниения антисептиками.
Все лесоматериалы для мостов долж-
ны удовлетворять требованиям ГОСТов
Влажность древесины к моменту ее ис-
пользования должна быть не более: для
бревен—25 %, пиломатериалов — 20 %,
пиломатериалов для клееных кон-
струкций и деталей соединений — 12 %.
Для элементов, расположенных ниже
уровня меженных вод, и свай влажность
не ограничивается.
Расчетные металлические элементы в
деревянных мостах выполняют из стали,
удовлетворяющей требованиям, установ-
ленным для подобных элементов сталь-
ных и железобетонных мостов.
Основные системы деревянных мостов.
Выбор системы моста, его конструкции
зависит от конкретных условий, главные
из которых: пролет, высота моста, рас-
четная нагрузка, характер пересекаемо-
го препятствия, срок службы. ,
Наиболее широко распространены де-
ревянные мосты балочной сис-
темы
При пересечении небольших рек, су-
ходолов обычно применяют простые
балочные мосты (рис. 3.1, а). В мо-
стах под железную дорогу 2—3-метровые
пролеты перекрывают прогонами, рас-
положенными в один ряд (одноярусны-
ми), в два (двухъярусными) и в три —
(трехъярусными) Для перекрытия боль-
17
ших пролетов применяют пакетные или
клееные пролетные строения.
Для увеличения пролета между опо-
рами, перекрываемого прогонами или
пакетными пролетными строениями, при-
меняются различные подкосные системы
(рис. 3.1, б, а), широко использовавшиеся
в прошлом. В настоящее время они имеют
ограниченное применение.
В подкосной системе с помощью под-
косов в пролете образуются промежуточ-
ные опоры, сокращающие расчетный про-
лет прогона (пакета), что позволяет уве-
личить пролет между основными опора-
ми без увеличения сечения прогонов.
Мосты по схеме, показанной на
рис. 3.1, б, называют одноподкосными,
а по схеме на рис. 3.1, а, — двухподкос-
ными
Пролеты от 15 до 40 м мостов под же-
лезную дорогу и до 50 м под автомобиль-
ную дорогу можно перекрыть деревян-
ными пролетными строениями с фермами
Гау — Журавского (рис. 3.1, а). Система
двухраскосной фермы для деревянных
мостов была предложена в 40-х годах
XIX в. американским инженером Гау.
В этой ферме все элементы, за исключе-
нием подвесок, состоят из деревянных
брусьев (бревен), а подвески — из сталь-
ных тяжей. Выдающийся русский инже-
нер и ученый Д. И. Журавский разра-
ботал метод расчета этих ферм й внес ряд
существенных изменений в их конструк-
цию. Пролетные строения с фермами
Гау — Журавского широко применялись
до 30-х годов XX в. и во время Великой
Отечественной войны. При восстановле-
нии мостов в период Великой Отечест-
венной войны фермы Гау — Журавского
изготовляли с металлическими нижними
поясами. В настоящее время они почти
не применяются.
Опоры, расположенные в конусах на-
сыпи и объединенные системой связей в
общую пространственную конструкцию,
называют береговыми, или устоями. Та-
кая объединенная конструкция устоя
способна воспринять как вертикальные
нагрузки, так и горизонтальные от тор-
можения и давления грунта.
Для обеспечения продольной жестко-
сти моста, если его высота превышает
6 м, применяют башенные опоры, обра-
зуемые путем объединения смежных сто-
18
ек опор системой связей из наклонных
и горизонтальных схваток. При этом
в простых балочных мостах для более
полного использования сечений прогонов
расстояние между стойками принимают
равным расчетному пролету прогона.
В мостах с опорами из одиночных или
сближенных рядов свай (стоек) для вос-
приятия тормозных сил устраивают ба-
шенные или многорядные опоры через
20—25 м по длине моста.
3.2. Конструкция деревянных мостов
малых пролетов
Балочные мосты. Эти мосты по своей
конструкции наиболее простые. В мостах
под железную дорогу расстояние между
опорами принимают равным 2—3 м,
а в автодорожных — 5—10 м Пролеты
между опорами перекрываются прогона-
ми из бревен или брусьев.
На рис. 3.2 показана конструкция ба-
лочного железнодорожного моста не-
большой высоты из круглого леса. Опоры
моста состоят из свай, забитых в грунт.
На верхние концы свай укладывают на-
садки, которые соединяются со сваями
врубками, металлическими штырями и
болтами с проушиной. На насадки опи-
раются прогоны, состоящие из четырех
бревен под каждую рельсовую нить, уло-
женных в два ряда (двухъярусные про-
гоны). Стыки бревен расположены над
опорами вразбежку, т. е над одной опо-
рой стыкуются верхние или нижние брев-
на Стыки в нижних бревнах поддержи-
ваются подбалками.
На прогоны уложены поперечины, к
которым крепятся рабочие рельсы и ох-
ранные приспособления. Связь между
элементами прогонов, прогонов с попе-
речинами и насадками, насадок со свая-
ми осуществляется болтами и накладка-
ми с использованием врубок. Сопряже-
ние моста с насыпью осуществляется сле-
дующим образом. Для поддержания бал-
ластной призмы и части насыпи от обру-
шения и предотвращения соприкоснове-
ния концов прогонов и насадки с грунтом
насыпи устраивают закладной щит из
пластин или бревен. Этот щит поддержи-
вается сваями длиной около 4 м, заби-
ваемыми в тело насыпи и грунт. Для пре-
Рис. 3 2. Конструкция балочного моста из круглого леса
/ - закладной щит* 2 -
План расположения свай
дохранения прогонов от загнивания рас-
стояние между щитом и концами прого-
нов должно быть около 10 см.
В балочных мостах под железную до-
рогу при пролетах до 3 м промежуточные
опоры обычно состоят из одного попереч-
ного ряда свай при четырех коренных
сваях в поперечном ряду. При высотах
железнодорожных мостов более 3 м
(автодорожных — 5 м), а при расположе-
нии мостов на кривых при меньшей вы-
соте для обеспечения поперечной устой-
чивости моста опоры должны иметь уко-
сины, упирающиеся в дополнительные
укосные сваи (рис 3.3, а) или наклонные
сваи (рис. 3.3, б). Сваи и укосины сое-
диняются поперечными связями в виде
горизонтальных и наклонных схваток.
Опоры с наклонными сваями имеют
значительные преимущества перед опо-
рами с укосинами. Наклонные сваи по-
вышают поперечную жесткость и воспри-
нимают вертикальную нагрузку. Поэ-
тому число свай в опоре с наклонными
сваями меньше, чем в опоре с укосинами.
Кроме того, опоры с наклонными сваями
имеют меньше соединений, а следова-
тельно, они менее подвержены различ-
ным расстройствам и загниваниям по
сравнению с опорами с укосинами. Одна-
ко забивка наклонных свай сложнее,
чем вертикальных. При устройстве высо-
ких опор требуется наращивать сваи,
применять разные длины свай. Это в зна-
чительной степени усложняет производ-
ство работ, затрудняет применение инду-
стриальных методов изготовления и мон-
тажа опор
Отесывание бревен и изготовление вру-
бок непосредственно на строительной
площадке не позволяют применять пред-
варительную глубокую пропитку древе-
сины антисептиками, так как последую-
щая обработка (образование врубок, при-
гонка) нарушает защитный слой. Анти-
септирование, производимое после изго-
товления элементов на строительной пло-
щадке, не обеспечивает надежной защи-
ты от гниения. Поэтому мосты этой кон-
струкции не удовлетворяют современным
требованиям изготовления, являются не-
долговечными и в настоящее время при-
О.
Рис. 3.4 Схема балочного моста с башенными
опорами
меняются в крайних случаях в качестве
временных мостов.
Основные требования, предъявляемые
к современным деревянным мостам под
железную дорогу, состоят в том, чтобы
мосты были достаточно долговечными при
максимальном приспособлении их к ин-
дустриальным методам изготовления. Это
достигается путем использования про-
стых однотипных конструкций без вру-
бок и сложных соединений, исключаю-
щих пригонку элементов с притеской на
сборке и допускающих вести монтаж ук-
рупненными блоками.
Этим требованиям в значительной сте-
пени удовлетворяют простые балочные
мосты из пиленого леса — брусьев, до-
сок, подвергнутых глубокой предвари-
тельной пропитке антисептиками. Мосты
индустриального изготовления могут
быть сооружены по схемам, показанным
на рис. 3.1, а и рис. 3.4. Для повышения
однотипности элементов расчетные про-
леты (расстояние между опорами) при-
нимают одинаковыми.
При одноярусном расположении про-
гонов из брусьев значительно упрощает-
ся конструкция моста и повышается ин-
дустриальность его изготовления.
Удобны для индустриального изготов-
ления рамно-свайные (рис. 3.5, а) и
рамно-лежневые (рис. 3.5, б) опоры.
В этих опорах вертикальные и наклон-
ные стойки с помощью верхних и ниж-
них насадок и схваток объединяются в
самостоятельные монтажные элементы —
рамы. Рамы в рамно-свайных опорах
устанавливают на свайный ростверк.
При устройстве опор для путепроводов
на суходолах или на периодически затоп-
ляемых участках, а также на грунтах,
20
не допускающих забивки свай, применя-
ют рамно-лежневые опоры. Нижние на-
садки рам устанавливают на лежни
(брусья, бревна) длиной 1,0—1,2 м и
соединяют с ними штырями и скобами.
Лежни укладывают в котлованах —
траншеях, глубина которых не менее
чем на 0,25 м больше глубины промерза-
ния грунта. После установки рам котло-
ваны заполняют дренирующим материа-
лом: песком, гравием, щебнем.
Насадки со сваями или со стойками
рам (рис. 3.6) соединяют без врубок
с помощью штырей и металлических на-
кладок, прикрепляемых болтами. На
рис. 3.6, б показано соединение верхней
насадки со стойками. Штыри длиной
450 мм и диаметром 20 мм забивают в про-
сверленные в насадке и торце стойки
отверстия. Отверстия сверлят несколько
меньшего диаметра, чем штыри. Просвер-
ленные отверстия в антисептированной
древесине перед установкой скрепляю-
щих элементов обильно смазывают ка-
менноугольным маслом. Нижний конец
штыря имеет двугранное заострение (как
у шпального костыля). При забивке
штырь располагают так, чтобы заос-
тренный конец не раскалывал древеси-
ну, а перерезал волокна. Кроме того,
для соединения насадки со стойками
концы наклонных схваток прикрепля-
ют к насадке с помощью болтов. Стой-
ки рамы с нижней насадкой соединяют
металлическими накладками на болтах
и штырями, забитыми через насадку
(рис. 3.6, в), или болтами с проуши-
нами и штырями (рис. 3.6, г).
Между нижними насадками рам и на-
садками свайного ростверка в башенных
опорах ставят прокладные брусья, с по-
мощью которых легко устраняются не-
точности, полученные при сооружении
свайного ростверка. Рамы со свайным
ростверком соединяют с помощью шты-
рей и болтов с проушинами.
В процессе эксплуатации вследствие
усушки древесины и обмятия в соеди-
нениях могут образовываться зазоры.
При соединении элементов болтами с про-
ушинами их легко ликвидировать, за-
кручивая гайки. Если соединение вы-
полнено на металлических планках,
этого сделать нельзя. Поэтому при-
крепление с помощью болтов с проуши-
нами более удобно..
Элементы опор соединяются горизон-
тальными и наклонными схватками. Луч-
шее соединение схваток со стойками или
сваями получается при образовании вза-
имных врубок со стяжкой болтами. Од-
нако этот тип соединения требует инди-
видуальной подгонки и приводит к на-
рушению антисептированного слоя дре-
весины, что затрудняет создание долго-
временных мостов индустриального из-
готовления. Соединения только на бол-
тах (без врубок) удобны, но они не обес-
печивают требуемой жесткости и быстро
расстраиваются при усушке древесины.
Рис 3.5. Конструкция рамных опор.
а — рамно-свайная опора; б — рамно-лежневая опора;
/ — рама; 2 — верхняя насадка рамы; 3 — нижняя насадка рамы 4 — прокладные брусья. 5 — на
садка; 6 — свая; 7—схватки: 5 —лежни; Р —котлован
Для улучшения работы соединения на
болтах без врубок применяют зубчатые
шайбы (зубчатые шпонки), устанавливае-
мые между соединяемыми элементами.
Зубчатые шайбы (рис. 3.6, д) изготовля-
ют из листовой стали. Края этой шайбы
имеют треугольные выступы, отогнутые
в разные стороны. Этими выступами шай-
ба врезается в древесину, вследствие
чего повышается жесткость соединения.
Прогоны из брусьев с одноярусным
расположением (рис. 3.7) наиболее полно
отвечают требованиям индустриального
изготовления при обеспечении достаточ-
но высокой долговечности.
Прогон под каждую рельсовую нить
состоит из четырех брусьев длиной 6 м.
Стыки брусьев располагают над опора-
ми вразбежку (над одной опорой стыку-
ется каждый второй брус), перекрывают
накладками из досок толщиной 10 см
и стягивают болтами, пропущенными че-
рез все накладки и брусья прогона.
Каждый прогон с насадкой соединен
болтом диаметром 20 мм. На прогон ук-
ладывают поперечины из брусьев, а на
них рабочие рельсы, контррельсы (контр-
уголки), противоугонные (охранные)
брусья.
Балочно-подкосные мосты. В балочно-
подкосных мостах при одинаковом сече-
нии прогонов удается значительно уве-
личить расстояние между опорами по
сравнению с простыми балочными моста-
ми (в 2—3 раза) из-за создания подкоса-
ми промежуточных опор. Однако введе-
ние в систему подкосов приводит к ус-
ложнению конструкции, требующей
большого количества врубок и тщатель-
ной подгонки элементов на месте. Кроме
того, при передаче усилия с подкоса на
опору возникает горизонтальная сос-
тавляющая (распор), для восприятия
которого необходимо ставить горизон-
тальные элементы-затяжки или соответ-
ственно усиливать опоры.
В балочно-подкосных мостах конст-
рукция прогонов принципиально не от-
личается от прогонов в простых балоч-
ных мостах. В пролете между основными
Рис. 3.6. Конструкция узлов рамно-свайной опоры.
а ~ схема рамы; б и в — конструкция нижнего II узла; г — вариант верхнего узла I, д — зубчатая
шайба;
1 — штырь; 2 — обычный болт; 3 — болт с проушиной; 4 — стальная накладка; 5 — прокладной
брус; 6 — зубчатая шайба
22
Рис 3.7. Конструкция пролетного строения балочного моста с одноярусными прого-
нами
опорами прогоны опираются на подуш-
ку, которая поддерживается подкосами,
состоящими из двух бревен (брусьев)
(узел I на рис. 3.8). Подушка состоит из
двух брусьев, стянутых болтами. Это
вызвано необходимостью обеспечения до-
статочной площади опирания прогонов
и подкосов. Подушка связана с прогона-
ми коротышами с помощью болтов. Под-
косы с подушкой соединяются штырями.
Кроме того; они болтами прикрепляются
к коротыщам. Подкос нижним концом
опирается на подушку (узел II на
рис. 3.8), которая одновременно являет-
ся горизонтальной схваткой опоры в по-
перечном направлении моста. Верти-
кальная составляющая усилия в подко-
се передается на опору через коротыши-
прирубы, прирубленные к стойке (свае)
«двойным зубом» и притянутые болтами.
Горизонтальная составляющая воспри-
нимается парными схватками-затяжка-
ми, прирубленными к стойкам. Опоры
подкосных мостов имеют такое же уст-
ройство, что и опоры простых балочных
мостов. Однако нагрузка, передаваемая
с прогонов на опоры, в подкосных мо-
стах выше, чем в простых балочных.
Поэтому число свай в каждой опоре воз-
23
растает. Их приходится ставить в два
ряда. Минимальное расстояние между
рядами свай лимитируется пропуском
между ними схваток и составляет при-
мерно 0,5 м между осями свай.
Пакетные пролетные
строения состоят из бревен или
брусьев, объединенных в так называе-
мые пакеты. Пакеты, в которых элемен-
ты соединены только с помощью болтов
и поперечных накладок, называют про-
стыми. В этих пакетах составляющие
его бревна или брусья работают на
изгиб раздельно.
Более эффективное использование эле-
ментов пакета достигается при включе-
нии их в совместную работу с помощью
шпонок, накладок и других средств,
способных передавать сдвигающие уси-
лия, которые возникают при изгибе меж-
ду брусьями (бревнами). Такие пакеты
называют составными. Число бревен
(брусьев) в пакете в зависимости от про-
лета назначают от трех до девяти. Паке-
ты устанавливают под каждую рельсо-
вую нить и объединяют между собой
в пролетное строение.
Пакетное пролетное строение можно
изготовлять на строительной площадке
и затем устанавливать на опоры. Кон-
струкция пролетного строения из про-
стых пакетов, состоящих из девяти бре-
вен, приведена на рис. 3.9, а. Бревна
отесаны на два канта; между вертикаль-
ными рядами бревен имеются прокладки,
создающие просветы, что обеспечивает
лучшее проветривание древесины. Брев-
на в пакете стянуты вертикальными и
горизонтальными болтами. Пакеты меж-
ду собой, кроме опорных брусьев и по-
перечин, связаны нижними распорками.
Пролетное строение из составных па-
кетов с призматическими шпонками по-
казано на рис. 3.9, б. Шпонка представ-
ляет собой четырехгранную призму из
того же материала, что и брусья (бревна)
пакета. Расстояние между шпонками
в свету должно быть не менее длины
шпонки. Глубину врезки шпонки при-
нимают не более х/5 длины шпонки. На-
правление 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
24
направлениях Волокон шпонок и брусь-
ев при усушке древесины не происходит
образования зазоров в шпоночных сое-
динениях, поскольку деформации, свя-
занные с усушкой в шпонках и в брусьях,
протекают синхронно. Кроме шпонок,
воспринимающих сдвигающие усилия,
бревна пакета соединены вертикальными
и горизонтальными болтами. Для обра-
зования между вертикальными рядами
бревен просветов, способствующих луч-
шему проветриванию пакета, поставле-
ны вертикальные прокладки толщиной
4 см.
Пакеты объединены с помощью ниж-
них распорок, опорных брусьев, попере-
чин и поперечных крестовых связей. Для
передачи сдвигающих усилий в рассмот-
ренной конструкции требуются сравни-
тельно большие размеры шпоночных
соединений, что не всегда удается обес-
печить при полном использовании несу-
щей способности пакета на изгиб
Для обеспечения совместной работы
элементов в составных пакетах приме-
няют гибкие пластинчатые металличе-
ские шпонки (рис. 3.9, в), представляю-
щие собой стальные пластинки толщиной
6 = 8-4-12 мм и высотой (7-4-8) 6. Пла-
стинчатые шпонки устанавливают в про-
рези, которые образуются электродол-
бежником в собранном пакете. Глубина
вырезки в каждый соединяемый элемент
не должна превышать V5 его высоты.
Пластинчатые шпонки имеют ряд преи-
муществ: вследствие их малой толщины
можно увеличить число шпонок на еди-
ницу длины соединяемых элементов по
условию скалывания древесины; ввиду
большей податливости повышается рав-
номерность распределения сдвигающих
усилий между шпонками; проще изготов-
ление шпонок и соединений.
Рассмотренные пакетные пролет ные
строения выполняют из брусьев и бре-
вен. Применение пиленого леса (брусь-
ев) позволяет более широко использо-
вать индустриальные методы их изготов-
ления.
Клееные и клеефанер-
ные пролетные строения
в последнее время находят широкое при-
менение в автодорожных мостах. Они
могут использоваться и в железнодорож-
ных мостах.
Клееные конструкции изготовляют из
пиломатер налов, склеенных атмосферо-
стойкими, водо- и биостойкими синтети-
ческими клеями, обладающими высокой
прочностью и долговечностью. Наиболее
часто используют фенольные, резорци-
новые и фенольно-резорциновые клеи.
Так как элементы собирают из отдель-
ных досок и брусков, пороки древесины
рассредоточиваются и поэтому повышает-
ся прочность склеенного элемента по
сравнению с прочностью исходного мате-
риала тех же геометрических размеров.
Кроме того, можно значительно увели-
чивать несущую способность клееных
конструкций, например балок, путем
подбора и размещения составных эле-
ментов, располагая более прочные из
них в зонах действия максимальных на-
пряжений.
Толщина досок для клееных конструк-
ций не должна превышать 3,3 см для
Рис. 3 9. Конструкция пакетных пролетных строений:
25
главных балок и 4,3 см для остальных
элементов при влажности их не выше
12 %. Склеиваемые поверхности тща-
тельно строгают.
Для пролетных строений мостов могут
быть использованы клееные балки из
досок двутаврового и прямоугольного се-
чений (рис. 3.10). При необходимости
стыковать отдельные доски применяют
стыки «на ус» (рис. 3.10, в) или с зубча-
тым шипом (рис. 3.10, г). При располо-
жении стыков в сжатых слабо напряжен-
ных зонах допускается стыковать доски
«впритык» с плотной их приторцовкой и
проклейкой. Стыки досок должны быть
рассредоточены. В наиболее напряжен-
ных сечениях балки допускается стыко-
вать не более одной доски. Расстояние
по длине балки между стыками должно
быть не менее 20 толщин более толстой
стыкуемой доски. Продольные стыки
досок располагают вразбежку таким об-
разом, чтобы расстояние между ними
в смежных рядах было не менее 4 см.
В клееных конструкциях наряду с
обычной древесиной применяют бакели-
зированную фанеру, изготовленную из
тонких слоев березовой древесины
(шпона), склеенных водостойким клеем.
Она обладает значительно большим со-
противлением на растяжение и скалыва-
ние, чем обычная древесина. Используя
этот материал в сочетании с пиломатериа-
лами, можно получить более легкие бал-
ки, называемые клеефанерными.
Для изготовления клееных конструк-
ций можно использовать и жесткие дре-
веснослоистые пластики (ДСП), выпуска-
емые промышленностью в виде листов
длиной до 6 м, шириной до 1,5 м и тол-
щиной 15—60 мм. ДСП изготовляют из
тонких листов шпона, пропитанных син-
тетическими смолами, с обработкой при
высоких температуре и давлении. Они
имеют высокие механические характери-
стики: предел прочности вдоль волокон
на растяжение не менее 260 МПа, а на
сжатие — 160 МПа; прочность на скалы-
вание по клеевому шву 15 МПа, модуль
упругости 3 • 104 МПа.
Балки в пролетное строение объеди-
няются поперечными связями, устанав-
ливаемыми в опорных сечениях и в про-
лете через 4—6 м, а при больших проле-
тах — и продольными связями. Элемен-
ты связей также клееные, выполняемые
из досок, бакелизированной фанеры или
ДСП. Прикрепление элементов связей
к балкам наиболее часто производится
на болтах.
Главные балки пролетных строений
длиной 15 м и более устанавливают, как
правило, на резиновые опорные части.
Мостовое полотно на де-
ревянных мостах (рис. 3.11)
обычно устраивают на поперечинах (мо-
стовых брусьях). Путевые рельсы укла-
дывают на подкладки и пришивают кос-
тылями к поперечинам. Между путевыми
рельсами при длине мостового полотна
на поперечинах более 5 м укладывают
контррельсы или контруголки, назначе-
ние которых направлять сошедший с
рельсов подвижной состав вдоль моста.
Рис. 3.10 Поперечные сечения клееных балок и конструкция стыков досок:
а — двутавровое сечение, б — прямоугольное сечение, в — стык «на ус»; г - стык с зубчатым
шипом
26
Рис 3 11 Мостовое полотно с ездой на поперечинах
Для предупреждения продольного сдви-
га поперечин, а также для направления
вдоль моста сошедшего с рельсов и пере-
скочившего через контррельс подвижно-
го состава устанавливают противоугон-
ные (охранные) брусья или уголки,
располагая их на расстоянии 300—400 мм
от наружной грани путевого рельса. Сое-
динение противоугонных брусьев с по-
перечинами осуществляют взаимной
врубкой и болтами, а уголков — болта-
ми. Поперечины укладывают на прогоны.
Расстояние между поперечинами в свету
должно быть 10—15 см.
Между контррельсами устраивают до-
щатый настил, на котором располагается
противопожарная засыпка из щебня или
гравия. На мостах длиной более 20 м
или высотой более 5 м, а также на путе-
проводах и на мостах, расположенных
в пределах станций, устраивают тротуа-
ры с перилами.
На деревянных мостах мостовое полот-
но устраивают и с ездой на балласте
(рис. 3.12). Езду на балласте обычно
применяют на мостах, расположенных
в районах с сухим жарким климатом.
где велика опасность возгорания. Такая
конструкция может оказаться целесооб-
разной для мостов на кривых участках
пути, поскольку при наличии балласт-
ной призмы сравнительно легко обеспе-
Рис. 3 12. Мостовое полотно с ездой на бал-
ласте
27
Рис 3 13. Мостовое полотно с ездой на поперечинах при расположении моста на кри
вой
чивать требуемое возвышение наружного
путевого рельса.
При устройстве мостового полотна
с ездой на балласте на мостах с одноярус-
ными прогонами их распределяют рав-
номерно по ширине моста. На прогоны
укладывают настил из досок селением
22 х 10 см, пришитых гвоздями. Между
досками зазоры около 3 см. Для предот-
вращения осыпания балластной призмы
по обеим сторонам устанавливают бор-
дюрные брусья сечением 20 х 14 см.
Толщина балластного слоя от подошвы
шпалы должна быть не менее 15 см.
При устройстве мостового полотна
с ездой на балласте необходимо уделять
внимание защите 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 возвышение
наружного рельса создается различными
способами. При езде на балласте это до-
стигается путем придания соответствую-
щего очертания поперечному сечению
балластной призмы. На мостах с мосто-
вым полотном на поперечинах возвыше-
ние наружного рельса создается путем
наклонного расположения поперечин,
что обычно достигается стеской насадок
(при небольшом возвышении) или уклад-
кой на насадки клиновидных прокладок
(при больших возвышениях, рис. 3.13).
28
3.3. Деревянные опоры и ледорезы
Конструкция деревянных опор зави-
сит от длины устанавливаемых на них
пролетных строений и местных условий
(высоты моста, глубины реки, характери-
стик грунта). В п. 3.2 настоящей главы
кратко рассмотрены конструкции свай-
ных, рамно-свайных и рамно-лежневых
опор мостов небольших пролетов и вы-
соты.
Для мостов с пакетными или клеены-
ми пролетными строениями и особенно
с пролетными строениями с фермами тре-
буются более мощные опоры, способные
обеспечивать передачу больших верти-
кальных и горизонтальных усилий.
Деревянные опоры могут быть также
использованы как временные под метал-
лические 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 невоз-
можна, применяют рамно-лежневые или
ряжевые опоры.
Рамно-свайные опоры ввиду
высокой индустриализации их изготов-
ления находят наиболее широкое при-
менение. Рамно-свайная опора состоит
из свайного ростверка и надстройки из
рам. Рамы в надстройке опоры могут
располагаться как вдоль моста (продоль-
ные, рис. 3.14, а), так и поперек (попе-
речные, рис. 3.14, б). Как показывает
опыт, монтаж опор из поперечных рам
значительно удобнее, поэтому они при-
меняются чаще, чем из продольных. Ис-
пользование продольных рам объяс-
няется стремлением обеспечить более
жесткую связь между стойками (полубы-
ками), на которые опираются концы
соседних пролетных строений. Кроме
того, продольные рамы имеют меньшие
габаритные размеры, что облегчает их
транспортирование и установку, но число
рам при этом становится больше.
Весьма удобна компоновка рамных
опор из однотипных продольных и попе-
речных рам-блоков (рис. 3.15). Надстрой-
ка опоры при опирании не нее пролетных
строений /р = 23 м состоит из четырех
продольных и двух поперечных верти-
кально расположенных рам-блоков и
двух продольных наклонных рам-блоков.
Высоту рам для удобства установки и
использования бревен или брусьев стан-
дартных длин принимают равной 6—
8 м. Для образования опоры требуемой
высоты и несущей способности рамы уста-
навливают в несколько рядов и ярусов.
При наличии наклонных стоек в раме
с целью повышения ее жесткости необ-
ходимо стремиться к тому, чтобы оси
стоек не пересекались в одной точке.
Для обеспечения устойчивости край-
ние рамы устанавливают наклонно, об-
разуя при наличии крайних наклонных
стоек в рамах так называемые пирами-
дальные опоры (см. рис. 3.14, б).
Рамы объединяют в пространственную
конструкцию системой связей. Конст-
рукция узлов рам и их сопряжений со
свайными ростверками аналогична рас-
смотренной в параграфе 3.2 настоящей
главы (см. рис. 3.5 и 3.6).
Свайный ростверк состоит из свай,
забитых в грунт. На верхние концы свай
укладывают насадки. Насадки со сваями
соединяют штырями или болтами с про-
ушинами. Для обеспечения устойчиво-
сти свай и повышения жесткости свай-
ного ростверка при высоте свай от дна
водоема до насадки более 2 м необходи-
мо устраивать связи между сваями, а при
глубине водоема более 5 м — ставить
каркасы, представляющие собой жест-
кую пространственную конструкцию из
бревен или брусьев. Каркас закрепляют
с помощью анкерных свай, а затем через
ячейки в каркасе забивают основные
сваи.
Рамно-лежневые опоры
отличаются от рамно-свайных тем, что
надстройка опирается на лежни, а не
на свайный ростверк (см. рис. 3.5, б).
Основанием рамной части (надстройки)
опор могут служить также фундаменты
из бетонной или каменной кладки, а так-
же ряжевые опоры.
поперечные рамы
29
Свайные опоры под пакетные
пролетные строения и пролетные строе-
ния с фермами по своей схеме аналогичны
показанным на рис. 3.3. Число рядов
свай вдоль моста зависит от значения
передаваемых на опору усилий. В длин-
ных сваях допускается стыковка бревен.
Для обеспечения пространственной жест-
кости опоры сваи между собой в продоль-
ном и поперечном направлениях соеди-
няют системой горизонтальных и диаго-
нальных связей.
Ряжевые опоры обычно при-
меняют в тех случаях, когда дно реки
имеет скальный или каменистый грунт,
не позволяющий забивать сваи, а глу-
бина воды значительна. Ряж представ-
ляет собой деревянный сруб из бревен
или брусьев, имеющий стенки, днище и
перегородки. Ряжи устоев и промежуточ-
ных опор на реках со слабым течением
(при скорости менее 1,5 м/с) имеют в пла-
не прямоугольную форму (рис. 3.16, а).
Для улучшения обтекаемости и повыше-
ния сопротивляемости действию льда и
плывущих по реке предметов ряжи дела-
ют заостренными с носовой части, а на-
быстрых реках — и с кормовой (рис. 16,6)
Рис 3 15. Опора с продольным и поперечным расположением рам:
продольная
Ширина ряжа рдоль моста) должна
быть не менее 7/3 его высоты и не менее
2 м. Высоту рялса назначают с запасом
5 % с учетом его осадки и усушки.
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 наб-
роску высотой не менее 0,5 м, шириной
поверху 0,5 м с откосом не круче 1:1.
Высокие ряжи целесообразно делать
ступенчатыми (рис. 3.16, 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 в «лапу»
(рис. 3.16, г) или в «обло» (рис. 3.16, д).
Чтобы предотвратить выпучивание сте-
нок ряжа, ставят продольные и попереч-
ные перегородки и вертикальные сжимы.
Перегородки располагают через 2—3 м.
Они могут быть сплошными на всю высо-
ту ряжа или в виде связей высотой в не-
сколько рядов. Бревна перегородок сое-
диняют со стенками врубками, противо-
действующими их выдергиванию. Вен-
цы ряжа скрепляют между собой нагеля-
ми из стали круглого или квадратноод
сечения длиной, равной высоте 2,5—
3 венцов. Нагели забивают через 2—3 м
и размещают в шахматном порядке. Дно
ряжа располагают на высоте 1—3 вен-
цов от низа ряжа. Его делают из бревен.
Ледорезную часть, а также боковые
поверхности ряжей на реках с ледоходом
обшивают стальными листами, а режу-
щее ребро укрепляют уголком. На реках
с сильным ледоходом на ряжевых опо-
рах устраивают наклонные ледорезные
выступы.
Ряжевые опоры имеют значительные
осадки, которые возрастают с увеличе-
нием высоты ряжа. Для уменьшения
осадок, а также для снижения расхода
леса и камня целесообразно верхнюю
часть опоры (выше уровня высоких вод)
собирать из рам. Такие опоры называют
рамно-ряжевыми (см. рис. 3.16, б). Зна-
чительным недостатком ряжевых опор
считают также существенное стеснение
русла реки, что повышает скорость тече-
ния и вероятность подмыва ряжей. Ряжи
в пределах изменения уровня воды быст-
ро загнивают; это снижает их долговеч-
ность. Опыт эксплуатации ряжевых опор
31
свидетельствует о том, что их содержание
связано с значительными затратами и
необходимостью непрерывного наблюде-
ния за ними. Кроме того, для ряжевых
опор требуется большое количество мате-
риалов (леса, камня) и рабочей силы.
Поэтому ряжевые опоры применяют
в крайне необходимых случаях.
Ледорезы. На замерзающих реках де-
ревянные опоры должны быть защищены
от воздействия ледохода .С этой целью
перед всеми речными опорами устраи-
вают ледорезы, которые разламывают
ледяные поля и направляют плывущие
льдины в пролеты мостов. Обычно ледо-
резы не связывают с опорами, а распола-
гают их впереди опор выше по течению
на расстоянии 2—8 м. При этом удары
льдин не передаются на опоры и мост не
подвергается ударным воздействиям. Од-
нако для обеспечения необходимой проч-
ности отдельно стоящего ледореза тре-
буется дополнительный расход материала
по сравнению с ледорезами, объединен-
ными с опорами.
Ледорезы, устанавливаемые непосред-
ственно перед опорами моста, называют
предмостными, или основ-
ными На реках с особо сильным ледо-
ходом (при толщине льда более 50 см и
скорости ледохода выше 1,5 м/с), кроме
предмостных ледорезов, выше по тече-
нию на расстоянии 30—50 м в русловой
части реки устраивают более мощные
аванпостные ледорезы, ко-
торые устанавливают в одну линию с ос-
новными ледорезами, но их число вдвое
меньше.
Конструкцию и основные размеры ле-
дореза назначают в зависимости от ха-
рактера ледохода, ширины защищаемых
опор и уровней ледохода.
При умеренном ледоходе и сравнитель-
но узких опорах (из одного или двух
сближенных рядов свай) обычно устраи-
вают плоские ледорезы, сос-
тоящие из одного или двух рядов свай
с укрепленным на них наклонным режу-
щим ребром (рис. 3.17). Режущее ребро
изготовляют из бревен, соединяемых со
сваями штырями, болтами, хомутами и
скобами, а сверху укрепляют стальной
полосой или старогодным рельсом.,Для
обеспечения жесткости ледореза устанав-
ливают связи. Наклон режущего ребра
принимают в зависимости от скорости
движения льда и его размеров в пределах
от 1 : 1,5 до 1 : 2.
Принцип работы ледореза с наклонным
режущим ребром состоит в том, что
льдины под действием сил инерции и те-
чения воды скользят вверх по наклон-
ному ребру и, поднявшись, разламы-
ваются на режущем ребре ледореза под
действием собственного веса. Поэтому
верх режущего ребра должен распола-
Рис 3 18 Ледорез шатрового типа*
гаться над уровнем самого высокого ле-
дохода (УСВЛ) не менее чем на 1—1,5 м,
чтобы льдины не могли пройти над ледо-
резом не разрушившись. Нижний конец
режущего ребра опускают ниже уровня
самого низкого ледохода (УСНЛ) не
менее чем на 0,5—1,0 м, чтобы плыву-
щие льдины при самом низком ледоходе
нижней поверхностью ложились на на-
клонную часть ледореза.
Для защиты широких опор на реках
с интенсивным ледоходом устраивают
ледорезы шатрового типа
(рис. 3.18). Обычно ледорез шатрового
типа имеет три ряда свай. Верх свай
среднего ряда располагают выше верха
свай крайних рядов. Сваи срезают на-
клонно. На сваи в продольном направле-
нии ледореза укладывают наклонные на-
садки, на которые опираются наклонные
в поперечном направлении ребра. На-
клонные ребра сверху обшивают накат-
ником (тонкими бревнами), в результате
чего образуется своеобразный шатер.
Поэтому ледорезы называют «шатровы-
ми». Боковые вертикальные грани обши-
вают пластинами или накатником.
Режущее ребро ледореза состоит из
одного или нескольких бревен, прикреп-
ленных к головам свай среднего ряда
с помощью штырей, хомутов и скоб.
Сверху ребро укрепляют полосовым же-
лезом или старым рельсом.
2 Зак 1048
Для обеспечения необходимой жестко-
сти ледореза выше уровня меженных вод
устанавливают схватки и подкосы, со-
здавая пространственную систему. При
глубине воды 2—-5 м между сваями ниже
уровня меженных вод ставят стальные
тяжи и деревянные подкосы, а при боль-
ших глубинах применяют деревянные
каркасы или ряжи с засыпкой камнем.
При слабом ледоходе на мелких реках
для защиты опор иногда устраивают
простейшие ледорезы, состоящие из ку-
ста свай (трех и более близко располо-
женных свай).
Глава 4
РАСЧЕТ ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ
4.1. Основные положения
Детальному расчету моста предшест-
вует выбор наиболее рациональной схе-
мы моста. С этой целью составляют не-
сколько вариантов проектируемого мо-
ста, которые тщательно анализируют по
стоимостным, эксплуатационным, тех-
нологическим и другим показателям.
Принятый к окончательной разработке
вариант моста детально рассчитывают и
конструируют. Расчет и конструирова-
33
ние представляют собой единый процесс
проектирования моста.
Мост — сложная пространственная
конструкция. Выбор расчетной схемы
производят таким образе»*, чтобы она
с определенными допущениями отражала
действительную работу конструкции.
Расчетную схему обычно выбирают так,
чтобы полученные силовые факторы, по
которым назначают размеры сечений
элементов, были не ниже действитель-
ных. Так, например, узловые соедине-
ния конструкций в расчетных схемах
принимают шарнирными, прогоны ба-
лочных мостов условно рассчитывают как
разрезные балки, хотя в действительно-
сти они работают как неразрезные балки
на опорах, имеющих значительную по-
датливость.
Усилия в элементах и соединениях
определяют в предположении упругой
работы материала, как правило, с ис-
пользованием линий влияния при члене-
нии пространственной системы на пло-
ские.
Расчет деревянных мостов под желез-
ную дорогу производится по предельным
состояниям первой и второй групп. По
предельным состояниям первой группы
элементы проверяют на прочность и ус-
тойчивость. Расчет деревянных мостов на
.выносливость в явном виде не произво-
дят. Влияние усталости косвенно учиты-
вают при назначении расчетных сопро-
тивлений и в указаниях по конструиро-
ванию.
По предельным состояниям второй
группы проверяют прогибы пролетных
строений.
При расчете сечений элементов дере-
вянных мостов под железную дорогу
динамический коэффициент 1 -4- |* —
— 1,1, а при расчете сопряжений
1 4- р == 1,2; автодорожных и городских
мостов — 1,0. Расчетный модуль упру-
гости древесины при сжатии и растяже-
нии вдоль волокон и изгибе следует при-
нимать: для обычной древесины при опре-
делении деформаций от постоянных на-
грузок 8340 МПа, от временных —
9810 МПа, а для клееной древесины от
любых нагрузок — 9810 МПа.
Сопротивление древесины силовым воз-
действиям зависит как от качества дре-
весины, так и от вида напряженного сос-
34
тояния и направления усилий по отно-
шению к волокнам. Различны и виды
разрушения древесины: близкое к хруп-
кому — при растяжении и скалывании;
с большими пластическими деформация-
ми — при изгибе и смятии. В связи
с этим в расчетах по предельным состоя-
ниям первой группы в качестве предель-
ных принимают напряжения, при кото-
рых происходит разрушение древесины
или развитие больших пластических де-
формаций.
Важно отметить, что сопротивление
древесины зависит от длительности дейст-
вия нагрузки. Особенности работы дре-
весины учитывают при назначении рас-
четных сопротивлений. Расчетные сопро-
тивления устанавливают в зависимости
от вида напряженного состояния, кон-
структивных особенностей элементов, по-
роды дерева, его влажности и других
факторов. Их значения регламентируют-
ся СНиП 2.05.03-84.
' Рассмотрим расчет центрально-сжатых
элементов. Основные расчетные формулы
имеют вид:
на прочность по нормальным напряже-
ниям
на устойчивость
N
где Л — расчетное осевое усилие; Лн#,
Л^ — площади поперечного сечения соответ -
ствеиио нетто и брутто; — расчетное со-
противление при сжатии вдоль волокон; —
коэффициент понижения несущей способ-
ности при проверке устойчивости^ центрально-
сжатых элементов, определяемый по форму-
лам:
/ л \3
при 1<70 Ф=1— ;
при X > 75 Ф~
3000
№
К — гибкость элемента в плоскости из-
гиба.
Расчетные формулы для различных
видов напряженного состояния и работы
элементов приведены в СНиП 2.05.03-84.
Расчетные силовые факторы (Л4, N,
Q) определяют от временной и постоян-
ной нагрузок с учетом коэффициентов
надежности по нагрузке и динамических
коэффициентов.
4.2. Расчет прогонов, пакетов
и клееных балок
Прогоны балочных и подкосных мостов
независимо от их действительной схемы
работы (обычно они работают как нераз-
резные балки на упругих опорах) рас-
считывают как простые балки с пролета-
ми, равными расстоянию между осями
соседних опор (узлов опирания). Такое
упрощение расчетной схемы облегчает
расчет при обеспечении достаточной точ-
ности оценки надежности прогонов. При
наличии подбалок расчетный пролет про-
гонов допускается уменьшать по отноше-
нию к расстоянию между осями опор,
считая их опертыми на концы подбалок,
но не более чем на 10 %.
Пакеты и клееные балки пролетных
строений железнодорожных мостов обыч-
но работают по схеме простых балок. За
расчетный пролет принимают расстояние
между центрами опирания балки.
Расчетные усилия (расчетный изги-
бающий момент и поперечную силу)
для характерных сечений определяют от
временной и постоянной нагрузок по ли-
ниям влияния. Временную нагрузку
задают эквивалентными нагрузками в со-
ответствии с указаниями по проектирова-
нию мостов и труб.
Нормативную вертикальную нагрузку
от собственного веса в виде равномерно
распределенной нагрузки от веса мосто-
вого полотна gt и веса прогона (балки,
пакета) g2 определяют по примерно за-
данным их размерам на основании
справочного материала или приближен-
ных расчетов.
Временные и постоянные нагрузки в
расчетные формулы вводят с соответст-
вующими коэффициентами надежности
по нагрузке, а временную нагрузку,
кроме того, — с динамическими коэф-
фициентами.
Расчетный изгибающий момент (в се-
редине пролета) и расчетную перерезы-
2*
вающую силу над опорой определяют по
формулам:
^0,5-= 1^1 Т/1 + Я2Т/24- ^,5 (1+p) X
где gi, £2 — нормативные нагрузки от соб-
ственного веса мостового полотна и прогона
(балки); уд, — коэффициенты надежности
по постоянной нагрузке; щ — норма-
тивные временные вертикальные нагрузки для
треугольной линии влияния с максимальной
ординатой в середине пролета и над опорой;
VfV — коэффициент надежности по временной
нагрузке; Р — доля временной нагрузки, при-
ходящаяся на рассматриваемую балку (про-
гон) с одного пути; 0,5; Ц?. 0 — площади
линии влияния момента в середине пролета и
перерезывающей силы на опоре; I р, —
динамический коэффициент, принимаемый для
элементов равным 1,1; для сопряжений —
1,2.
По расчетным усилиям подбирают се-
чения прогонов, пакетов и балок с по-
следующей проверкой нормальных и ка-
сательных напряжений, которые срав-
нивают с расчетными сопротивлениями
(расчет по предельным состояниям пер-
вой группы). Кроме того, проверяют
прогибы (расчет по предельным состоя-
ниям второй группы). Проверку прочно-
сти простых прогонов, состоящих из
одиночных бревен или одиночных брусь-
ев, производят по формулам:
Ж
w nt
T QSbr
x- 1ЬтЬ ^Rdab'
где M — расчетный изгибающий момент в
рассматриваемом сечении; т- момент со-
противления сечения нетто; mb — коэффици-
ент условий работы при наличии врубок или
врезок, равный 0,85 для брусьев и 0,90 для
бревен, а при их отсутствии — 1,0; R^b —
расчетное сопротивление на растяжение вдоль
волокон при изгибе; Q — расчетная перере-
зывающая сила в рассматриваемом сечении;
Sbr — статический момент полусечения брут-
то относительно нейтральной оси; 1Ьг — мо-
мент инерции сечения брутто; b — ширина
сечения по нейтральной оси; R^ — расчет-
ное сопротивление на скалывание при изгибе.
В составных пакетах на призматиче-
ских продольных шпонках (колодках)
и других шпонках вследствие деформа-
ций сдвига, связанных с податливостью
35
шпоночных соединений, момент инерции
сечения снижается по сравнению с бал-
ками целого сечения. Это учитывают вве-
дением в расчетные формулы коэффи-
циента условий работы (коэффициента
сплошности) т2, который для пакетов
на призматических продольных шпонках
принимают в зависимости от числа яру-
сов равным: для двухъярусных — 0,85;
для трехъярусных — 0,80.
Условие прочности составного пакета
записывают в виде:
М
o=^w^^mbRdb'
QSbr т2
1ЪгЬ <Rdab'
Здесь геометрические характеристики
hr’ Wnl, Sbr определяют, как для цело-
го сечения составного пакета.
На каждую шпонку действует сдвигаю-
щая сила (рис 4.1)
„ (^+SQ,)^ + 1^
Sh==-------------,
— QjSbr t __ Qa^br .
где s01 — - , s02 — — ,
t 1 Ibr Ibr
l±, h — расстояние между осями соседних
шпонок; Qlt Q2 — расчетная поперечная си-
ла в соответствующих сечениях пакета (см.
рис. 4 I); Sbr — статический момент площади
сечения, лежащей за рассматриваемым соеди-
нительным швом (рядом шпонок), относитель-
но нейтральной оси пакета; 1Ьг — момент инер-
ции всего сечения пакета относительно нейт-
ральной оси.
36
Для равномерного нагружения одина-
ковые шпонки следует располагать с раз-
ным шагом, возрастающим от опоры
к середине пакета. Размер шага легко
определить по эпюре s0.
Шпонки и соединяемые ими элементы
проверяют на скалывание и смятие по
формулам:
а) на скалывание шпонки (колодки)
та Rdam,
A al
где Аа1 — площадь скалывания шпонки
(для рис. 4.1 Аа1 — 1аЬъ), та — коэффициент
условий работы, равный 0,8, R(jam — расчет-
ное сопротивление на скалывание шпонки; -
б) на скалывание соединяемых эле-
ментов по площадке между шпонками
(см. рис. 4.1)
Sh D
д та "dam,
где Аа2 — площадь скалывания соединяе-
мых элементов; Ла2 = агЬъ\ та — коэффи-
циент условий работы, равный 0,7; Rdam —
расчетное сопротивление на скалывание сое-
диняемых элементов;
в) на смятие по площади упора шпон-
ки в элемент
~Г~ tTlq Rdqs,
где Aq — площадь смятия Для пакета,
представленного на рис. 4.1. из бревен Aq =
2
= g ^Ь^Ь» из брусьев Aq = bbhb, mq — коэф-
фициент условий работы, принимаемый в дан-
ном случае равным 1; Rd-S — расчетное со-
противление на смятие вдоль волокон.
Эксцентрично приложенные к шпонке
силы Sh вызывают момент:
Mc = Sh.z,
где z — расстояние между центрами тяже-
сти площадок упора шпонки в соединяемые
элементы.
Под действием этого момента шпонка
стремится повернуться. От поворота ее
должны удерживать реактивные силы
Qz, которые условно считают приложен-
ными по концам шпонки (см. рис. 4.1).
В действительности они несколько сме-
щены к оси шпонки, поскольку реактив-
ные напряжения распределены на неко-
торой ее длине.
Расчетная сила
л $h z
1
la
где mz — коэффициент условий работы,
принимаемый равным 1,5, 1а — длина шпонки.
На эту силу рассчитываются болты,
стягивающие соединяемые элементы.
Клееные балки на прочность рассчи-
тывают как монолитные без учета подат-
ливости клеевых швов. Благодаря рас-
средоточению дефектов древесины и уп-
рочняющему влиянию клеевых швов
древесина в клееных элементах имеет
повышенное сопротивление к разруше-
нию под действием нагрузки. Поэтому
расчетные сопротивления для клееных
конструкций принимают несколько боль-
шими, чем для обычной древесины.
Расчет на прочность по нормальным
напряжениям клееных балок производят
по формуле
м
в = ——mh Rdb,
Wnt
где M — расчетный изгибающий момент
в рассматриваемом сечении, Wnt — момент
сопротивления нетто рассматриваемого сече-
ния; mt — коэффициент условий работы,
зависящий от толщины склеиваемых досок.
При толщине 19 мм и менее mt~ 1,1,26 мм —
1,05; 33 мм — 1,0; 43 мм —• 0,95; ть — коэф-
фициент условий работы, зависящий от высо-
ты сечения элемента. При высоте 500 мм и ме-
нее mb — 1,0, 600 мм — 0,96; 700 мм —
0,93; 800 мм — 0,90; 1000 мм — 0,85:
1200 мм и более — 0,80; Rdb —- расчетное со-
противление на растяжение волокон при изги-
бе клееной древесины.
Проверку по скапливанию клееных балок
выполняют по формуле
QSbr
mt mh
где Sbr—статический момент площади брут-
то отсекаемой части сечения относительно ней-
тральной оси балки; Ibr — момент инерции
сечения брутто балки; Ь — ширина сечения
или шва в месте проверки; Rdaj — расчетное
сопротивление на скалывание вдоль волокон
по клеевым швам при изгибе.
На скалывание проверяют наиболее
напряженные клеевые швы.
Расчет прогонов и балок по предель-
ным состояниям второй группы сводится
к определению прогибов в середине про-
лета от временной нормативной нагрузки
(без коэффициентов надежности по на-
грузкам и динамического коэффициента)
и сравнению их с допускаемыми проги-
бами. Прогибы в середине пролета опре-
деляют по формуле
5v0t5/4m27l
~ 334Е1Ьг ’
где v0,5 — нормативная временная вер-
тикальная нагрузка при максимальной орди-
нате линии влияния в середине пролета; I —
расчетный пролет, м; т2п — коэффициент ус-
ловий работы, учитывающий влияние подат-
ливости соединений (шпонок, клеевых швов),
принимаемый для балок на призматических
продольных шпонках равным 1,30, для
клееных балок — 1,20; Е — модуль упруго-
сти древесины, Ibr — момент инерции сече-
ния брутто балки.
4.3. Расчет опор
Деревянные опоры рассчитывают на
устойчивость положения против опроки-
дывания, а элементы опор (стойки, на-
садки, элементы связей, сваи и т. п.) —
на прочность. При расчете опор наряду
с вертикальными нагрузками учитывают
нагрузки, действующие в горизонталь-
ной плоскости: поперечные ветровые на-
грузки, поперечные нагрузки от ударов
подвижного состава и центробежной си-
лы, а также продольную нагрузку от
торможения и ветровой нагрузки. Нор-
мативные значения этих нагрузок и коэф-
фициенты надежности по нагрузкам при-
нимают согласно СНиП 2.05.03-84.
Проверку опоры на устойчивость про-
тив опрокидывания в поперечном направ-
лении производят на воздействие ветро-
вых нагрузок при наличии поезда на
мосту, а также без него. Кроме того,
проверяют устойчивость опоры против
опрокидывания от действия горизонталь-
37
ной поперечной нагрузки от ударов под-
вижного состава, а в случае расположе-
ния моста на кривой — и от горизон-
тальной поперечной нагрузки от центро-
бежной силы. Поперечную нагрузку от
ударов подвижного состава принимают
в виде равномерно распределенной на-
грузки интенсивностью 0,59 К/кН/м,
приложенной в уровне верха головки
рельса, где К — класс нагрузки СК.
Эту нагрузку не суммируют ни с ветро-
вой нагрузкой, ни с нагрузкой от цент-
робежной силы.
Горизонтальную нагрузку от центро-
бежной силы для железнодорожных мо-
стов считают приложенной на высоте
2,2 м от головки рельса. Эту нагрузку
суммируют с ветровой нагрузкой.
Нормативную горизонтальную ветро-
вую нагрузку, действующую на элементы
моста и находящийся на мосту поезд,
определяет умножением нормативной
интенсивности ветровой нагрузки wn на
соответствующую площадь расчетной
ветровой поверхности Лр. Для сквозных
пролетных строений и опор Ар равна
площади проекции всех элементов на-
ветренной фермы на плоскость, перпен-
дикулярную направлению ветра: для
прогонов и сплошных балок — площади
боковой поверхности наветренного про-
гона или балки, а для железнодорожного
подвижного состава — площади сплош-
ной полосы высотой 3 м с центром дав-
ления на высоте 2 м от головки рельса.
Центры приложения давления ветровой
нагрузки на элементы моста совпадают
с центрами тяжести соответствующих
площадей.
Нормативная интенсивность горизон-
тальной ветровой нагрузки
wh ~ Яе &h cw >
где Яо — интенсивность скоростного на-
пора ветра на высоте 10 м от поверхности зем-
ли; — коэффициент, учитывающий изме-
нения скоростного напора по высоте; cw —
аэродинамический коэффициент лобового со-
противления конструкций мостов и подвиж-
ного состава.
Расчетные значения давления ветровой
нагрузки получают умножением норма-
тивных значений на соответствующие
коэффициенты надежности по нагрузкам
и сочетаний.
33
Для обеспечения устойчивости опоры
против опрокидывания необходимо вы-
полнить условие
^z»
У»
где Ми—момент опрокидывающих сил
относительно оси возможного поворота (оп-
рокидывания), проходящей по крайним точ-
кам опирания; Mz — момент удерживающих
сил относительно той же оси; т — коэффи-
циент условий работы, принимаемый в стадии
постоянной эксплуатации равным 1,0; уп—
коэффициент надежности, принимаемый в ста-
дии эксплуатации равным 1,1.
Момент опрокидывающих сил при про-
верке устойчивости промежуточной ба-
шенной опоры против опрокидывания
в поперечном направлении (рис. 4.2) под
действием ветровой нагрузки при нали-
чии на мосту поезда
Mu=WrHt + W2H^+W^H^,
где Гх > Г2 = 4YywX
XWn2&2^V ^3 — ЦУ/М^П&АрЗ* #1» ^2> #3 -
расстояния от оси опрокидывания до равно-
действующих горизонтальных ветровых нагру-
зок Ж2, IF3; — длина участка моста
и подвижного состава, с которого передается
ветровая нагрузка на опору; я — коэффици-
ет сочетаний, равный для железнодорожных
мостов 0,5; уу№ — коэффициент надежности по
ветровой нагрузке, равный 1,5; wnt9 wn2, шПз —
нормативная интенсивность горизонтальной
ветровой нагрузки соответственно на пролет-
ные строения, подвижной состав и опору, при-
нимаемая согласно СНиП 2.05.03-34; ht —
высота подвижного состава; Л2 — высота про-
летного строения от низа прогона до головки
рельса; Дрз — площадь проекции всех эле-
ментов наветренной рамы рассматриваемой
опоры на плоскость, перпендикулярную на-
правлению ветра. Остальные обозначения по-
казаны на рис. 4.2.
Момент удерживающих сил относи-
тельно продольной оси в точке 0
(см. рис. 4.2)
В
(gi+g2) bi + V/i ,
где о — интенсивность временной верти-
кальной нагрузки от порожнего подвижного
состава с одного пути, равная 13,7 кН/м
(коэффициент надежности по временной на-
грузке и динамический коэффициент прини-
мают равным 1,0); — длина загружения
временной и постоянной нагрузками; уд —
коэффициент надежности по постоянной на-
грузке, принимаемый равным 0,9; g± — интен-
сивность нормативной вертикальной нагруз-
ки от веса мостового полотна (при деревянных
поперечинах отсутствии тротуаров под один
путь Ях = кН/м); g2 — интенсивность нор-
Рис. 4 2. Схемы для расчета опоры против опрокидывания и на прочность ее элемен-
тов
мативной вертикальной нагрузки от веса
прогонов; Go — вес опоры; В — ширина опо-
ры (см. рис. 4.2).
Аналогичную проверку делают в пред-
положении отсутствия поезда на мосту.
При этом в выражениях Ми и Mz ис-
ключаются моменты, вызываемые поезд-
ной нагрузкой и действующей на поезд
ветровой коэффициент сочетаний
т) принимают равным 1,0.
Кроме того, должна быть сделана про-
верка против опрокидывания опоры на
горизонтальные удары подвижного сос-
тава, а в случае расположения моста на
кривой — и на центробежную силу.
Подобным образом проверяют опоры
против опрокидывания в продольном
направлении (проверка достаточности
ширины опоры по фасаду моста 4,
см. рис. 4.2) от тормозной силы и про-
дольного давления ветра.
Расчет элементов опор начинают с оп-
ределения действующих в них усилий.
Опорное давление на опору или на сос-
тавляющие ее рамы в балочных мостах
определяют по линиям влияния в пред-
положении разрезности прогонов (см.
линию влияния опорного давления на
левую раму на рис. 4.2).
В опорах с вертикальными стойками
стойки рассчитывают на сочетание вер-
тикальных нагрузок (постоянных и вре-
менных). При наличии в опоре наклон-
ных стоек, кроме того, делают проверку
на сочетание вертикальных и горизон-
тальных нагрузок. В опорах с вертикаль-
ными стойками на горизонтальные силы
проверяют укосины.
Распределение опорного давления меж-
ду стойками от вертикальной нагрузки
принимают в предположении разрезно-
сти насадки над стойками. Вертикальная
сида приходящаяся на наклонную
стойку, раскладывается на горизонталь-
ную составляющую, воспринимаемую на-
садкой, и наклонную — наклонной стой-
кой. Осевое усилие в наклонной стойке
где а — угол наклона стойки к вертикали.
Усилия в диагоналях связей и допол-
нительные усилия (к усилиям, получен-
ным от вертикальной нагрузки) в стой-
ках рамы от горизонтальных нагрузок
приближенно можно определить, пред-
полагая, что момент всех сил относитель-
но точки 0 (см. рис. 4.2) уравновешивает-
ся реактивными усилиями в сваях, зйа-
39
чения которых принимают пропорцио-
нальными расстояниям от оси опоры до
соответствующих свай.
Прочность элементов опор проверяют
по наибольшим усилиям, полученным
при различных сочетаниях нагрузок и
воздействий.
Насадку рассчитывают на смятие по
площади опирания ее на стойки и на
изгиб.
Стойки и элементы связей проверяют
на прочность по площади нетто и на
устойчивость формы с учетом понижения
несущей способности центрально-сжа-
того стержня. Элементы связей, кроме
того, должны быть проверены по проч-
ности прикрепления их к стойкам.
Сваи рассчитывают на вертикальные
силы, передаваемые через стойки рамы.
Сваи проверяют по смятию опирающейся
на них насадки и по несущей их способ-
ности.
Несущую способность работающей на
сжимающую нагрузку висячей забивной
сваи в немерзлых грунтах определяют
как сумму расчетных сопротивлений
грунтов основания под нижним концом
сваи и на ее боковой поверхности по
формуле
Ф~т(т% li)*
где т — коэффициент условий работы сваи
в грунте, принимаемый tn — 1; tnRi tnj — ко-
эффициенты условий работы грунта соответст"
венно под нижним концом и иа боковой поверх-
ности сваи, учитывающие влияние способа пог-
ружения; -г-расчетное сопротивление грунта
под нижним концом сваи, зависящее от харак-
теристики грунтов и глубины погружения ниж-
него конца сваи; А — площадь опирания сваи
на грунт, принимаемая по площади попереч-
ного сечения сваи брутто; w —наружный пери-
метр поперечного сечения сваи; —расчетное
сопротивление t-го слоя грунта по боковой по-
верхности сваи; If — толщина Z-го слоя грун-
та, соприкасающегося с боковой поверхностью
сваи.
Глава 5
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ
5.1. Характеристика и область
применения
В железобетонных пролетных строе-
ниях, работающих на изгиб, в сечениях,
где действуют положительные моменты,
40
верхняя зона пролетного строения испы-
тывает сжатие, а нижняя — растяжение.
Для увеличения несущей способности
пролетного строения растянутую зону
армируют стальными стержнями.
В пролетных строениях
железобетонных мостов
с обычной арматурой (без
предварительного ее на-
тяжения) в стадии эксплуатации в
растянутой зоне возникают деформации,
превышающие предельную растяжимость
бетона и приводящие поэтому к об-
разованию трещин. При их значитель-
ных размерах возникает опасность уско-
ренной коррозии арматуры в зоне тре-
щин. Чтобы этого избежать, размер пре-
дельно допустимого раскрытия трещин
ограничивают. При этом не удается ис-
пользовать в качестве рабочей арматуры
высокопрочную сталь и получить более
экономичную и легкую железобетонную
конструкцию. В тех случаях, когда рас-
крытие трещин оказывается больше пре-
дельного значения, следует применять
конструкции из предвари-
тельно напряженного же-
лезобетона, которые имеют ряд
преимуществ и дают возможность полу-
чать не только большое разнообразие
форм, но и использовать материалы повы-
шенной прочности.
В конструкциях из предварительно
напряженного железобетона при изю-
товлении в каждом расчетном сечении
создается напряженное состояние, об-
ратное тому, которое возникает от соб-
ственного веса и временной нагрузки.
Принцип работы предварительно на-
пряженного железобетона отличается от
принципа работы обычного железобето-
на. В обычном железобетоне бетон рас-
тянутой зоны в основном необходим для
защиты стальной арматуры; в предвари-
тельно напряженном внутренняя пара
сил отвечает условиям работы сжаюй
и растянутой зон бетона. Роль стальной
арматуры в конструкциях из предвари-
тельно напряженного железобетона за-
ключается в том, чтобы зону растянуто-
го бетона подвергать постоянному сжа-
тию. Второй функцией предварительно
напряженной арматуры является вос-
приятие растягивающих усилий при на-
грузках, близких к разрушающим.
В этой стадии арматура работает, как и
в конструкциях из обычного железобе-
тона.
Предварительно напряженный желе-
зобетон, работающий в эксплуатацион-
ной стадии в пределах упругости, —
полностью однородный материал.
Таким образом, техническими прие-
мами удается улучшить работу материа-
ла, повысив уровень предельных состоя-
ний. В современном мостостроении ши-
роко применяются одно-, двух- и трех-
осное обжатия бетона.
Физико-механические свойства бе-
тона практически не зависят от предва-
рительного его обжатия. Так, например,
пределы прочности на растяжение обыч-
ного бетона, одно-, двух- и трехосно-
обжатого практически одинаковы. Вмес-
те с тем применение предварительно на-
пряженных конструкций позволяет по-
лучить экономию стали и бетона. Эко-
номия металла в 1,5—2,5 раза достигает-
ся в основном за счет применения высо-
копрочной стали, а экономия бетона —
за счет уменьшения главных растяги-
вающих напряжений. Для создания
предварительного обжатия бетона при-
меняют проволочную или стержневую
арматуру с высоким временным сопро-
тивлением (до 1000 МПа).
Основным критерием поиска лучшего
варианта железобетонного моста являет-
ся его стоимость и эксплуатационные ха-
рактеристики (рис. 5.1). Для области
малых пролетов железобетонные пролет-
ные строения экономичнее металличес-
ких. Так, например, на железобетонное
запроектированное под железную Дорогу
длиной 34,2 м пролетное строение рас-
ходуется 21 т арматурной стали (в том
числе 8 т высокопрочной), а на современ-
ное стальное коробчатое пролетное стро-
ение с ортотропной плитой проезжей
,части той же длины — 72 т стального
проката.
В СССР для пролетов до 27,6 м желез-
нодорожных мостов и до 42 м автодорож-
ных широко применяют типовые
железобетонные пролет-
ные строения, изготовляемые ин-
дустриальным способом на заводах и
полигонах.
Средние и большие мосты строят по
индивидуальным проектам.
Рис. 5.1. Изменение строительной и полной
стоимости стальных и железобетонных про-
летных строений в зависимости от пролета:
В отдельных случаях эти конструкции
применяют многократно: используют
опалубку и другие обустройства повтор-
но, что снижает стоимость сооружения.
По данным Гипротрансмоста, экономия
на каждый следующий мост составляет
28 % железобетона и 13 % стали.
Разнообразие гидрогеологических ус-
ловий в местах возведения искусствен-
ных сооружений требует много-
образия конструктивных
форм элементов моста. Одним из пре-
имуществ железобетона является воз-
можность изготовления элементов мо-
стов с поперечными сечениями любого
очертания, что открывает широкие воз-
можности для совершенствования конст-
руктивных форм пролетных строений и
опор.
5.2. Основные системы
железобетонных мостов
Основные системы железобетонных мо-
стов приведены на рис. 5.2.
Балочные разрезные системы являют-
ся наиболее массовыми и применяются
для перекрытия малых и средних про-
летов. В них напряженное состояние
пролетного строения при заданном про-
41
лете и нагрузках зависят главным обра-
зом от формы и размеров поперечного
сечения.
Для перекрытия больших пролетов
балочными конструкциями используют
неразрезные или консольные системы,
которые могут быть выполнены как из
сборного, так и из монолитного железо-
бетона.
К преимуществам неразрезных систем
относят плавность линии прогиба, мень-
ший расход материалов в пролетных
строениях и опорах, возможность возве-
дения пролетных строений различными
способами (продольная надвижка, на-
весное бетонирование, навесной монтаж
и др.), а к недостаткам — чувствитель-
ность к неравномерным осадкам опор,
усадке и ползучести бетона, к темпера-
турным изменениям. Здесь и далее имеют
в виду температурные изменения, ко-
торые характеризуется неодинаковым
ходом температуры в различных зонах
пролетного строения (в плите, ребрах,
нижнем поясе).
Экономия материалов в пролетных
строениях неразрезных мостов достига-
гается уменьшением изгибающих момен-
тов в пролете. Снижение моментов по
сравнению с простыми (разрезными) бал-
ками происходит за счет разгружающе-
го действия опорных моментов.
Применяя неразрезную систему, обыч-
но достигают дополнительной экономии
и в кладке опор за счет размещения на
каждой опоре одной опорной части (по
фасаду моста) вместо двух при простых
балках (рис. 5.3).
Преимущество консольных систем —
нечувствительность к неравномерным
осадкам опор, температурным измене-
ниям. Серьезным недостатком таких сис-
тем является значительное проявление
деформаций ползучести бетона, которое
приводит к перелому линии прогибов и
тем самым ухудшает взаимодействие под-
вижного состава с пролетным строением.
Недостатком считают и наличие двух
дополнительных шарнирных соединений,
которые уменьшают жесткость пролет-
ного строения, требуют дополнительного
армирования балок в месте их сопряже-
ния и дополнительного расхода стали на
опорные части. К недостаткам относят
также ограниченность способов сооруже-
ния консольного пролетного строения.
Рамные системы чаще всего применя-
ются в путепроводах. В рамных мостах
стойки жестко соединены с ригелем и
работают совместно. Опоры и ригели
рамных мостов имеют меньшие размеры,
чем балочные. Однако экономия бетона
в сооружении сопряжена с усложнением
производственных процессов.
Рис. 5.2. Основные системы железобетонных мостов:
J ~ балочные; II — рамные; III — арочные; JV -- комбимиров
1 — разрезные; 3 — нераврезные; 3 — консольные
42
Преимущество рамных систем состоит
в повышенной жесткости сооружения,
меньшем расходе материала, плавности
линии прогиба. Недостатки — чувстви-
тельность к неравномерным осадкам
опор, усадке, ползучести бетона и тем-
пературным деформациям, сложность вы-
полнения капитального ремонта и за-
мены.
Рамные мосты с шарнирным опира-
нием стоек на фундаменты менее чувст-
вительны к неравномерным осадкам опор
и температурным деформациям. Однако
наличие шарнира ухудшает эксплуата-
цию моста.
Арочные мосты, как правило, приме-
няют для перекрытия значительных про-
летов. В арочных системах несущая кон-
струкция представляет собой криволи-
нейный брус, который работает в основ-
ном на сжатие. В этих случаях более
полно используются прочностные ха-
рактеристики железобетона. Применяют
как распорные арочные мосты, так и
безраспорные. Арочные безраспорные
мосты относят к комбинированным со-
оружениям. Распорные мосты требуют
надежного основания.
Распор можно менять, если при задан-
ном пролете варьировать пологостью
арки (стрелкой /).
Жесткость арочных мостов также за-
висит от числа шарниров. Различают
бесшарнирные, одно-, двух- и трехшар-
нирные. К недостаткам арочных сис-
тем относят сложность индустриализа-
ции изготовления, трудоемкость возве-
дения, сложность ремонта или замены.
Арочные мосты, сооружаемые из боль-
шого числа сборных элементов, обыч-
но имеют повышенные деформации.
Комбинированные мосты характери-
зуются совместной работой двух и более
систем. Примером могут служить мосты
вантовые, подпружные, которые благо-
даря рациональному распределению уси-
лий отличаются экономичностью и вме-
сте с тем позволяют перекрывать значи-
тельные пролеты. Из комбинированных
следует отметить вантовые мосты с же-
лезобетонной балкой жесткости, которые
отличаются архитектурными и экономи-
ческими преимуществами. Применение
жестких вант (из железобетона) позволит
успешно применять такие системы в не-
Рис. 5.3. Схемы опирания на опоры пролетных
строений:
а — разрезных; б — неразрезных
далеком будущем и для железнодорож-
ных мостов. Комбинированные мосты
применяются пока преимущественно в
автодорожном и городском строитель-
стве.
5.3. Материалы и их характеристики
Железобетон — композитный мате-
риал, состоящий из бетона (96—99 %) и
стальных элементов (4—1 %). В мосто-
вых железобетонных конструкциях сталь
и бетон работают совместно, что обеспе-
чивается надежным сцеплением и близ-
кими коэффициентами температурного
расширения (ос0 ~ аст). Бетон — это ис-
кусственный камень, состоящий из це-
мента, песка, щебня или гравия и воды.
Конструкции мостов возводят преиму-
щественно из тяжелого бетона (с плот-
ностью от 2200 до 2500 кг/м8), который
может быть получен при использовании
прочных естественных пород.
Для элементов мостов применяют бе-
тон следующих классов по прочности на
сжатие: В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45;
В50; В55; В60. Допускается применение
классов В22,5 и В27,5, если это приводит
к экономии цемента и не снижает дру-
гих технико-экономических показателей.
Омоноличивание напрягаемой армату-
ры в открытых каналах следует произ-
водить бетоном класса (не ниже) ВЗО.
Арматурные каналы в предваритель-
но напряженных конструкциях инъек-
тируют раствором прочностью на 28
сут не ниже 29,4 МПа.
Бетон мостовых конструкций должен
удовлетворять требованиям по морозо-
стойкости. Марку бетона F по морозо-
43
стойкости назначают в зависимости от
режима эксплуатации и климатических
условий строительства от 100 до 400.
Чем плотнее бетон, тем лучше он защи-
щает арматуру от окружающей среды.
Поэтому к бетону для мостовых кон-
струкций предъявляют требования по
водонепроницаемости. Марка бетона W
по водонепроницаемости должна быть
не ниже 4—8. Подвижность бетонной
смеси контролируют осадкой конуса.
В густоармированных зонах для обес-
печения удобоукладываемости бетонной
смеси может быть применен суперпласти-
фикатор, увеличивающий ее подвиж-
ность. Гранулометрический состав, проч-
ность и наличие вредных примесей песка
и щебня должны отвечать ГОСТам.
Необходимые характеристики дости-
гаются подбором состава бетона, кото-
рый выполняет лаборатория.
Важной характеристикой бетона яв-
ляется темп набора прочности во вре-
мени. Обычные бетоны достигают 50 %
прочности через 3 сут при температуре
плюс 20° С. Более высокий темп роста
прочности можно получить прогревом
конструкции, пропариванием или ис-
пользованием тепла экзотермии цемен-
та. Прогрев и пропаривание позволяют
уже через 2 сут иметь 80 % прочности.
На качество бетона значительно вли-
яет расход цемента. Повышенный расход
приводит к возрастанию усадки и ползу-
чести бетона. Деформации усадки бето-
на зависят от деформаций растворной
части, поэтому решающую роль играет
тип цемента.
Уменьшить усадку можно тщательным
подбром состава бетонной смеси, умень-
шением расхода цемента и В/Ц, техно-
логическими приемами и уходом за бе-
тоном в процессе его твердения, а также
использованием безусадочных и расши-
ряющихся цементов.
Ползучесть — это способность бе-
тона медленно деформироваться под
нагрузкой. Деформации ползучести мо-
гут в несколько раз превзойти упругие
деформации от нагрузки. Ползучесть
приводит к перераспределению внут-
ренних усилий и вызывает дополни-
тельные прогибы конструкции.
Уменьшить проявление ползучести
можно теми же технологическими ме-
44
рами, которые рекомендуются для
уменьшения усадки.
Упругие свойства бетона характе-
ризуются модулем упругости Еь.
При твердении конструкций в ес-
тественных условиях (без теплойлаж-
ностной обработки) модули упругости
бетона для различных классов могут
быть приняты следующими:
В20 В22,5 В25 В27,5
27,0 28,5 30,0 31,5
ВЗО В35 В40 В45
32,5 34,5 36,0 37,5
В50 В55 В60
39,0 39,5 40,0
Класс бетона . .
Eb-10-s, МПа .
Класс бетона . .
£ь.10-з, МПа .
Класс, бетона . .
£ь-10-з, МПа .
Модуль упругости бетона следует
уменьшить:
для бетона, подвергнутого тепловлаж-
ностной обработке, а также для бетона,
работающего в условиях переменного
замораживания и оттаивания, — на
10 d/0;
для бетона конструкций, не защищен-
ных от солнечной радиации в климати-
ческом подрайоне IV А по СНиП
2.01.01—82, — на 15 %.
Для кладки из бетонных блоков зна-
чения модулей деформации Е следует
принимать:
для бетонов классов В20 — В35 Е =
= 0,5 £ь;
для бетонов классов В 40 и выше
Е = 0,6 Еъ. Модуль сдвига Gb следует
принимать равным 0,4 Еь, а коэффициент
поперечной деформации (коэффициент
Пуассона) — = 0,2.
Напряжения, полученные расчетом,
должны быть сопоставлены с расчетным
сопротивлением бетона.
Расчетное сопротивление бетона сжа-
тию в расчетах на выносливость Rbf
определяют следующим образом:
Rbf=mbi Кь = 0.б₽Ь8ЬR&,
где тЬ1 — коэффициент условий работы;
Rb—расчетное сопротивление бетона; —
коэффициент, учитывающий рост прочности
бетона во времени; е6 — коэффициент, зави-
сящий от асимметрии цикла повторяющихся
напряжений.
Среди новых прогрессивных бетонов
можно отметить бетон с полимерными
добавками (полимербетон), прочностные
и деформативные характеристики которо-
го при растяжении повышаются в 10—
20 раз. Полимербетон незаменим при
ремонте и усилении железобетонных мо-
стов.
Арматура железобетонных мостовых
конструкций в зависимости от функций,
на нее возложенных (рабочая, вспомога-
тельная , распределительная), подраз-
деляется на ненапрягаемую и напрягае-
мую (до бетонирования или после).
Ненапрягаемая арматура применяет-
ся в виде гладких или периодического
профиля стержней диаметром 6—8 мм
до 40 мм и более классов A-I, А-П,
А-Ш. В отдельных случаях для армиро-
вания используют прокатные профили.
Для напрягаемой арматуры применяют
пучки из параллельных проволок диа-
метром, как правило, 5 мм, обладающих
высокой прочностью (класс В-II). В по-
следние годы часто используют витые
семипроволочные пряди, из которых фор-
мируют арматурные элементы требуемой
площади поперечного сечения (класс
К-7). Используют и стержневую высоко-
прочную арматуру периодического про-
филя, прокатанную из низколегирован-
ной стали классов A-IV, A-V, A-VI.
Если на арматуре периодического про-
филя ребра располагаются по винтовой
линии, то арматурные стержни стыкуют
вручную, навинчивая на концы стыкуе-
мых стержней специальные муфты. Та-
кие равнопрочные соединения освоены
в ФРГ, Японии и других странах. Ос-
новными характеристиками арматурной
стали для мостов, являются прочность,
предел текучести и выносливость.
Мостовые конструкции из обычного
железобетона армируют ненапрягаемой
арматурой в виде сварных каркасов и
сеток, а также отдельными стержнями.
Для заводского изготовления наиболее
приемлемы сварные каркасы и сетки.
Глава 6
БАЛОЧНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ
6.1. Виды балочных мостов
и конструктивные формы пролетных
строений
Конструкция пролетного строения в
значительной степени зависит от выбран-
ной статической схемы сооружения.
Наиболее массовыми являются про-
летные строения малых и средних мостов
и путепроводов, возводимых в виде ба-
лочных систем, как правило, из сборных
однотипных элементов. Такой выбор объ-
ясняется простотой конструкции, удоб-
ством изготовления, транспортирования
и монтажа.
При разработке проекта учитывают
ряд требований, которым должно отве-
чать запроектированное пролетное строе-
ние. Мостовые конструкции должны быть
долговечны в работе, удобны для инду-
стриального изготовления и вместе с тем
иметь минимальные расход материала
(бетона и стали), трудоемкость, стои-
мость.
Например, требуется разработать ба-
лочное пролетное строение. Необходимо
установить, какое поперечное сечение (из
четырех сравниваемых) обладает наи-
большей жесткостью. Длину пролетного
строения обозначим /. Расход материала
одинаковый для всех вариантов — А —
4000 см2. Результат поиска сведен в
табл. 6.1.
Итак, сечениями, близкими к опти-
мальным по расходу материала, являют-
ся Р и Д, имеющие наибольшую жест-
кость. С другой стороны, изделие по ва-
рианту П проще изготовить, чем по ва-
риантам Р и Д.
Необходимо учитывать и другие фак-
торы. Так, например, если пролетное
строение будут перевозить по железной
дороге, его ширина не должна быть более
270 см для пролета длиной 34 м и 320 см
для пролетных строений малых длин.
Предельная высота блоков зависит от
ширины плиты и не должна превышать
350 см, а при наибольшей ширине —
220—240 см, т. е. необходимо создать
пролетные строения таких размеров, что-
бы их можно было провезти по условиям
габарита. Поэтому наибольшее распрост-
ранение получили двухблочные строе-
ния.
Масса блоков ограничивается грузо-
подъемностью кранового оборудования и
транспортных средств. Блоки пролетных
строений не должны иметь массу более
120—125 т. Жесткость пролетного строе-
ния должна обеспечить прогиб в задан-
ных пределах, который регламентирует-
ся СНиПом.
45
Таблица 6.1
Тип поперечного сечения I х, см4
П (плитное)
К (круглое)
Р (ребристое)
Д (двутавровое)
0,074.10е
0,63-10®
5,92-10®
8,93-10®
Минимальную толщину ребра назна-
чают из двух условий: расчета по каса-
тельным и главным растягивающим на-
пряжениям, а также по условию качест-
венной укладки бетона.
Размеры нижнего пояса подбирают
с учетом трех условий: предельного на-
46
пряжения сжатия, условия размещения
преднапряженной арматуры, а также ус-
ловия опирания на опорные части.
Балочные пролетные строения
(рис. 6.1) различают по следующим ха-
рактерным признакам: статической схе-
ме, уровню проезда, конструктивной
форме и виду армирования.
Простейшие балочные мосты с плитны-
ми пролетными строениями обычно при-
меняют для перекрытия небольших про-
летов: 3—16 м для железнодорожных
мостов (рис. 6.1, а). Балочными раз-
резными пролетными строениями пере-
крывают пролеты от 3—8 до 30—40 м.
Каждый блок опирается на две опорные
части — одну подвижную и другую —
неподвижную.
Балочные разрезные пролетные строе-
ния (простые балки) имеют одно-
значную эпюру изгибающих моментов
(см. рис. 6.1, а). Характерные поперечные
сечения балочных разрезных пролетных
строений приведены на рис. 6.1, 1—7.
Неразрезные системы (рис. 6.1, 6)
по сравнению с разрезными обладают
технологическими, эксплуатационными,
экономическими и архитектурными пре-
имуществами.
Эпюра изгибающих моментов в этих
системах двузначная: положительная в
пролетах и отрицательная в надопорных
сечениямх.
Типы поперечных сечений неразрез-
ных систем приведены на рис. 6.1,
2—7.
При перекрытии больших пролетов
или недостаточной несущей способности
грунтовых оснований, что может вызвать
значительные неравномерные осадки
опор, используют консольные системы
(рис. 6.1, в), в которых не возникают при
этом дополнительные усилия.
В консольных системах к концам кон-
солей подвешивается, как правило,
подвесной пролет. Длину консолей стре-
мятся выбрать таким образом, чтобы мес-
та крепления подвесного пролета попада-
ли в зовы нулевых моментов в нераз-
резной системе. Обычно 12 = 0,3 lt
(см. рис. 6.1, в).
По конструктивной форме различают
плитные пролетные строения, ребристые
и коробчатые (см. рис. 6.1, 1, 2, 3, 4).
По виду армирования — конструкции
с ненапрягаемой арматурой (см. рис. 6.1,
1, 2, 6, 7) и с напрягаемой (см. Г'нс- 6.1,
3,4, 5). Для железнодорожных мостов со
стержневой напрягаемой арматурой,
а также для автодорожных мостов допу-
скается применять преднапряженные
пролетные строения е частичным обжа-
тием бетона. В таких пролетных строе-
ниях трещиноетойкость бетона обеспечи-
вается при работе под постоянными на-
грузками. Временная подвижная нагруз-
ка в них вызывает образование трещин в
растянутой зоне пролетного строения.
Силу натяжения рабочей арматуры под-
бирают таким образом, чтобы раскрытие
трещин в бетоне было бы меньше предель-
ного значения, вызывающего коррозию
арматуры. После схода нагрузки с моста
трещины закрываются.
Пролетные строения с частичным об-
жатием бетона экономичнее пролетных
строений из преднапряженного бетона.
Окончательное решение о широком при-
менеяии пролетных строений с частичным
обжатием бетона в железнодорожных мо-
стах может быть принято после всесто-
ронних испытаний и их опытной эксплуа-
тации, которые позволят получить ин-
формацию об их надежности и долговеч-
ности.
По способу производства работ разли-
чают пролетные строения: монолитные
(см. рис. 6.1, 6, 7), возводимые в створе
моста; сборные, изготовляемые на заводе
или полигоне (см. рис. 6.1, 1, 2, 5);
сборно-монолитные. В последнем случае
часть пролетного строения состоит из
сборных элементов, которые объединяют-
ся монолитными вставками.
При сооружении железобетонных мо-
стов с пролетами 40 м и более, как пра-
вило, применяют балки коробчатого се-
Рис. 6.1. Балочные системы железобетонных пролетных строений с ездой яа балласте и
эпюры изгибающих моментов:
а — в разрезных; б — в н^аз^езных; в — в консольных;
7—7 — характерные типы поперечных сечений
47
i Уд расход
цу .бетона м'\/м
Рис 6.2. Зависимость удельного расхода бето-
на в железобетонных пролетных строениях че-
тырех серий от пролета-
1 — из обычного железобетона — плитные; 2 — то же
с пониженной высотой; 3 — лз обычного железобето
на — ребристые; 4 — из предварительно напряжен
кого железобетона — ребристые
Рис. 6 3 Отношения h/l—f(l) для четырех серий
типовых и пролетных строений
чения (см. рис. 6.1, 4), которые имеют
повышенную жесткость.
В зависимости от ширины моста в по-
перечное сечение могут быть включены
одна коробчатая балка, две и более.
В железобетонных мостах иногда при-
меняют сквозные конструкции в виде
ферм. Однако опыт сооружения и экс-
плуатации таких мостов показал, что
они требуют дальнейшего совершенство-
вания как конструктивных форм, так и
мест сопряжения элементов (узловых
блоков).
6.2. Конструктивные требования
к пролетным строениям
Новые проекты железнодорожных про-
летных строений в соответствии с требо-
ваниями СНиПа должны предусматри-
вать возможность использования их при
строительстве вторых путей и замены
пролетных строений на эксплуатируемых
мостах.
Конструктивные решения (для малых
железнодорожных мостов с ездой, на бал-
48
ласте) должны обеспечивать возможность
подъемки пути при его капитальном
ремонте.
Для железнодорожных мостов пролет-
ные строения длиной до 16,5 м изготов-
ляют, как правило, из обычного железо-
бетона с ненапрягаемой арматурой, а
при больших пролетах с напрягаемой ар-
матурой — на специализированных за-
водах и полигонах по типовым проектам.
С целью снижения трудовых затрат,
стоимости изготовления и увеличения
съема продукции с 1 м2 технологической
линии выполнена унификация пролетных
строений, предусматривающая сокраще-
ние типоразмеров. Унифицированы раз-
личные детали пролетных строений —
арматурные пучки, сетки, тротуарные
блоки, перила, детали водоотвода, опор-
ные части, гидроизоляция и др.
Так как полной унификации и оптими-
зации достичь практически невозможно,
все железобетонные пролетные строения
разбиты на серии. Основные характери-
стики типовых пролетных строений при-
ведены на рис. 6.2 и 6.3
Практически неизменной остается ши-
рина, которую для новых мостов на
прямых участках пути следует прини-
мать равной 418 см, а при замене —
400 (418) см. Соответственно ширина пли-
ты одного блока 208 см или 199 см. На
участках железных дорог, где предусмат-
ривается механизированная очистка щеб-
ня щебнеочистительными машинами, ши-
рину плиты одного блока пролетного
строения принимают равной 257 см
(мост на прямом участке) и 279 см (мост
на кривой радиусом R > 300 м). При
пропуске щебнеочистительных машин
расстояние между осями балок должно
быть увеличено до 240 см. Толщину
плиты балластного корыта следует при-
нимать не менее 15 см (в зоне между
ребрами) и не менее 10 см — на концах
консолей. Высота внешнего бортика бло-
ка пролетного строения изменяется в за-
висимости от условий эксплуатации от
35 до 70 см. Внутренний бортик, необ-
ходимый для заделки гидроизоляции,
при односкатном водоотводе не предус-
матривается.
В пустотелых блоках плитных пролет-
ных строений стенки и верхние плиты
принимают толщиной не менее 10 см;
нижние плиты толщиной не менее
12 см. В ребристых пролетных строениях
железнодорожных мостов толщина стен-
ки должна быть не менее 12 см при от-
сутствий в ней арматурных пучков и не
менее 15 см при их наличии. В коробча-
тых пролетных строениях эти толщины,
а также толщины нижних плит соответ-
ственно назначают не менее 15 и 18 см.
Наименьшая толщина монолитных
тротуаров 8 см, сборных (съемных) —
6 см. Толщину диафрагм и ребер жестко-
сти следует назначать не менее 10 см.
Защитный слой бетона для ненапрягае-
мой рабочей арматуры должен быть не
менее 3 см; ненапрягаемых хомутов —
не менее 2 см; напрягаемой арматуры —
не менее 4 см; напрягаемых хомутов —
не менее 3 см.
Расстояние между арматурными стер-
жнями регламентируется следующим об-
разом: при однорядном размещении не
менее 4 см; при двухрядном — не менее
5 см; при расположении арматуры в три
и более рядов — не менее двух диаметров
(или 5 см). При стесненном размещении
арматуры разрешается группировать по
два или три стержня без зазора. Расстоя-
ние в свету в этих случаях должно быть
соответственно не менее 5 (6) см. Арма-
турные стержни периодического профи-
ля, а также концы стержней (в том числе
и гладких) в сварных сетках могут не
иметь по концам крюков. Гладкие стерж-
ни, размещаемые в растянутой зоне,
должны иметь крюки на концах. Отгибы
следует заанкеривать в сжатой части
изгибаемой конструкции. Продольные
арматурные стержни растянутой зоны
необходимо заводить за ось опорной
части не менее чем на 10 диаметров стер-
жня. Крайние стержни, примыкающие
к боковым поверхностям балки, следует
отогнуть у торца под углом 90° и про-
должить вверх до половины высоты
балки
Напрягаемая арматура должна иметь
наружные или внутренние анкеры.
Распределительную арматуру плит
устанавливают с шагом, не превышаю-
щим 25 см. Шаг рабочей арматуры плит
ке следует назначать более 15 см. Шаг
хомутов в стенках разрезных балок (на
приопорных участках, равных ее высоте)
рекомендуется принимать не более 10 см;
от границы концевого участка до 1/4
пролета — не более 15 см; от */4 пролета
до его середины — не более 20 см.
В плитных пролетных строениях шаг
хомутов от торца до V4 пролета не дол-
жен превышать 15 см; от х/4 пролета до
середины — 25 см.
Отдельные сварные сетки стыкуют
внахлестку на длину не менее 30 диа-
метров продольных стержней. Горяче-
катаная стержневая арматура стыкует-
ся, как правило, посредством контактной
сварки с устранением в зоне стыков кон-
центраторов напряжений путем механи-
ческой зачистки наждачным кругом.
Количество сварных стыков не должно
превышать 25 % общего количества ра-
бочей арматуры в растянутой зоне сече-
ния.
Окончательные геометрические разме-
ры поперечных сечений пролетных строе-
ний, количество рабочей арматуры и
усилие преднапряжения напрягаемой
арматуры определяют соответствующими
расчетами с учетом конструктивных тре-
бований, изложенных раньше.
63. Плитные пролетные строения
Плитные пролетные строения, попе-
речные сечения которых приведены на
рис. 6 4, а — г, обычно применяют в ма-
лых мостах.
Преимущество плитных строений —
простота конструкции и возведения как
в монолитном, так и в сборном варианте.
В настоящее время почти все плитные
пролетные строения изготовляют инду-
стриальные способом, перевозят блока-
ми на железнодорожных платформах и
устанавливают специальными кранами.
Основной недостаток плитных пролет-
ных строений — повышенный расход бе-
тона и арматуры (см. рис. 6.2).
Так как бетон нижней растянутой зо-
ны в работе не участвует, то поперечные
размеры плитных пролетных строений
понизу можно уменьшить, что и пре-
дусмотрено в некоторых проектах
(см. рис. 6 4, в). Кроме того, пролетные
строения, выполненные по данному ва-
рианту, легче распйлубливать.
Плитные пролетные строения железно-
дорожных мостов, изготовляемые по ти-
49
Рис. 6.4. Общий вид моста и алитиме пролет-
ные строения разных тиков
новым проектам, имеют постоянную ши-
рину поверху 418 см. необходимую для
формирования балластной призмы. Если
требуется изготовить плитное строение
для замены старого, можно принять ши-
рину пролетного строения поверху рав-
ной 400 см (см. ряс. 6.4, в, а).
Высота пролетного строения равна
Vno — */18 пролета.
При переводе участков на электриче-
скую тягу возникает необходимость в ре-
конструкции путепроводов с целью уве-
личения высоты габарита. В этих слу-
чаях оправдана установка пролетных
строений е пониженной высотой, кото-
рую принимают равной */13 — l/jis про-
лета.
6.4. Ребристые пролетные строения
с ненапрягаемой арматурой
В тех случаях, когда по гидрогеологи-
ческим, экономическим или архитек-
турным условиям возникает необходи-
50
мость назначения расстояния между опо-
рами от 9 до 16 м, как правило, приме-
няют ребристые двухблочные пролетные
строения с ненапрягаемой стержневой
рабочей арматурой (рис. 6.5).
Пролетное строение под один железно-
дорожный путь,' расположенный на пря-
мой, имеет стандартную ширину, равную
418 см, и состоит из двух Т-образных
блоков. Высота балки зависит от длины
пролета и назначается в пределах
(1/10—-1/12) I. С це(яыо уменьшения ме-
стных напряжений в зоне сопряжения
плиты с ребром этот переход выполнен
радиусом ~ 30 см.
Железобетонные пролетные строения
армированы рабочей продольной, попе-
речной и распределительной арматурой.
Для армирования пролетных строений
из обычного железобетона применяют
арматурную сталь разных классов и раз-
личных диаметров сечений. Продольную
рабочую арматуру обычно принимают
d —164-36 мм; рабочую арматуру плиты
и хомутов —- d — 84-22 мм; распредели-
тельную — d - 64-8 мм.
Продольная стержневая рабочая арма-
тура размещается в растянутой зоне.
По мере уменьшения внешнего момен-
та «лишние» стержни в соответствии с
эпюрой изгибающего момента отгибают-
ся вверх и заанкериваются в сжатой зоне
(рис. 6.6 а, б, а). Отгибы продольной ар-
матуры воспринимают часть главных рас-
тягивающих напряжений, возникающих
в ребре, и уменьшают раскрытие наклон-
ных трещиив бетоне. Необходимая в со-
ответствии с расчетом на прочность пло-
щадь продольной арматуры представле-
на обычно стержнями периодического
профиля. До торцов балки как правило,
доводят не менее 1!3 сечения рабочей
арматуры.
При наличии отгибов в пролетных
строениях принимают постоянную тол-
щину ребра. В типовых пролетных строе-
ниях из обычного железобетона длиной до
16,5 м толщину ребра принимают равной
50 см. При этом удается выполнить все
конструктивные требования, регламенти-
руемые СНиПом, и обеспечить вместе
с тем качественную укладку и уплотне-
ние бетонной смеси'в конструкцию.
Хомуты (поперечная арматура ребра)
предназначены для повышения несущей
Рис. 6.5. Типовое пролетное строение железнодорожного моста из обычного железобе-
тона
способности наклонных сечений. Шаг и
диаметр стержней хомутов определяют
расчетом. Хомуты, кроме того, объеди-
няют в жесткий каркас верхнюю и ниж-
нюю арматуру.
Расчетная арматура плиты в духблоч-
ных пролетных строениях (стержни ста-
вят перпендикулярно продольной оси
балки в верхней зоне) воспринимает рас-
тягивающие напряжения.
В нижней (сжатой) зоне плиты попе-
речную и продольную арматуру ставят
без расчета (конструктивно).
Сопряжение плиты с ребром также ар-
мируют сеткой. Длины арматурных се-
ток принимают в пределах 250—350 см.
Высота сетки ребра (длина хомутов) рав-
на высоте балки минус две толщины за-
щитного слоя. Длины арматурных сеток
назначают таким образом, чтобы после их
установки продольные стержни имели пе-
рехлест, равный 30 d. На арматурных
чертежах принято следующее обозначе-
ние: верхняя сетка плиты — СПВ; ниж-
няя сетка плиты — СНП; сетка ребра —
СР; сетка вута — СВ; сетка бортика —
СБ и т. д.
Рис. 6.6. Армирование пролетного строения из обычного железобетона
51
Рис 6.7 Поперечное сечение блока пролетно-
го строения длиной 16,5 м с односкатным во-
доотводом (масса балки без изоляции 46,3 т)
Блоки ребристых пролетных строений
после установки на опоры объединяют
с помощью стыка опорных диафрагм.
Перед укладкой гидроизоляции верх-
ней поверхности плиты придаются попе-
речные и продольные уклоны, обеспечи-
вающие сток воды к водоотводным труб-
кам, Диаметр водоотводных трубок и их
число определяют из расчета 5 см2 пло-
щади поперечного сечения трубки на 1 м2
поверхности плиты пролетного строения.
В типовых проектах принят диаметр
водоотводных трубок, равный 150 мм.
Их обычно размещают со стороны внеш-
ней консоли плиты примерно через 2,5—
3,0 м (см. рис. 6.5). В настоящее время
разработан новый тип водостока — без
Рис. 6.8 Поперечное сечение блока пролетного
строения для пропуска щебнеочистительной
машины длиной 16,5 м с односкатным водоот-
водом (масса балки 51,3 т)
52
водоотводных трубок. В этом случае
верхней поверхности плиты блока при-
дают поперечный уклон (рис 6.7) в сто-
рону оси пути. Для стока воды между
блоками оставляется продольная щель
шириной около 6 см. Для предотвраще-
ния высыпания балласта щель перекры-
вается железобетонными плитками тол-
щиной ~ 10 см.
На участках железных дорог с механи-
зированной очисткой щебня требуется
увеличение ширины балластной призмы.
Блоки пролетных строений в этих слу-
чаях имеют свои (увеличенные) размеры
(рис 6.8).
6.5. Ребристые пролетные строения
с напрягаемой арматурой
В железобетонных пролетных строе-
ниях из обычного железобетона при до-
стижении в арматуре напряжений crs,
близких к расчетным сопротивлениям, в
бетоне растянутой зоны образуются попе-
речные трещины, которые при значитель-
ном раскрытии могут способствовать ус-
коренной коррозии арматуры.
Чтобы избежать образования трещин,
арматуру предварительно (до приложе-
ния внешних нагрузок) напрягают. При
этом в растянутой от внешней нагрузки
зоне бетона возникают напряжения сжа-
тия, а в арматуре — растяжения. В та-
ких конструкциях после приложения
внешних нагрузок обжатый бетон снача-
ла разгружается, на что расходуется вся
или значительная часть внешней нагруз-
ки, и только после этого в нем могут воз-
никать напряжения растяжения, а при
дальнейшем росте внешних нагрузок —
и трещины.
В изгибаемых элементах предвари-
тельное обжатие бетона выполняют экс-
центрично, чтобы создать изгибающий
момент, обратный внешнему по знаку.
Наибольший эффект в предварительно
напряженных пролетных строениях дает
использование высокопрочной арматуры
и бетона повышенных классов. В этом
случае удается уменьшить расход стали
в 1,5—2 раза и одновременно снизить
расход бетона на 10—15 %. Вместе с тем
изготовление преднапряженных пролет-
ных строений требует специальных обу-
Рис. 6.9. Эпюры нормальных напряжений по высоте балки:
а — поперечное сечение: б — эпюры от внешних нагрузок, в — от предварительного обжатия, г —
суммарные для категории трещиностойкости 2 а; д — то же для категории трещиностойкости 2 в
стройств, что увеличивает трудоемкость
и стоимость изготовления. Поэтому про-
летные строения для железнодорожных
мостов из предварительно напряженного
железобетона оказываются экономически
обоснованными при пролетах 16—34 м.
Для создания предварительных напря-
жений в бетоне используются два спосо-
ба: натяжение на бетон изделия и натя-
жение на специальные стенды — упоры.
В настоящее время стендовый способ
является основным для цельноперевози-
мых пролетных строений.
Широко используется двухосное обжа-
тие бетона (продольное и поперечное в
вертикальной плоскости). К железо-
бетонным мостовым конструкциям предъ-
являются повышенные требования по
трещиностойкости. СНиП 2 05.03-84 для
железнодорожных пролетных строений
предусматриваются три категории тре-
щиностойкости, каждая из которых со-
ответствует определенной вероятности
образования трещин. Категория 2а (для
железнодорожных пролетных строений
с проволочной арматурой)— в растяну-
той зоне бетона допускаются напряжения
0,4 Rbt,ser\ категория 2в (для же-
лезнодорожных пролетных строений со
стержневой арматурой, кроме стенок
балок) — вы 1,4 Rbt,Ser- Для стенок
балок пролетных строений из предвари-
тельно напряженного бетона главные
растягивающие напряжения (max owc) не
должны превышать (0,42—0,68) Rbt,Ser-
Коэффициент, стоящий перед Rbi,Ser>
зависит от отношения главных сжимаю-
щих напряжений (отс) к расчетному со-
противлению бетона сжатию Rb,mc2
В конструкциях железнодорожных мо-
стов, проектируемых по категориям тре-
щиностойкости 26, За и Зв, допускается
образование поперечных трещин, но ог-
раничивается их раскрытие в частич-
но преднапряженной конструкции. На
рис. 6.9 дана графическая интерпрета-
ция категорий трещиностойкости.
Нетрудно заметить, что полная трещи-
ностойкость (категория 2а) требует боль-
шего расхода высокопрочной арматуры
и увеличенного расхода бетона. Поэтому
повышенные требования к трещиностой-
кости предъявляются только для эле-
ментов конструкций, эксплуатируемых
в агрессивных средах, и для железнодо-
рожных мостов с проволочной армату-
рой.
Наибольшее распространение в нашей
стране получила арматура в виде пучков
из проволоки диаметром 5 мм. Для же-
лезнодорожных пролетных строений
обычно изготовляют пучки из 24 и 48 про-
волок. Применяются также пучки из се-
мипроволочных прядей заводского из-
готовления. Пучки заанкериваются в бе-
тоне с помощью каркасно-стержневых
анкеров МИИТа. Общий вид ребристого
пролетного строения из предварительно
напряженного железобетона приведен на
рис. 6.10.
Отличием данного типа пролетного
строения от ребристых двухблочных из
обычного железобетона является умень-
шенная до 18—26 см толщина стенки и
развитие нижнего пояса (до 82 см), не-
обходимого для размещения напрягаемой
арматуры (рис. 6.11).
53
Рис. 6.10. Ребристое пролетное строение из предварительно напряженного железобе-
тона
Наиболее простой получается конст-
рукция балки при одиночной прямоли-
нейной арматуре (рис. 6.11, а). Однако
опыт изготовления и монтажа показал,
что в бетоне пролетного строения в верх-
них фибрах могут возникнуть значитель-
ные растягивающие напряжения. Поэто-
му в пролетных строениях более поздней
проектировки в плите балки ставят два
пучка (рис. 6.11, 6). При этом получаем
сбалансированное напряженное состоя-
ние на всех стадиях работы пролетного
строения.
Чтобы момент от усилий (при изготов-
лении, транспортировании, монтаже и
в стадии эксплуатации) преднапряжения
в пучках во всех поперечных сечениях
был равен внешнему моменту, необхо-
димо обрывать пучки по эпюре Л4ЙЗР.
Так как технологически обрывать пучки
в бетоне сложно, их доводят до торцов,
а анкеры размещают в соответствии с
эпюрой Л1ИЗГ. Участки пучков от анкера
до торца балки выключаются из работы
искусственным нарушением сцепления
между поверхностью пучка и бетоном
путем обмазывания пучка битумом и об-
мотки его бумагой. Если концевые уча-
стки пучков (между анкером и торном
балки) не будут выключены из работы,
Ряс. 6.1 L Схемы армирования балок напрягаемой арматуры
54
это приведет в приопорных зонах к чрез-
мерному обжатию бетона нижнего поя-
са и большим напряжениям растяжения
бетона в плите. В результате образова-
ния такого напряженного состояния мо-
гут возникнуть продольные трещины в
бетоне нижнего пояса и поперечные в
плите балки, что недопустимо.
Прямолинейные горизонтальные пуч-
ки не работают на поперечную силу,
поэтому для балок большой длины с
целью уменьшения главных растягиваю-
щих напряжений в стенках приопорных
эон применяют полигональные пучки
(рис. 6.11, в).
Уменьшить главные растягивающие
напряжения можно также с помощью
преднапряженных хомутов в приопор-
ных зонах балки (рис. 6.11, г). При этом
эффективность хомутов выше, если их
направление совпадает с направлением
главных растягивающих напряжений в
стенке. Однако постановка наклонных
хомутов сложнее, чем вертикальных.
Окончательное решение принимают по-
сле сопоставления особенностей каждого
варианта армирования. Армирование
балки из предварительно напряженного
железобетона ненапрягаемой арматуры
выполняется так же, как и для балок из
ОЖБ. При этом в приопорных зонах в
стенке размещают четыре сетки, а да-
лее — две (рис. 6.12).
6.6. Консольные и иеразрезные
пролетные строения. Сквозные фермы
Эти системы обычно применяются в тех
случаях, когда требуемый пролет не
удается перекрывать разрезными пролет-
ными строениями. Неразрезная система
ио сравнению с разрезной экономичнее,
требует меньшего расхода материала.
Экономия достигается за счет уменьше-
ния значений моментов в пролетах вслед-
ствие возникновения отрицательных
моментов над промежуточными опорами
(см. рис. 6.1, б).
Преимуществом рассматриваемых сис-
тем являются плавность линии прогибов
пролетного строения и уменьшенные
вертикальные деформации. Неразрез-
ные пролетные строения — статически
55
Рис 6.13 Эпюры изгибающих моментов
а)
В)
е)
Рис. 6.14. Поперечные сечения неразрезных и
консольных балок
а — тавровое; б, е — коробчатые
56
неопределимые системы, требующие на-
дежных оснований. Чувствительность к
неравномерным осадкам опор, темпера-
турным деформациям, а также к явле-
ниям усадки и ползучести бетона —
недостаток данных систем.
Консольные системы не чувствительны
к осадкам опор. Вместе с тем они имеют
перелом линии прогиба, что усложняет
их эксплуатацию. Консольные системы
статически определимы. Шарнирное
сопряжение с подвесным пролетом усло-
жняет конструкцию, требует увеличен-
ного расхода металла. В железнодорож-
ных мостах и путепроводах консольные и
консольно-подвесные системы приме-
няют ограниченно. Неразрезные и кон-
сольные системы применяют для средних
и больших мостов (рис. 6.13).
Наиболее часто используют двух, трех-
пролетные балки. Известны случаи воз-
ведения пяти-, семипролетных систем.
В неразрезных системах соседний
с рассматриваемым пролет, являясь как
бы противовесом, уменьшает момент в
середине рассматриваемого пролета и
тем самым облегчает его работу.'
Так как средние пролеты разгружают-
ся больше крайних, с целью выравнива-
ния моментов в трехпролетных системах
средний пролет увеличивают примерно
на 20—30 % (4 = 0,74-0,8 /2)- Длину
консолей назначают примерно равной
0,3 При коротких консолях дополни-
тельное уменьшение положительных мо-
ментов в средних пролетах достигается
путем пригруза консольных частей про-
летного строения.
В неразрезных системах высота про-
летного строения дЛя железнодорожных
мостов в середине пролета может быть
принята меньшей, чем в разрезных.
Обычно ее назначают в пределах (Vjo 4-
4-1/20) I Для балок из обычного железо-
бетона; (1/3&4-1/4о) /—для балок из пред-
варительно напряженного железобетона.
В пролетных строениях с противовесами
высоту можно уменьшить до 1/50 /.
Чтобы удовлетворить этим требовани-
ям, нижний пояс пролетных строений
обычно устраивают криволинейным,
иногда в приопорных зонах вводят ву-
ты. С позиций индустриализации изго-
товления целесообразно пролетное строе-
ние постоянной высоты на всей длине.
В неразрезных и консольных системах
наиболее часто назначают тавровые,
двутавровые и коробчатые поперечные
сечения (рис. 6.14).
Рабочую арматуру в неразрезных про-
летных строениях размещают вверху в
надопорных сечениях и внизу в зонах
действия положительных моментов.
Пролетные строения из обычного желе-
зобетона армируют стержнями периоди-
ческого профиля. Рабочую арматуру
можно располагать рассредоточенно или
группируя по два, три и более стержней.
Характер армирования неразрезных
пролетных строений из сборного предва-
рительно напряженного железобетона
зависит не только от эпюры изгибающих
моментов, но и способа монтажа. В на-
шей стране наиболее распространен спо-
соб навесного монтажа. Применяется
также и навесное бетонирование.
Прогрессивным является попролетное
бетонирование с последующей продоль-
ной надвижкой Шаг надвижки — 20—
25 м.
Пучковую арматуру размещают в за-
крытых или открытых каналах. Попереч-
ную арматуру применяют, как правило,
периодического профиля и используют
без предварительного напряжения. Про-
дольная распределительная арматура
применяется диаметром 10—12 мм и,
как правило, гладкая класса A-I.
Известны случаи создания неразрез-
ных систем из комбинаций сборных эле-
ментов из обычного и предварительно на-
пряженного железобетона. Такое реше-
ние позволяет двутавровыми балками
перекрыть пролеты более 40 м. При этом
по сравнению с коробчатыми пролетны-
си строениями может быть получена
экономия материала.
В неразрезных системах с 1973 г.^
успешно применяются плитно-ребристые
пролетные строения (ПРК). Так как ос-
новной способ монтажа этих пролетных
строений — сборка на сплошных пере-
мещающихся подмостях, применять ПРК
целесообразно для многопролетных мо-
стов.
Блоки неразрезных пролетных строе-
ний изготовляют, как правило, на заво-
дах и полигонах методом отпечатка. Та-
кой метод изготовления облегчает мон-
таж, повышает качество сооружения.
Хорошие результаты дает изготов-
ление коробчатых блоков из плоских
плитных элементов путем их объедине-
ния продольными швами.
Способ навесного бетонирования не-
разрезных пролетных строений приме-
няется реже навесного монтажа, так как
затрудняет унификацию и индустриали-
зацию, усложняются работы при отри-
цательных температурах. К преимуще-
ству метода можно отнести отсутствие
поперечных стыков в пролетном строе-,
НИИ.
При необходимости перекрытия про-
лета длиной более 50 м экономически
оправданным может оказаться примене-
ние сквозной конструкции, сформиро-
ванной из отдельных прямолинейных
элементов. При этом каждый элемент
имеет простую форму и работает в ос-
новном на сжатие и растяжение
(рис. 6.15, а, б). Вместе с тем сквозные
конструкции более трудоемки. Большие
трудности вызывает формирование узло-
вых блоков и присоединение к ним рас-
тянутых элементов.
В железобетонных фермах элементы
могут быть сплошными (обычно прямо-
угольного поперечного сечения) или пу-
стотелыми. В последнем случае исполь-
зуются трубчатые центрифугированные
элементы наружным диаметром 60 см как
из обычного железобетона, так и из пред-
варительно напряженного. Толщину
стенок назначают равной 10—15 см.
Более экономичное и технологичное ре-
57
шение можно получить, если применить
ферму с жестким нижним поясом, эле-
менты которого могут воспринимать не
только нормальные усилия, но и изги-
бающие моменты (рис. 6.15, в).
Внецентренное присоединение раско-
сов к элементам нижнего пояса позво-
ляет уменьшить изгибающие моменты в
поясах фермы.
Глава 7
РАМНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ
7.1. Схемы рамных мостов
В балочных мостах (см. гл. 6) основные
несущие элементы (балки) передают дав-
ление на опоры через опорные части.
Однако достаточно широкое распростра-
нение в конструкциях мостов получили
также рамные системы, отли-
чительной особенностью которых являет-
ся жесткое соединение горизонтальных
Рис. 7.1. Схемы рамных мостов из ненапря-
женного железобетона
Рис. 7.2. Схемы рамных мостов с деформаци-
онными швами ,
58
несущих элементов (ригелей) с опорными
стойками.
До широкого внедрения в мостострое-
ние сборных железобетонных конструк-
ций часто использовали равные системы
небольших пролетов из монолитного же-
лезобетона (рис. 7.1). При загружении
рамного моста изгибающие моменты в ри-
геле получаются несколько меньше, чем
в неразрезной балке тех же пролетов.
Кроме того, опорные стойки рамных мо-
стов могут иметь значительно меныние
размеры по сравнению с массивными опо-
рами для балочных пролетных строении,
так как размеры массивных опор во мно-
гом определяются необходимостью раз-
мещения на их оголовках опорных час-
тей. Поэтому рамные мосты экономич-
нее балочных по расходу бетона. Вместе
с тем работающие на сжатие с изгибом
стойки требуют достаточно мощного
армирования, что увеличивает в соору-
жении общий расход металла.
В мостах через реки тонкие железобе-
тонные стойки могут повреждаться льдом
или плывущими предметами. Поэтому
рамные системы рассматриваемого вида
оказались наиболее пригодными для пу-
тепроводов и эстакад. В подобных соору-
жениях эффективно использовали также
такие преимущества рамных мостов, как
возможность уменьшения строительной
высоты, увеличение подмостового про-
странства за счет применения стоек не-
большого сечения, хорошая обзорность
для водителей транспортных средств,
едущих под путепроводом или эстакадой.
Существуют различные типы сопряже-
ния рамных мостов с насыпями. На
рис. 7.1, а показан вариант с устрой-
ством крайних стоек, входящих в ко-
нусы насыпи. При небольшой высо-
те стоек их можно заменить устоями
(рис. 7.1, б). В мостах под автомобиль-
ную дорогу возможно устройство соп-
ряжения посредством консоли. Чтобы
избежать больших осадок насыпи и
обеспечить плавное возрастание жестко-
сти основания проезжей части у въезда
на мост, применяют заложенные в насыпь
железобетонные плиты, шарнирно при-
крепленные к концам консолей (рис.
7.1, в).
При неравномерной осадке опор рам-
ных систем в ригелях и стойках возни-
Рис. 7.3. Поперечные сечения рамных мостов
кают дополнительные изгибающие мо-
менты. Поэтому монолитные рамы при-
менялись при малодеформируемых грун-
тах в основании опор. Такие же изги-
бающие моменты возникают в рамах
большой длины от изменения температу-
ры. Монолитные рамы реагируют так-
же на усадку бетона. Влияние указан-
ных факторов можно значительно умень-
шить при включении в конструкцию де-
формационных швов или шарниров. Швы
могут быть устроены путем установки
двойных стоек (рис. 7.2, а) или подвес-
ных балок с продольно-подвижным опи-
ранием одного из концов (рис. 7.2, б).
В поперечном сечении рамный желе-
зобетонный мост под один железнодорож-
ный путь обычно представляет собой ра-
му с вертикальными или наклонными
стойками, которые при большой высоте
связаны распорками (рис. 7.3, а). Стой-
ки имеют наклон для обеспечения попе-
речной жесткости моста, если высота со-
оружения превышает расстояние между
осями рам более чем в 2,5—3 раза.
Варианты поперечного сечения рам-
ного моста под два пути показаны на
рис. 7.3, б. В первом варианте под каж-
дый путь устроена самостоятельная кон-
струкция из двух продольных рам. По
оси моста здесь имеется шов, фундамент
также разделен швом. Во втором вариан-
те рамы объединены в единую конструк-
цию плитой балластного корыта, попе-
речными балками-диафрагмами, распор-
ками и общим фундаментом.
Существенным недостатком рассмот-
ренных рамных систем является труд-
ность индустриализации их строитель-
ства. Применение элементов заводского
изготовления здесь осложнено необхо-
димостью устраивать монтажные стыки
в сечениях, где возникают значительные
изгибающие моменты и поперечные силы.
Поэтому рамные системы в мостах рас-
смотренных типов применяют в настоя-
щее время сравнительно редко, хотя
имеется опыт возведения сборных желе-
зобетонных рамных мостов (преимущест-
венно путепроводов) под автодорожную
нагрузку.
С развитием конструкций и методов
строительства сооружений из предвари-
тельно напряженного железобетона по-
явились новые конструктивные формы
рамных мостов, позволяющие перекры-
вать значительные пролеты. Основной
метод сооружения современных рамных
мостов — навесная сборка ригелей из
отдельных блоков, без промежуточных
опор или подмостей. В зарубежном
строительстве при сооружении подбных
систем нашел также применение способ
навесного бетонирования.
В современных рамных системах ос-
новой конструкции служат Т-образные
рамы, ригели которых монтируются на-
весным способом. Ейш концы консолей
в пролете соединены шарнирами, допу-
скающими продольные перемещения, то
получается рамно-консольная система
(рис. 7.4, а). В рамно-подвесной систе-
ме на концы ригелей соседних рам
устанавливаются подвесные балки
(рис. 7.4, б).
В ригелях рамно-подвесной системы
при монтаже и в стадии эксплуатации
возникают только отрицательные изги-
бающие моменты, поэтому напряженную
7.2. Конструкция рамных мостов
Рис. 7 4 Схемы рамных мостов из предвари-
тельно напряженного железобетона
арматуру размещают здесь в верхней
зоне.
В рамных системах больших пролетов
находят также применение ригели
сквозной конструкции с различными ти-
пами решеток. На рис. 7.4, в показана
схема рамно-подвесного моста со сквоз-
ным ригелем, имеющим решетку с нисхо-
дящими раскосами.
В современных мостах возможно так-
же применение рамно-неразрезных сис-
тем, в которых концы ригелей после мон-
тажа объединены жестким стыком.
В этой конструктивной схеме возрастает
чувствительность к смещениям опор,
воздействию температуры и усадке бе-
тона. Кроме того, в средней части риге-
лей здесь требуется постановка нижней
арматуры.
Разновидностью рамно-неразрезной
системы является конструкция с наклон-
ными стойками, получившая название
«бегущая лань» (рис. 7.4, г). Такая схе-
ма целесообразна при переходе через
ущелье с крутыми склонами.
Несмотря на ряд конструктивных и
технологических преимуществ, типы рам-
ных систем (см. рис. 7.4) редко приме-
няются в железнодорожных мостах. Ос-
новной областью их применения остают-
ся пока автодорожные мосты.
60
В настоящее время на сети железных
дорог эксплуатируется большое число
рамных мостов, в основном путепрово-
дов из монолитного железобетона.
Высота ригеля таких конструкций со-
ставляет от */8 до пролета. Для вы-
равнивания положительных моментов в
ригеле соотношения крайних и средних
пролетов принимали обычно = (0,7-4-
-4-0,8) /2.
На рис. 7.5 показаны общий вид, про-
дольный и поперечный разрезы рамного
однопутного путепровода через два же-
лезнодорожных пути. Средний пролет
выбран здесь из условия размещения
стоек по краям кюветов. Высота ригеля
равна 140 см, с увеличением к стойкам —
до 190 см.
Плита балластного корыта армирована
так же, как плита балочных пролетных
строений с П-образными блоками.
Принципы армирования ригелей рам-
ных мостов малых пролетов во многом
совпадают с армированием неразрезных
балок. В качестве основной арматуры
также применяют стержни периодиче-
ского профиля. По высоте ригеля рабо-
чую арматуру размещают в соответствии
с огибающей эпюрой моментов (у верх-
него волокна — в местах действия от-
рицательных моментов, в нижней части
сечения — на участках с положитель-
ными моментами).
Армирование ригеля рамного путепро-
вода (без входящей арматуры стоек)
показано на рис. 7.6, а, В середине про-
летов рабочая арматура расположена
в два ряда, над средними опорами —
в три ряда. По боковым граням ребер ри-
геля поставлена дополнительная про-
дольная арматура. Имеются вертикаль-
ные хомуты.
Армирование стоек путепровода дано
на рис. 7.6, б. Наибольший изгиб стой-
ки испытывают в плоскости рамы, поэ-
тому арматура здесь сосредоточена в ос-
новном по поперечным граням, нормаль-
ным к оси рамы. В сопряжении стоек
с ригелем рабочая арматура стоек заве-
дена в ригель до плиты проезжей части
и заканчивается крюками, что должно
обеспечить ее хорошую заделку. Рабочая
арматура стоек размещена в сечении так,
Рис 7 5 Конструкция рамного путепровода из монолитного железобетона
что она проходит между стержнями ниж-
ней арматуры ригеля. В некоторых кон-
структивных решениях нижняя арматура
ригеля должна быть оборвана, чтобы не
мешать проходу арматуры стойки в ри-
гель. Арматурные стержни стоек связа-
ны по высоте хомутами, которые должны
удерживать вертикальную арматуру от
выпучивания при сжатии.
Между ребрами ригеля рассматривае-
мой конструкции устроены диафрагмы.
Стойки рамы соединены в поперечном на-
Рис. 7.6 Армирование конструктивных элементов рамного путепровода:
а — ригеля, б — стойки
Рис. 7 7 Армирование конца
консоли
правлении посередине высоты распорка-
ми толщиной 40 см. Внизу стойки опи-
раются на общий фундамент. Фундамент
состоит из нижней бетонной части и
верхней армированной. В верхнюю часть
заделана продольная арматура стоек.
В схемах рамных мостов с подвесными
балками (см. рис. 7.2, б и 7.4, б) армиро-
вание концов консолей в местах опира-
ния балок имеет конструктивные особен-
ности (рис. 7.7). Здесь сечение 1—1 (на-
чало выступа) работает на изгибающий
момент от опорного давления подвесной
балки и собственного веса консоли и со-
ответствующую поперечную силу. Верх-
нюю (растянутую) зону выступа арми-
руют горизонтальной арматурой. По-
перечная сила воспринимается наклон-
ными стержнями, которые пересекают
наиболее опасное сечение / — Л Выступ
дополнительно армируют хомутами и
продольными стержнями. Верхний вьь
ступ подвесной балки армируется ана-
логично, причем горизонтальная арма-
тура выступа размещается у нижней
грани.
Глава 8
АРОЧНЫЕ И КОМБИНИРОВАННЫЕ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ
8.1. Общие сведения
Арочные мосты в качестве ос-
новных несущих конструкций включают
криволинейные элементы — арки или
своды. Опорные сечения арочных про-
летных строений закреплены и не могут
смещаться в горизонтальном направле-
62
нии. Поэтому при действии вертикаль-
ных нагрузок в опорных закреплениях
арки возникают горизонтальные реак-
ции — распор, что является характер-
ной особенностью работы арочных сис-
тем.
Обычно ось марки выбирают совпадаю-
щей с кривой давления от постоянной
нагрузки (изгибающие моменты при этом
нулевые). Однако при действии времен-
ных нагрузок, которые могут занимать
произвольное положение вдоль сооруже-
ния, в арке возникают изгибающие мо-
менты. Поэтому в общем случае сечения
арки работают на сжатие с изгибом (вне;
центренное сжатие), причем при рацио-
нальном проектировании изгибающие мо-
менты в арке могут иметь относительно
небольшие значения.
Так как бетон хорошо сопротивляется
сжимающим воздействиям, сечения арок
получаются обычно более экономичными
по сравнению с сечениями балок того же
пролета. Вместе с тем большие распоры
требуют устройства более мощных фун-
даментов и опор. При слабых грунтах
арочная система может оказаться вооб-
ще нецелесообразной. Выбор арочного
варианта должен основываться на эко-
номическом сравнении вариантов без-
распорных и распорных систем.
В мостах применяют различные типы
арочных пролетных строений. Разли-
чают бесшарнирные, двухшарнирные и
трехшарнирные арки. Конструкция бес-
шарнирной арки (рис. 8.1, а) является
наиболее простой и экономичной. Такая
система обладает большей жесткостью по
сравнению с шарнирными арками. К не-
достаткам ее относится возникновение
дополнительных внутренних усилий при
неравномерной осадке или горизонталь-
ном смещении опор от изменения тем-
пературы, ползучести и усадки бетона.
Двухшарнирные арки (рис. 8.1, б)
меньше реагируют на указанные воз-
действия. Трехшарнирные (статически
определимые) арки (рис. 8.1, в) свободны
от отмеченного недостатка. Однако они
имеют наименьшую жесткость и перелом
линии прогиба в замковом шарнире, что
ограничивает их применение в мостах
под железную дорогу.
Важной характеристикой арочных
пролетных строений является отношение
стрелы подъема / к пролету /, определя-
ющее пологость арки. Чем меньше это
отношение, тем больше распор, а также
дополнительные внутренние усилия от
изменения температуры, ползучести,
усадки и смещения опор.
В арочных мостах применяют конст-
рукции с различным расположением
проезда относительно арок: с ездой по-
верху (см. рис. 8.1, а), посередине и по-
низу (рис. 8.1, г, д). Арки с ездой посере-
дине применяют при стесненных подао-
стовых габаритах. В арках с ездой по-
низу распор воспринимается горизон-
тальным элементом— затяжкой. По ха-
рактеру воздействия на опоры такие
системы эквивалентны балочным.
В арочных пролетных строениях на-
грузка от подвижного состава воспри-
нимается конструкцией балочного ти-
па — проезжей частью. Усилия с про-
езжей части на арки передаются через
стойки или подвески.
В пролетных строениях с ездой по-
верху совместную конструкцию стоек и
проезжей части называют надарочным
строением. В некоторых случаях балки
проезжей части опираются на свод и
опору без промежуточных стоек
фкс. 8.1, е). Имеются примеры конструк-
ций, в которых функции надарочного
строения выполняют сами арки, которые
в этом случае называют дисковыми
(рис. 8.1, ж).
В пролетных строениях арки объеди-
няются между собой системой связей.
При этом образуется пространственная
конструкция, способная воспринимать
различные горизонтальные нагрузки.
Кроме того, связи обеспечивают устой-
чивость арок при продольном изгибе из
их плоскости.
Арочные мосты разделяются по спосо-
бу сооружения на монолитные и сбор-
ные. Монолитные арки бетонируют в про-
лете на криволинейных подмостях (кру-
жалах). Сборные конструкции монти-
руют из готовых элементов с последую
щим омоноличиванием стыков.
Комбинированные сис-
темы мостов образуются путем объ-
единения более простых конструкций.
Здесь, как правило, сочетаются элемен-
ты, работающие на изгиб (балки), про-
дольные усилия (подкосы, подпруги,
ванты, гибкие арки), а также на совмест-
ное действие указанных факторов.
Наиболее целесообразна для железно-
дорожных мостов комбинированная сис-
тема, образованная из балки и арки
(арка с затяжкой). Эта конструкция
(рис. 8.2, а) внешне безраспорная, что
облегчает условия работы опор.
Рис. 8.1. Схемы арочных пролетных строений
63
Арки с затяжками применяют при
пролетах, когда железобетонные балки
становятся нецелесообразны (Z >33 м),
а также, когда сооружение распорных
систем затруднено по геологическим ус-
ловиям.
Следующим типом комбинированной
системы является сочетание жесткой
балки и гибкой распорной арки
(рис. 8.2, б). В такой конструкции арки
малой высоты имеют относительно не-
большую изгибную жесткость и воспри-
нимают в основном сжимающие усилия.
Здесь удобно применять сплошные сво-
ды, так как при их малой высоте обеспе-
чивается значительная площадь попе-
речного сечения. Недостаток комбини-
рованных систем с гибкими арками свя-
зан с повышенной деформативностью при
несимметричном (одностороннем) за-
гружении конструкции временной на-
грузкой.
К комбинированным системам отно-
сится также конструкция со сквозными
главными фермами и жестким нижним
поясом, работающим в условиях
изгиба и внецентренного растяжения
рис. 8.2, в).
Комбинированные системы получили
широкое распространение в автодорож-
ных мостах. Здесь создано большое чис-
ло различных конструктивных форм, из
которых отметим лишь некоторые.
Арочно-консольная система образуется
защемленными в опоры полуарками, объ-
единенными затяжками (рис. 8.2, г).
Полученные в результате Т-образные
рамы соединены между собой продольно-
подвижным шарниром.
В некоторых случаях применяют сис-
тему, в которой неразрезная балка уси-
лена подпругами (рис. 8.2, д).
К комбинированным системам можно
отнести вантовые мосты с железобетонны-
ми балками жесткости. Вантовые мосты
находят все более широкое применение
в мостостроении для перекрытия сред-
них и больших пролетов. В этих конст-
рукциях балки жесткости поддержива-
ются растянутыми наклонными элемен-
тами-вантами, закрепленными на сжа-
тых стойках-пилонах. Ванты изготов-
ляют из стальных канатов высокой проч-
ности. В некоторых случаях ванты за-
ключаются в железобетонные оболочки
(жесткие ванты).
Рис 8 2. Схемы комбинированных пролетных строений
64
Применяют различные схемы ванто-
вых мостов, отличающихся типами
расположения и количеством вант
(рис. 8.2, с, ж). Для мостов с железобе-
тонными балками жесткости характерны
многовантовые системы, в которых упро-
щается конструкция узлов крепления
вант
При передаче горизонтальных состав-
ляющих усилий от вант на железобетон-
ную балку жесткости большинство уча-
стков балки дополнительно обжимается,
что благоприятно сказывается на ее
работе.
Вантовые мосты имеют хорошие эко"
номические показатели. Они также хо-
рошо приспособлены для навесного мон-
тажа. Однако применение вантовых сис-
тем для железнодорожных мостов сдер
живается из-за их повышенной деформа-
тивности. Это обусловлено в основном
применением в вантах высокопрочных
сталей. В последние годы вантовые сис-
темы начали применять для железнодо-
рожных мостов небольших пролетов.
8.2. Конструкции арочных
и комбинированных мостов
Основные конструктивные элементы
арочных про'летных строений выполня-
ют в виде отдельно стоящих арок или
в виде сводов. Характерные типы попе-
речных сечений конструкций мостов с
ездой поверху показаны на рис. 8.3.
В надарочном строении сводчатой арки
конструкция проезжей части может быть
выполнена в виде плиты, опертой на по-
перечные стенки-стойки. При увеличении
расстояния между стенками-стойками
проезжую часть выполняют в виде реб-
ристой конструкции (рис. 8.3, а, б).
В пролетных строениях с раздельными
арками проезжая часть имеет обычно
ребристую конструкцию, опираемую на
арки через стойки. В конструкциях не-
больших пролетов расстояния между
осями арок, стоек и ребер балок проезда
совпадают (рис. 8.3, в). При увеличении
пролета расстояние между арками также
возрастает по условию обеспечения гори-
зонтальной жесткости. Оно должно сос-
тавлять не менее 1!^ пролета или не
з Зак 1048
Рис 8.3. Поперечные сечения арочных пролет-
ных строений:
/ — плита; 2 — стенка-стойка; 3 —
5 - стойка; 6 — арка; 7 — распорка
менее 1/5 — х/6 стрелы подъема арки
(рис. 8.3, а).
При больших пролетах ширина свода
или расстояние между арками может
быть переменным, увеличивающимся от
середины пролета к пятам. В этом случае
арки имеют криволинейное очертание
в плане, а стойки в поперечном направ-
лении — наклон (рис. 8.3, д).
Применяют различные типы попереч-
ных сечений сводов и арок. Наиболее
простые по конструкции — сплошные
своды (рис. 8.4, а). Они характерны для
монолитных мостов с пролетами до 50—
60 м. Высота свода достигает ~
т-^то)
Рис 8 4 Поперечные сечения сводов и арок
65
В мостах больших пролетов применя-
ют пустотелые коробчатые своды
(рис. 8.4, б). Широкие коробки сводов
разделены, как правило, промежуточны-
ми стенками. При большой ширине со-
оружения применяют также раздельные
своды (рис. 8.4, d), объединенные рас-
порками. Толщина плит и стенок короб-
чатых сводов должна быть не менее
20 см.
Поперечные сечения отдельных арок
имеют прямоугольную (рис. 8.4, г),
двутавровую (рис. 8.4, б) или коробчатую
форму (рис. 8.4, ё). В сборных мостах
больших пролетов коробчатое сечение
может быть образовано из отдельных
плоских плит заводского изготовления.
Высота сечения арок изменяется в пре-
делах С/зо 4- Veo) I при сплошном пря-
моугольном сечении и 4- I при
двутавровом или корбчатом. В некоторых
случаях высоту арок назначают перемен-
ной по длине. В бесшарнирных арках
высота сечения может увеличиваться от
замка к пятам в 1,2—1,5 раза.
Элементы арок работают в основном
на сжатие и изгиб в вертикальной пло-
скости. При различных положениях вре-
менной нагрузки в сечениях арок могут
возникать изгибающие моменты разных
знаков, поэтому арки армируют в верх-
ней и нижней зонах сечения.
Пример армирования одной панели
арки и надарочного строения из моно-
литного железобетона представлен на
рис. 8.5. Основная часть рабочей арма-
туры арки расположена в верхней и
нижней зонах двутаврового сечения.
Для предотвращения потери устойчиво-
сти сжатых арматурных стержней по-
ставлены хомуты, диаметр которых дол-
жен быть не менее 8 мм, а расстояние
5610
Рис. 8 6. Арочное пролетное строение из сборного железобетона с ездой поверху
между ними — не более 15 диаметров
рабочей арматуры.
Ригель и стойки надарочного строения
армируют аналогично конструкции рам-
ного моста малого пролета. Продольная
арматура стоек объединена хомутами,
расположение которых должно удовлет-
ворять требованиям, указанным для
арок.
Узлы сопряжения арок со стойками и
распорками рассматриваемой монолит-
ной конструкции выполнены путем за-
делки арматуры стоек и распорок в тело
арок Стойки в узлах сопряжения имеют
армированные уширения. В сопряже-
ниях коротких стоек с ригелем и аркой
устраивают шарниры простейшей конст-
рукции, что исключает работу таких сто-
ек на изгиб.
В сборных пролетных строениях сты-
ки элементов арки обычно совмещают
с узлами присоединения стоек и распо-
рок. В этом случае стыки делают доста-
точной ширины для размещения армату-
ры распорок.
На рис. 8.6 приведен пример конст-
рукции сборной арки с ездой поверху
под железную дорогу по проекту Гипро-
трансмоста. Расчетный пролет системы
53 м, стрела подъема 13,8 м (/7/
1/3,84). Отдельные арки собирают
из прямолинейных монтажных элементов
двутаврового поперечного сечения, при-
3*
чем высота всех элементов одинакова.
Длина монтажных элементов арок, кро-
ме двух, также одинакова. При этом рав-
ные панели в системе получаются за счет
различной ширины монтажных швов.
Сборное надарочное строение состоит
из поперечных рам, на которые опирают-
ся плитные пролетные строения проезжей
части.
Примером арочного пролетного строе-
ния большого пролета из сборного же-
лезобетона является конструкция, осу-
ществленная в СССР по проекту Гипро-
трансмоста (рис. 8.7). Пролетные строе-
ния с бесшарнирными арками и ездой
посередине имеют пролет 150 м и стрелу
40 м. Монтажные элементы арок выпол-
нены постоянной высоты и расчленены
поперечными стыками в местах прикреп-
ления подвесок и стоек. Коробчатые по-
перечные сечения арок составлены из
плоских элементов, объединенных на
монтаже.
Продольные балки проезжей части,
состоящие из двух П-образных блоков,
опираются на поперечные балки П-об-
разного сечёния и объединены в нераз-
резную систему. Подвески, работающие
на растяжение, армированы напрягае-
мыми пучками высокопрочной прово-
локи.
Наибдлее распространенным типом
комбинированных систем, применяемых
67
Рис. 8.7. Пролетное строение с коробчатыми арками и ездой посередине
для железнодорожных мостов, являются
арки с затяжками. В этих конструкциях
с ездой понизу распор воспринимается
специальными элементами — затяжка-
ми, расположенными в уровне проезжей
части. Арки с затяжками оказывают на
опоры такое же воздействие, как и
балки.
Рис. 8.8, Схемы арок с затяжками
68
Различают три типа рассматриваемых
конструкций: жесткие арки с гибкими
затяжками (рис 8.8, а), гибкие арки
с жесткими затяжками — балками же-
сткости (рис. 8.8, б) и жесткие арки с же-
сткими затяжками (рис. 8.8, в). Считает-
ся, что элемент (арка или затяжка)
является жестким при отношении момен-
тов инерции не менее 80. В этом случае
изгибающие моменты в более гибком
элементе малы и ими можно пренебречь.
Если моменты инерции арки и затяжки
отличаются не так значительно, то из-
гибающие моменты возникают как в ар-
ке, так и в затяжке (балке жесткости).
Наиболее экономичны системы с же-
сткими аркой и затяжкой. Жесткие за-
тяжки удобно использовать также при
монтаже конструкции в качестве подмо-
стей для сборки арок и подвесок. Высота
жестких затяжек составляет обычно
(х/35 V^)/; высота арок—1/^ 4- 1/50) I.
Поперечные сечения жестких арок
и затяжек имеют, как правило, двутав-
ровую форму. Работающие на растяже-
ние затяжки и подвески современных
конструкций выполняют из предвари-
тельно напряженного железобетона.
Г лава 9
ДЕТАЛИ КОНСТРУКЦИЙ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
9.1. Мостовсе полотно и тротуары
Мостовое полотно железобетонных
пролетных строений устраивают, как
правило, с ездой на балласте. Возможно
применение мостового полотна с непо-
средственным прикреплением пути к же-
лезобетонной плите, а также устройство
пути на железобетонных, деревянных
или металлических поперечинах.
Мостовое полотно при езде на балласте
(рис. 9.1) состоит из рельсов, скреплений
и шпал. При длине моста более 25 м
или его расположении на кривой радиу-
сом менее 1000 м устанавливают охран-
ные приспособления (контруголки или
контррельсы). На мостах с охранными
приспособлениями на 1 км пути уклады-
вают не менее 2000 шпал, на остальных
мостах количество шпал должно быть
таким же, как и на прилегающих участ-
ках.
В мостах на кривых участках пути
возвышение наружного рельса дости-
гается за счет увеличения толщины бал-
ластного слоя. При этом в проекте долж-
но быть предусмотрено повышение борта
балластного корыта. Размер балластной
призмы со стороны наружного рельса
увеличивается на 10 см.
Показанные на рис. 9.1 размеры бал-
ластного корыта характерны для экс-
плуатируемых мостов. При строительст-
ве новых и переустройстве существую-
щих мостов размеры балластного корыта
должны обеспечивать пропуск щебнео-
чистительных машин (рис. 9.2). Основ-
ные размеры балластной призмы для
этого случая даны в табл. 9.1.
Для мостов с ездой на балласте дол-
жен применяться щебень с достаточной
сопротивляемостью удару и морозостой-
костью. Щебень должен быть одной
фракции с размерами зерен 25—60 мм.
Зерна меньших размеров, а также пыле-
видные частицы должны составлять не бо-
лее 1 %. Необходимо, чтобы щебень был
чистым и не содержал кусков глины,
растительного слоя почвы и других
примесей.
Рис. 9.1. Мостовое полотно на балласте-
а — на прямом учасТке пути; б — на кривом участке пути
Грузонапря- женность, млн. ткм/км брутто в год Тип верхнего строения пути Толщина слоя балласта под шпалой, см ?! hi
4 И 5 =
Более 50 До 50 Особо тяже- лый Тяжелый и нормальный 35 35 30 30 45 35
Для балластировки пути на мостах
может также применяться асбестовый
балласт, получаемый из отходов асбесто-
вого производства. В этом случае в ниж-
нюю часть корыта на высоту 20 см засы-
пают дренирующий слой щебня (фракции
5—25 мм) и на него — слой асбестового
балласта, причем толщина слоя асбеста
под шпалой должна быть не менее 10 см.
На железобетонных мостах в опытном
порядке может применяться конструк-
ция мостового полотна с непосредствен-
ным прикреплением пути к железобетон-
ной плите. Крепление рёльсов и контр-
уголков здесь выполняется аналогично
конструкции безбалластного мостового
полотна на железобетонных плитах, при-
меняемого на металлических пролетных
строениях (см. рис. 13.2).
Контруголки или контррельсы укла-
дывают на мостах между задними граня-
ми устоев. Концы контруголков (контр-
рельсов) должны быть выведены за зад-
нюю грань устоя на расстояние не менее
10 м и сведены к оси пути «челноком»,
заканчивающимся сварным устройст-
вом — башмаком (рис. 9.3).
Мы
mefae очи ст иное ль нои мдшйнм
Рис 9.2. Балластное корыто, предусматриваю-
щее пропуск щебнеочистительной машины*
а —с деревянными шпалами, б —с железобетонными
шпалами
70
На всех мостах длиной более 25 м
предусматривается устройство двусто-
ронних тротуаров с перилами для про-
хода обслуживающего персонала. Тро-
туары устраивают также на всех мостах
высотой более 5 м и на всех путепроводах
и мостах, расположенных в пределах
станций. В северной строительно-клима-
тической зоне тротуары должны иметь
все мосты длиной более Юм.
Тротуары на железобетонных пролет-
ных строениях индустриального изготов-
ления устраивают, как правило, в виде
съемных конструкций. В этом случае
применяют металлические или железо-
бетонные консоли, на которые уклады-
вают тротуарные железобетонные плиты
(рис. 9.4).
Металлическую консоль выполняют
в виде сварной коробки из уголков
75 4- 75 х 8 мм и швеллера N 18а.
Консоль крепят к бортику балластного
корыта двумя болтами М27. Стойки пе-
рильного ограждения делают из уголков
70 + 70 X 8 мм и крепят к консоли
двумя болтами М20.
Железобетонные консоли имеют так-
же коробчатую форму. Их крепят бол-
тами М38. Упорные стержни здесь ста-
вят для фиксации положения тротуар-
ных плит. Перильное ограждение уст-
раивают так же, как и на металлических
консолях.
В мостах на кривых участках пути
внутреннюю тротуарную консоль удли-
няют на размер, зависящий от радиуса
кривой.
На пролетных строениях с уширен-
ным балластным корытом для пропуска
щебнеочистительных машин боковые тро-
туары можно не устраивать.
Расстояние от оси пути до наиболее
выступающих частей перил на прямых
участках пути должно быть не менее
2480 мм, в мостах на кривых это расстоя-
ние увеличивается.
На всех мостах длиной более 50 м, а
на участках скоростного движения и
в северной климатической зоне на мостах
длиной более 25 м должны предусматри-
ваться площадки-убежища для разме-
щения людей и материалов при проходе
поездов. Убежища размещают на удли-
ненных железобетонных или металли-
ческих консолях через 50 м (25 м для
Юм
JЛИ 1^1 |и| |*-Ц | и | IU| |Ш | и Г"'" TLJ | CUT | U |'"~Т U'| ""TU | |U'T'""|LJI ' TU | IUI
д
uwwTmwwiTmTWTra
//////^ Рис 9.3. Схема расположения контррельсов перед мостом
/ — контррельсы; 2 — челнок; 3 — башмак; 4 — задняя грань устоя
скоростного движения) в шахматном
порядке. Для новых мостов ширина убе-
жища должна быть не менее 1 м ,и дли-
на — не менее 3 м.
9.2. Гидроизоляция и водоотвод
Для обеспечения долговечности эле-
ментов железобетонных мостов их конст-
рукция должна быть защищена от про-
никновения в бетон воды. Длительное
воздействие воды на бетон вызывает раст-
ворение и вымывание извести. Это по-
нижает прочность бетона и приводит
к его постепенному разрушению, осо-
бенно в условиях попеременного за-
мораживания и оттаивания.
Для предохранения бетона от воздей-
ствия воды его покрывают гидроизоля-
цией. Гидроизоляцию устраивают на
71
Рис 9.5. Гидроизоляция балластного корыта*
а — поперечный разрез, б, в — заделка изоляции в узлах I и II
поверхности плиты балластного корыта
(рис. 9.5). Для стока воды поверхность
плиты делают с уклоном. Края изоляции
закрепляют в специальных углублениях
бортиков.
Гидроизоляция балластного корыта
должна быть водонепроницаемой по всей
изолируемой поверхности, обладать во-
до-. био- и химической стойкостью,
Тепломорозостойкостью и эластичностью
во времени и интервале расчетных тем-
ператур, сохранять сплошность при об-
разовании на изолируемой поверхности
бетона трещин допустимого раскрытия.
Гидроизоляцию наносят на подгото-
вительный (выравнивающий) слой из
цементно-песчаного раствора или мелко-
зернистого бетона. Перед укладкой гид-
роизоляции подготовительный слой по-
крывают грунтовкой.
В зависимости от климатических ус-
ловий района строительства применяют
различные типы гидроизоляции. Битум-
ная мастичная гидроизоляция, имеющая
индекс БМ-1, может применяться во
всех климатических зонах. Она состоит
из четырех слоев битумной мастики, ко-
торую наносят в горячем состоянии,
и трех слоев армирующего материала из
стеклоткани или льно-джуто-кенафной
ткани (рис. 9.6, а). На последний (от-
делочный) слой битумной мастики укла-
дывают защитный слой из цементно-
песчаного раствора или мелкозернистого
бетона, который армируют сеткой из
проволоки диаметром 2 -4 м^м с разме-
ром ячейки 45—75 мм. На готовую по
верхность защитного слоя наносят би-
тумную грунтовку.
Изольная рулонная гидроизоляция
(индекс ИР) применяется в районах
с умеренным климатом. Ее выполняют
на основе безосновного рулонного изола
и холодной мастики изол, упрочняемой
армирующей прослойкой, наклеиваемой
между рулонными слоями (рис. 9.6, б).
Для мостов северного исполнения при-
меняют тиоколовую мастичную гидро-
изоляцию (индекс ТМ) на основе холод-
ных самовулканизирующихся тиоколо-
вых мастик. Такую гидроизоляцию уст-
раивают нанесением на огрунтованную
Рис 9 6 Варианты устройства изоляции:
а — битумная мастичная (БМ-1); б — изоляция рулонная (ИР)9
/ — защитный слой; 2 — битумная грунтовка; 3 — битумная мастика, 4 — армирующий материал,
изольная грунтовка, 6 — рулонный изол; 7 — изольная мастика
72
Рис 9 7 Изоляция около отверстий
изолируемую поверхность двух слоев
мастик с размещением между слоями
армирующей стеклоткани. Рабочие сос-
тавы тиоколовых мастик приготовляют на
основе тиоколовой пасты СМ-1, куда
непосредственно перед употреблением
вводят определенное количество вулка-
низирующей пасты № 30, или с исполь-
зованием тиоколовой пасты У-30, в ко-
торую добавляют вулканизирующую па-
сту № 9, ускоритель вулканизации ДФГ,
а также пластификатор-дибутилфталат
и растворитель.
Для районов с суровым климатом при-
меняют также - резиноподобную рулон-
ную гидроизоляцию (индекс РПР). Ее
выполняют последовательно наклейкой
на изолируемую поверхность двух слоев
рулонного материала, в состав которого
входит техническая резина, вулканизи-
рованный бутизол и армогидробутил.
В качестве клеющих составов применяют
холодные мастики типа МББ-Х-120 или
клей СВ-1.
Отвод воды из балластного корыта
происходит через водоотводные трубки
(рис. 9.7, а), расположенные у наружных
краев плит. Трубки диаметром не менее
15 см выполняют из чугуна и размещают
с шагом, обеспечивающим 5 см2 площади
поперечного сечения трубки на 1 м2
поверхности водосбора. Трубки прикры-
вают чугунными крышками с прорезями.
Для строповки балок в плите балласт-
ного корыта устраивают отверстия, ко-
торые прикрывают сплошными крышка-
ми (рис. 9.7, б).
Места сопряжения водоотводных и
строповочных трубок с бетоном должны
быть надежно гидроизолированы. На-
рушение изоляции приводит к появле-
нию потеков и выщелачиванию бетона.
Ухудшение работы водоотвода связано
с использованием некачественного бал-
ласта и его загрязнением в процессе экс-
плуатации.
Водоотводные и строповочные отвер-
стия нарушают непрерывность изоля-
ционного слоя и могут способствовать
снижению долговечности конструкции.
В последнее время в плитных пролетных
строениях мостов и конструкциях стан-
ционных путепроводов нашло примене-
ние устройство водоотвода ц щели между
соседними блоками. С этой целью по-
верхностям плит придают поперечный
уклон к оси пути.
9.3. Анкеры напрягаемой арматуры
,В предварительно напряженных же-
лезобетонных пролетных строениях на-
прягаемая арматура должна быть на-
дежно закреплена в бетоне и обеспечи-
вать передачу на бетон заданных уси-
73
лий обжатия. Для этого используют
различные типы анкеров. Без устройства
анкеров допускается применять только
арматуру из стержней периодического
профиля, напрягаемую на упоры.
В конструкциях с арматурой в виде
пучков высокопрочной проволоки, на-
прягаемых на упоры, широкое распро-
Рис. 9.9. Конусный анкер*
1 — колодка; 2 — конусная пробка 3 — отверстие
для нагнетания
странение получили каркасно-стержне-
вые анкеры системы МИИТа. Анкер сос-
тоит из центрального круглого стержня,
приваренного к диафрагме, через пазы
которой проходят проволочные пряди
пучка (рис. 9.8). Проволоки пучка фикси-
руются на концах центрального стержня
скрутками из вязальной проволоки.
Скрутки закрепляются в отверстия на
стержне. К концам стержня приварены
крестообразные упоры из планок, кото-
рые обеспечивают неизменное положение
скруток при натяжении пучка. Сечение
пучка за анкером фиксируется крестом
из арматурных коротышей.
Анкеры ставят на концах и по длине
пучков в соответствии с эпюрой мате-
риалов. При изготовлении балки бетон
заполняет всю полость анкера, что соз-
дает надежное закрепление арматуры
в бетоне.
Каркасно-стержневые анкеры могут
применяться в пучках с числом прово-
лок от 16 до 56. Для типовых пучков
с числом проволок 24 и 48 основные раз-
меры деталей анкеров соответственно
следующие: диаметр диафрагмы 80 и
120 мм, толщина диафрагмы 8 и 10 мм;
диаметр центрального стержня 14 и
20 мм; длина центрального стержня
270 и 370 мм.
Для закрепления пучков при натяже-
нии арматуры на бетон применяют кон-
цевые анкеры различной конструкции.
Большое распространение имеют кон-
цевые конусные анкеры. Конусный ан-
кер (рис. 9.9) состоит из колодки с кони-
ческим отверстием и конусной пробки.
Проволоки пучка пропускают через от-
верстие в колодке и после натяжения
пучка домкратом двойного действия
(см. рис. 21.4, б) заклинивают конусной
пробкой, запрессовывая ее штоком порш-
ня малого цилиндра. Поверхность проб-
ки имеет нарезку, которая усиливает
заклинивание проволок. В пробке
имеется продольное отверстие для наг-
нетания в канал цементного раствора.
Размеры деталей конусных анкеров
зависят от вида пучков и числа проволок.
Чтобы исключить смятие поверхностей
колодки и пробки, их изготовляют из
сталей повышенной прочности: колод-
ки — из стали марки сталь 45 или
Сталь 5, конусные пробки — из стали
40Х.
Конусные анкеры используют также
при натяжении пучков на упоры в ка-
честве инвентарных элементов. После
передачи натяжения на бетон анкеры
снимают с пучков.
Пучки могут закрепляться в анкерах
также за счет создания на концах про-
волок утолщенных головок. В этом слу-
чае исключено проскальзывание прово-
лок, а натяжение можно вести просты-
ми домкратами одиночного действия.
Используются натяжные мондлитные и
неподвижные сборные анкеры конструк-
ции ЦНИИС (рис. 9.10), предназначен-
ные для-пучков из провойок с утолщен-
ными головками.
Натяжной монолитный анкер пред-
ставляет собой стальной цилиндр с выс-
верленными в нем отверстиями для про-
пуска проволок. На внутренней поверх-
ности цилиндрического корпуса анкера
выполнена резьба для захвата анкера
штоком домкрата. Наружная резьба
предназначена для навинчивания анкер-
75
Рис 9.11. Анкеры стержневой арматуры.
а — резьбовой; б — с приваренными коротышами;
в — с приваренной петлей; г —с высаженной голов-
ной гайки, закрепляющей натянутый
пучок на бетонной поверхности.
Неподвижные сборные анкеры ставят
обычно на противоположном от натяж-
ного домкрата конце пучка. Такие анке-
ры состоят из набора пластинок с канав-
ками. При объединении пластинок стяж-
ными бдлтами образуются отверстия для
проволок.
Для натяжения стержневой арматуры
небольшой длины (например, предвари-
тельно напряженных хомутов) исполь-
зуются резьбовые анкеры в виде гайки,
навинчиваемой на резьбу стержня. Не-
подвижные концы стержней закрепляют-
ся в бетоне с помощью приваренных ко-
ротышей, петли или высаженных голо-
вок (рис. 9.11).
9.4. Стыки сборных элементов
и составных конструкций
Основным направленем индустриали-
зации строительства мостов является
применение сборных конструкций. Осо-
бенность конструкций индустриального
типа — наличие монтажных стыков, ко-
торые должны обеспечивать совместную
работу конструкции в целом, а также
необходимые проч ность, выносл ивость,
устойчивость, трещиностойкость, водо-
непроницаемость и долговечность. При
проектировании стыков особое внимание
необходимо обращать на простоту их
конструкции, наименьшие затраты тру-
да и материалов при их устройстве, воз-
можность собирать конструкцию при
различных погодных и температурных
условиях, особенно в зимний период.
В пролетных строениях мостов, мон-
тируемых из отдельных балок, приме-
няют различные типы стыков. Продоль-
ные стыки плит проезжей части
(рис. 9.12, а) выполняют сваркой внах-
лестку выпусков арматуры с последую-
щим обетонированием шва между плита-
ми. Длина одностороннего связующего
сварного шва должна быть не менее ше-
сти диаметров стыкуемых стержней при
наименьшей толщине швов 4 мм. Такой
стык надежно воспринимает изгибаю-
щие моменты, однако его устройство ос-
ложняется необходимостью совмещать
выпуски арматуры и производить свароч-
ные работы.
В плитах допускается также приме-
нять стыки с взаимными выпусками ар-
матуры периодического профиля, сты-
куемыми внахлестку, а также петлевые
стыки с прямой вставкой (рис. 9.12, б, в).
При этом выпуски арматуры должны
иметь длину не менее 15 диаметров ар-
матуры и заканчиваться прямыми крю-
ками, а диаметр петель принимают не
менее 10 диаметров арматуры при длине
прямой вставки не менее диаметра петли.
Стыки омоноличивают бетоном, класс
которого не ниже класса бетона стыкуе-
мых элементов.
Надежное соединение плит можно соз-
дать, применяя стык/С поперечным об-
жатием шва. В этом случае стыки обжи-
маются предварительно напрягаемой ар-
матурой, располагаемой в закрытых или
открытых каналах, идущих в плитах
поперек оси моста.
Продольный шов плиты балластного
корыта железнодорожных пролетных
строений, монтируемых из отдельных
блоков, в большинстве случаев неомоно-
a) 1
Рис. 9.12. Стыки арматуры плиты проезжей части
личивают. Такой шов желательно объеди-
нять в плитных пролетных строениях
длиной более 15 м или при расположении
плитных пролетных строений на кривой.
Наиболее простым соединением плит
балластного корыта является шпоноч-
ный стык (рис. 9.12, г), который выпол-
няют путем заполнения бетоном продоль-
ного паза на стыкуемых кромках. Для
улучшения работы шпонки на срез в про-
дольный паз устанавливают спиральную
арматуру. Такой стык препятствует
взаимному вертикальному смещению
блоков, однако не может воспринимать
растягивающие напряжения.
Перспективны сухие продольные сты-
ки плит, которые успешно применяют во
всех типах пролетных строений. В желез-
нодорожных пролетных строениях объ-
единение плит сухим продольным сты-
ком превращает поперечное сечение в
П-образную раму, что позволяет отка-
заться от диафрагм, и значительно сни-
жает воздействие на стенки балок крутя-
щего момента. Кроме того, появляется
возможность создания коробчатых про-
летных строений с сухими продольными
стыками плит.
Сухой продольный стык двух смежных
плит образуется из ряда сварных сое-
динений— шпонок, расположенных на
равных расстояниях друг от друга
(рис. 9.13). Шпоночное соединение сос-
тоит из двух полушпонок (стальных
закладных пластин), объединяемых на
монтаже приваркой стальных клиновид-
ных вкладышей. Листы полушпонок на-
клонены к плоскости плиты под углом
60° и приварены к арматуре плиты в то-
рец контактно-дуговой сваркой. Конст-
рукция сварного шпоночного стыка хо-
рошо компенсирует возможные неточно-
сти при совмещении плит и надежно вос-
принимает любые виды воздействий.
Блоки железнодорожных пролетных
строений объединяются по стыкам диаф-
рагм путем сварки закладных деталей
(рис. 9.14). Каждая полудиафрагма бло-
ка окаймляется уголком 140 + 140 X
X 12 мм, приваренным к стержневой
арматуре. При монтаже блоков угол-
ки соединяют приваркой полосовых вер-
тикальных накладок. Такое соединение
позволяет сразу начинать эксплуатацию,
оставляя омоноличивание стыка на более
удобное время.
Омоноличивание стыков диафрагм вы-
полняют главным образом для предохра-
нения стальных элементов от коррозии.
Рис 9 13 Шпоночный стык плиты:
/ — стальные пластины (полушпонки); 2 — клиновид
ные вкладыши
77
Рис. 9.14. Монтажный стык диафрагмы:
1 ~ окаймляющий уголок, 2 — стальная накладка,
3 — арматурная сетка
Для улучшения связи бетона омоноли-
чивания с конструкцией стыка к наклад-
кам, имеющим отверстия, приваривают
арматурные сетки.
Современные неразрезные и консоль-
ные пролетные строения мостов соору-
жают, как правило, из отдельных бло-
ков, с устройством, поперечных монтаж-
ных стыков. В процессе монтажа стыки
обжимают усилиями предварительного
напряжения арматурных пучков. Об-
жатые стыки воспринимают большие из-
гибающие моменты и поперечные силы.
Смежные блоки могут иметь стыки раз-
личной формы: плоские вертикальные и
наклонные с уступом, а также зубчатые
треугольного и трапецеидального очер-
таний (рис. 9.15). При монтаже поверх-
ность швов покрывают клеями на основе
эпоксидной смолы. Для обеспечения сов-
падения торцов смежных блоков при их
изготовлении применяют метод отпечат-
ка, при котором опалубкой для одного из
торцов очередного блока служит торцо-
вая поверхность предыдущего блока.
Стыки сборных конструкций с попереч-
ным членением могут выполняться так-
же сухими (без клея). В некоторых слу-
чаях применяют широкие стыки с после-
дующим омоноличиванием) мокрые
стыки).
Глава 10
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ
10-1. Определение усилий
в балочных пролетных строениях
и плитах балластного корыта
Элементы железобетонных мостов рас-
считывают по предельным состояниям
первой и второй групп.
Для предотвращения предельных сос-
тояний первой группы элементы балоч-
ных пролетных строений должны быть
рассчитаны на прочность и выносливость.
При расчетах на прочность нагрузки
принимают с коэффициентами надежно-
сти У/, а к подвижной вертикальной на-
грузке вводят динамический коэффи-
циент (1 + ц). В расчетах на выносли-
вость принимают уу — 1, а динамический
Рис. 9.15. Варианты поперечных стыков составных конструкций;
78
коэффициент вводят с неполной динами-
ческой добавкой (1 -4- | ц). Здесь к под-
вижной вертикальной нагрузке допол-
нительно вводят коэффициент е < 1,
исключающий влияние транспортеров.
Для предотвращения предельных со-
стояний второй группы проводятся рас-
четы по образованию, раскрытию и за-
крытию (зажатию) трещин, ограничению
касательных напряжений, а также по
деформациям (прогибам) пролетных
строений. Указанные расчеты выполняют
на нормативные нагрузки (без коэффици-
ентов надежности и динамического коэф-
фициента), а при расчетах на раскрытие
трещин и при определении прогибов к
временной нагрузке вводят также коэф-
фициент е.
Пролетные строения в виде простых
балок рассчитывают по линиям влияния
изгибающих моментов и поперечных сил.
Здесь достаточно получить моменты в се-
редине Л40 5 и четверти пролета Af0j25,
а также поперечные силы на опоре
Qo и в середине пролета Qo б. Линии влия-
ния и схема их загружения приведены на
рис. 10.1.
Усилия от воздействия подвижного
состава определяют путем загружения
соответствующих участков линий влия-
ния эквивалентной нагрузкой v, которая
зависит от длины загружения X и поло-
жения вершины линии влияния а. При
устройстве пути на балласте значение
v < 19,6 кН/м принимается соответст-
вующим а — 0,5 независимо от положе-
ния вершин линий влияния.
В простых балках усилия от постоян-
ной нагрузки получают путем загруже-
ния линий влияния собственным весом
конструкции и весом мостового полот-
на по всей длине.
Усилия от нормативных нагрузок вы-
числяют, умножая интенсивности на-
грузок на соответствующую площадь ли-
нии влияния. Расчетные усилия полу-
чают, умножая нормативные значения
на соответствующие коэффициенты.
Расчетное значение А40,5:
для расчетов на прочность одной про-
стой балки двухблочного пролетного
строения:
X (1+н) Т/и Р] ^.М0,5’
для расчетов на выносливость
Af6,5 = [^l+^ + l'o,5^ ] Чм0,5
В этих формулах glt g2 — нормативная по-
гонная нагрузка от собственного веса балки
и веса мостового полотна; Т/i, Т/2, 7fv — коэф-
фициенты надежности по нагрузке от собст-
венного веса (обычно T/i = 1Д), веса мосто-
вого полотна (для мостового полотна с ездой
на балласте у/2 = 1,3), временной вертикаль-
ной нагрузки (при длине загружения X
< 50 м yfv = 1,3—0,003 X); (1 + и)—Дина-
мический ’ коэффициент (для железобетонных
балочных пролетных строений 1 + И = 1 +
_1_ —*9...- но не менее 1,15); Р—доля
20 + X
временной нагрузки, приходящаяся на рас-
считываемую главную балку с одного пути
(для данного случая р ~ 0,5); v — норматив-
ная эквивалентная нагрузка; пло-
щадь линии влияния.
Аналогичным образом вычисляют ос-
тальные значения моментов и попереч-
ных сил. Отложив значения М()/5 и
Л10.25, Qo и Qo>5 и соединив ординаты мо-
ментов плавной кривой, а ординаты по-
перечных сил прямыми линиями, полу-
чим огибающие эпюры М и Q (рис. 10.2).
При расчете неразрезных балочных
пролетных строений внутренние усилия
от собственного веса балок необходимо
определять с учетом последовательности
Ф Iff .£-£ I U Vo,i5
4- £ * 4 ^,25
М- $0.5,
Рис. 10.1. Линии влияния и схема загружения
простой балки
79
Рис. 10.2 Огибающие эпюры моментов и по-
перечных сил вп ростой балке
1 — расчет на прочность; 2 — расчет на выносли
тахм1Шг--------------111 i.I.i.
wen M,Dt5Lz________________________
Л в. моп ___
/Г; у lf+iz+i3<.WM
/пах ИOf] ШШШшт______
ЛНП М0П --------llllH.I
max м'дп ЬннШШШ_______
3,81 К
mln Моя ________НИШ
Рис. 103. Загружение линий влияния нераз-
резной балки
£-----Ж X X
Рис. 10.4. Огибающая эпюра моментов для не-
разрезной балки
80
монтажа системы. При этом необходимо
рассматривать такие расчетные схемы,
которые соответствуют передаче на про-
летное строение данной постоянной на-
грузки. Усилия от временной вертикаль-
ной нагрузки и второй части постоянной
нагрузки (веса мостового полотна)
следует определять по линиям влия-
ния.
Загружение двух характерных линий
влияния временной нагрузкой в нераз-
резной балке показано на рис. 10.3.
Определение усилий по линиям влияния,
состоящим из нескбльких участков, про-
изводится суммированием результатов
загружения отдельных участков всей
или части линии влияния.
Для случая Zi + /2 + Z3 > 80 м один
участок одинакового знака загружается
эквивалентной нагрузкой, другой — на-
грузкой 9,81 К кН/м. Если разделяющий
участок иного знака имеет длину более
20 м, то он.загружается порожняком с на-
грузкой 13,73 кН/м.
При меньшей длине этот участок не
загружают.
При + /2 + /3 < 80 м два участка
одинакового знака загружают своими
эквивалентными нагрузками.
При расчетах на выносливость макси-
мальные и минимальные значения уси-
лий определяют невыгоднейшим из за-
гружений, проводимых подвижным сос-
тавом, состоящим из нагрузки w (кото-
рой загружается только один участок)
и нагрузки 9,8 К кН/м пути. Загружение
ведется по участкам линии влияния, при-
чем сначала указанный подвижной сос-
тав последовательно пропускают в од-
ном направлении, а затем — в дру-
гом.
По результатам загружения линий
влияния с учетом усилий от постоянной
нагрузки при рассмотрении стадий мон-
тажа для неразрезной балки строят оги-
бающие эпюры. Огибающая эпюра
моментов для трехпролетной балки
(рис. 10.4) имеет участки 7, V, где мо-
менты только положительны, участки
III с отрицательными моментами и уча-
стки II, IV, в сечениях которых дейст-
вуют моменты обоих знаков.
Плиты балластного корыта пролетных
строений выполняют две функции: вхо-
дят в состав главных несущих балок и,
кроме того, непосредственно восприни-
мают временную нагрузку, работая на
изгиб в поперечном по отношению к оси
моста направлении/ Расчет плиты в по-
перечном направлении проводят, выде-
ляя вдоль оси моста полосу плиты ши-
риной 1 м.
Плита балластного корыта индуст-
риальных двухблочных пролетных
строений имеет обычно неомоноличенный
продольный шов, прикрытый стальным
листом. В этом случае плиту можно рас-
сматривать как двухконсольную балку,
заделанную в ребре блока (рис. 10.5).
Воздействие временной вертикальной
нагрузки при расчете балластной плиты
принимают равным 19,6 К кН/м пути.
Давление от подвижного состава распре-
деляется через балласт на ширину В =
= 2,7 + Л или В = 2,7 + 2 h в зави-
симости от того, что является более не-
благоприятным при расчете отдельных
сечений плиты. Здесь 2,7 м — длина
шпалы; h -= 0,35 м — расстояние от по-
дошвы шпал до верха плиты.
Для двух крайних значений В нагруз-
ка от подвижного состава на 1 м поперек
плиты: qvl = 89,96 кН/м и qv2 =
= 80,70 кН/м.
Постоянные и временную нагрузки
вводят с соответствующими коэффициен-
тами, зависящими от вида расчета. Ди-
намический коэффициент и коэффициент
надежности при расчете плиты в попереч-
ном направлении вычисляют при зна-
чении Z ~ 0. Временную нагрузку на
тротуар принимают равной 9,81 кПа
(9,81 кН/м поперек плиты), однако сов-
местно с временной поездной нагрузкой
ее не учитывают.
При укладке рельсов непосредственно
на железобетонную плиту давление от
временной вертикальной нагрузки при-
нимают равным 24,5 К кН/м пути. При
этом можно считать, что давление в по-
перечном направлении распределяется на
ширину прокладки
Кроме того, следует произвести расчет
ча ту же нагрузку для случая схода оси
подвижного состава с рельсов при откло-
нении колеса от оси рельса, равном рас-
стоянию до охранных приспособлений.
После определения нормативных на-
грузок находят изгибающие моменты и
I
Рис. 105 Расчетная схема двухконсольной
плиты
поперечные силы, приходящиеся на 1 м
плиты вдоль оси моста.
Момент для левой консоли при расчете
на прочность
7/1 ^2 , 7/2 ,
мк=—+
. а п L 4--аз Чу
где 7/1» 7/2 — коэффициенты надежности
для собственного веса конструкции и балласта;
£2, ёз — погонная нагрузка от веса плиты,
балласта и тротуара. Остальные обозначения
даны на рис. 10.5.
Момент для правой консоли находят
аналогично. Поперечные силы опреде-
ляют с учетом тех же коэффициентов, что
и для моментов.
В конструкциях с П-образными блока-
ми, а также в случае омоноличивания
продольного шва средний участок плиты
рассчитывают как балку, упруго за-
щемленную в ребрах (рис. 10.6).
Степень защемления плиты зависит от
соотношения изгибной (цилиндрической)
жесткости плиты и крутильной жест-
кости ребра. Это соотношение характери-
зуется величиной
=.0.00, да,
Оь /к
где D = __ цилиндрическая
жесткость плиты, ht — толщина плиты; Ф —
коэффициент Пуассона; 6Ь — модули уп-
ругости бетона при сжатии и сдвиге; /к —
момент инерции ребра при кручении; —
расстояние в свету между ребрами.
81
Рис 10.6. Расчетная схема неразрезной плиты
Следует принимать Gb = 0,4 Еъ;
О = 0,2. Момент инерции при кручении
можно определять приближенно по фор-
муле
предварительно разбив сечение ребра на
прямоугольники с большими сторонами
hi и меньшими бг-.
Таблица 10.1
Расчетное сечение а при
nt<30 zzt>100
Опорное В середине про лета -0,8 +0,5 —0,65 —0,5 +0,6 +0,7
В зависимости от пг по табл. 10.1 на-
ходят коэффициенты упругого защемле-
ния и а2, через которые определяют
расчетные моменты в заделке Мг и в се-
редине пролета Л42:
Л41^=а1М0 и М2 = а2М0,
где Л40 — момент в плите посередине про-
лета. определенный, как для простой балки
пролетом Со.
10.2. Расчет изгибаемых
железобетонных элементов
с ненапрягаемой арматурой
При расчетах тавровых, двутавровых и
коробчатых элементов действительное се-
чение с вутами заменяют приведенным
сечением, состоящим из прямоугольни-
ков. Приведенную толщину плиты hf,
82
находящейся в сжатой зоне, определяют
из равенства площадей плиты с вутами
и заменяющей ее прямоугольной плиты
(рис. 10.7). Длина свесов плиты не долж-
на превышать 6 hf и быть не более поло-
вины расстояния в свету между балками.
Расчеты на прочность. Эти расчеты
гарантируют конструкцию от разруше-
ния предельной нагрузкой. Расчеты про-
водят по методу предельного равновесия,
сопоставляя расчетные усилия от внеш-
них нагрузок с предельными.
Расчет по прочности сечений, нормаль-
ных к оси элемента, основан на следую-
щих предпосылках: сопротивление бето-
на растяжению принимают равным ну-
лю; напряжения в сжатой зоне бетона
ограничиваются расчетным сопротивле-
нием осевому сжатию Rb\ эпюра сжимаю-
щих напряжений в бетоне прямоуголь-
ная, растягивающие и сжимающие напря-
жения в арматуре ограничиваются рас-
четными сопротивлениями R8. Указан-
ные предпосылки предполагают одно-
временное разрушение бетона и армату-
ры при проявлении значительных пла-
стических деформаций.
Приближенный подбор арматуры рас-
тянутой зоны выполняют по формуле
л _ м
s (ho~O,5hf)Rs
Здесь в первом приближении высоту
сжатой зоны принимают равной высоте
плиты.
Далее устанавливают число, диаметр
и расположение арматурных стержней.
Более общим расчетным случаем яв-
ляется расположение границы сжатой
зоны в ребре (рис. 10.8). Высота сжатой
зоны определяется из усЛовия равенства
нулю суммы проекций всех сил на гори-
зонтальную ось
RsAs-RscA'-Rb{t>f-b)h;
х=------------—-------------. (Ю.1)
Rb ь
При х > hf прочность сечения опреде-
ляют из условия (предельный момент
вычислен относительно центра растяну-
той арматуры):
М ^.Rbbx{he—0,5х) +
+ (Ь\—Ь)Ц (Л„-0,5й/) +
+Я,с>Ц(йо—os)- (10.2)
При х ^hf в выражениях (10.1) и
(10.2) b заменяют на Ь/, что соответст-
вует случаю расчета прямоугольного
сечения.
Сжатую арматуру A's (обычно — это
распределительная арматура плиты)
учитывают в расчете полностью, если
%! > а'& и х2 > 2 a's, где хъ х2 — высота
сжатой зоны, определенная без учета и
с учетом Л8. Если а х2< 2 as,
то As учитывают с коэффициентом
К = 1 — (2 al — x2)/as> изменяющим-
ся в пределах 0 < К < 1. При /( < 0
условие прочности имеет вид:
M^RSAS (hQ—a‘sy
При хх < a's Лд не учитывается.
В приведенных формулах приняты следую*
щие обозначения:
М — изгибающий момент от расчетных
нагрузок; Rb — расчетное сопротивление бе-
тона сжатию; Rs и Rsc — расчетные сопро-
тивления ненапрягаемой арматуры растяже-
нию и сжатию.
Остальные обозначения ясны из рис. 10 8.
При расчете сечений, нормальных к
оси элемента, значение относительной
высоты сжатой зоны Н = x/ft0 не должно,
как правило, превышать предельного
значения определяемого по нормам
проектирования. Кроме того, для арма-
турных элементов, расположенных от
растянутой грани на расстоянии больше,
чем высоты растянутой зоны сечения,
к расчетному сопротивлению арматурной
стали вводят коэффициенты условий ра-
боты /па6 < 1, определяемые по СНиП
2.05.03-84.
При назначении толщины плиты бал-
ластного корыта рекомендуется выдер-
живать условие hf > х и, кроме того,
h'f > 0,1 h.
Расчет по прочности сечений, наклон-
ных к оси элемента, проводят на дейст-
вие поперечной силы между наклонными
трещинами, по наклонной трещине,
а также на действие изгибающего момен-
та по наклонному сечению.
Поперечные силы в наклонных сече-
ниях воспринимаются хомутами и отог-
нутыми стержнями, а также бетоном сжа-
той зоны. При расстановке хомутов и
отогнутых стержней следует руководст-
воваться требованиями СНиП 2.05.03-84.
Отгибы рабочей арматуры образуются
отводом в сжатую зону тех стержней,
которые становятся ненужными по мере
уменьшения изгибающего момента. Ме-
ста начала отгибов определяют сравне-
нием огибающей эпюры моментов с эпю-
рой материалов для арматуры (рис. 10.9).
Эпюра материалов представляет собой
ступенчатый график, ординаты которого
равны предельным изгибающим момен-
там, которые могут быть восприняты
сечениями с уменьшенным числом стерж-
ней.
Рис. 10.7. Расчетные размеры плиты балласт-
ного корыта ,
Рис. 10.8. Схема для расчета нормального се-
чения на прочность
Рис. 10.9. Схема для расстановки наклонных
стержней:
/ ~ эпюра моментов; 2 — эпюра материалов
83
Рис 10 10. Расчетная схема наклонного сече-
ния
Прочность по сжатому бетону между
наклонными трещинами определяется из
условия
ССО.зА+пп!-^2-) X
X (1 —O.Ol^b) Rb (10 3)
где Q — поперечная сила на расстоянии не
ближе й0 от опорного сечения; и ~ 5 — при
вертикальных хомутах; п — 10 — при на-
клонных хомутах под углом 45°; — от-
ношение модулей упругости арматуры и бе-
тона; Xsw —- площадь сечения ветвей хомутов,
расположенных в одной плоскости; Sw —
расстояние между хомутами; Rb — расчетное
сопротивление бетона сжатию, МПа.
При расчете сечения по наклонной
трещине на действие поперечной силы
полагают, что во всех хомутах и отогну-
тых стержнях, попадающих в наклоннее
сечение, наступило предельное состоя-
ние (рис. 10.10). Соответствующее усло-
вие прочности имеет вид
Q 2RS Asi sin a-[-SRs +
где Q — максимальное значение попереч-
ной силы от внешней нагрузки, расположен-
ной по одну сторону от рассматриваемого се-
чения; %RsAsi sin а и 2R^ASW — суммы про-
екций предельных усилий всей пересекаемой
арматуры на длине проекции сечения с; Qb —
поперечное усилие, передаваемое на бетон
Рис. 1011 Схема для расчета ненапряженно-
го сечения на выносливость
сжатой зоны над концом наклонного сечения,
определяемое по формуле
0^^: <10 4)
Rbt расчетное сопротивление бетона осе-
вому растяжению.
Учитываемая в расчете величина Qb не
должна превышать 0,5 Q.
Невыгоднейшее наклонное сечение и
соответствующую ему проекцию с сле-
дует определять из условия минимума
поперечной силы, воспринимаемой бето-
ном и арматурой. Это можно сделать
путем сравнительных расчетов или по
формуле
«о 5).
где qw — предельное усилие в хомутах на
единицу длины элемента
Это усилие определяют по формуле
Asw
Qw— Q >
где Sw — расстояние между хомутами.
При расчете наклонного сечения по из-
гибающему моменту предельный момент
вычисляют относительно центра сжатой
зоны (см. рис. 10.10). Условие прочности
имеет вид
М R? zs -f- Asw z$w 4- SRs As^ zsi,
где M — момент от расчетных нагрузок,
расположенных по одну сторону от сжатого
конца сечения; zs, zsW и zsi — расстояния от
усилий в арматуре до центра сжатой зоны.
Положение невыгодного наклонного
сечения следует определять путем срав-
нительных расчетов.
Расчет на выносливость. Этот расчет
гарантирует конструкцию от усталост-
ных разрушений, которые могут разви-
ваться при многократном приложении
усилий. При расчете на выносливость
полагают, что сечение работает в упру-
гой стадии без учета работы бетона рас-
тянутой зоны (рис. 10.11). Расчет сво-
дится к определению напряжений в ар-
матуре gs и в бетоне оь, которые сравни-
вают с расчетными сопротивлениями на
выносливость. Напряжения в бетоне
ЛГ ,
С ты
*red
напряжения в арматуре
М'
os = nf ---(h—xf — аи)^ mGS1 Rs,
*red
где М' — расчетный момент на выносли-
вость; Ired — момент инерции приведенного
сечения относительно нейтральной оси (без
учета растянутой зоны бетона); л' = -^ —
Еъ
отношение модулей упругости арматуры и бе-
тона; и та81 — коэффициенты, учитываю-
щие асимметрию цикла повторяющихся напря-
жений в бетоне и арматуре.
Остальные обозначения ясны из
рис. 10.11. Асимметрия цикла характе-
ризуется параметром р, который для
простой балки без преднапряжения опре-
деляется как
^min
где amln> amax — напряжения в бетоне или
в арматуре соответственно минимальные и
максимальные; Mg и Mv — изгибающие мо-
менты от постоянной и временной нагрузок.
Положение нейтральной оси сечения
(высоту сжатой зоны х') определяют из
условия равенства нулю статического
момента относительно этой оси. В ре-
зультате решения полученного из этого
равенства квадратного уравнения высота
сжатой зоны
х'=-г+т/7?+;, (Ю.6)
п' 0s+^s)+^f (&/ —^*)
где г =----------- - ---—; (10.7)
2п' (Л8йа-(-Л' д') 4-/^'2 ifi'f—b')
Приведенный момент инерции железо-
бетонного сечения:
b’fX'*
-------------з--------+
+ «' -4з (Ла—x')2+n' А ;(Х' — a'sf.
При расчете прямоугольных сечений
или в случае когда х' < h'f, в формулах
(10.6) — (10.8) принимают b'f = b.
Расчет на трещиностойкость. Железо-
бетонные балки с ненапрягаемой арма-
Tjjpoft должны удовлетворять категории
требований по трещиностойкости Зв.
Рис. 10.12. Схемы для расчета балки на рас-
крытие трещин:
а — расположение трещин; б — наклонные сечения;
в — площадь взаимодействия
В этом случае трещиностойкость обеспе-
чивается, если соблюдается условие
асг &сг,
где асг — расчетная ширина трещины под
нагрузкой; Дсг — предельная ширина трещи-
ны, принимаемая для пролетных строений
железнодорожных мостов равной 0,02 см.
Ширина раскрытия трещин в общем
случае может быть определена через
удлинение арматурного элемента на
участке между трещинами (рис. 10.12, а).
На основании зависимости Гука можно
записать
асг — т8 " lcrt
ms — коэффициент, учитывающий сцеп-
ление бетона и арматуры на участке между
трещинами; <rs — напряжение в растянутой ар-
матуре; Es — модуль упругости арматуры;
1СГ — расстояние между трещинами.
По нормам проектирования ширину
раскрытия нормальных и наклонных тре-
щин определяют по формуле, получен-
ной на основе экспериментально-теоре-
тических исследований трещиностойко-
сти железобетонных элементов:
асг— Е (10.9)
где ф — коэффициент раскрытия трещин,
который определяется в зависимости от радиу-
са армирования Rr и учитывает влияние бето-
на растянутой зоны, деформации арматуры, ее
профиль и условия работы элемента.
85
Напряжения os в наиболее растянутых
(крайних) стержнях продольной арма-
туры допускается определять по фор-
муле:
М" h—x—au
5 Asz h—x—as
где М" — изгибающий момент при расче-
те на трещиностойкость; z — плечо внутрен-
ней пары сил, которое допускается принимать
по результатам расчета на прочность. Осталь-
ные обозначения показаны на рис. 10.8 и 10.11.
Растягивающие напряжения os в по-
перечной и продольной арматуре стенок
(ребер) определяют по формуле:
где — напряжение, равное касательно-
му напряжению т на уровне центра тяжести
сечения; и —- коэффициент армирования стен-
ки по направлению главных растягивающих
напряжений, который допускается принимать
как отношение проекции площадей всех стерж-
ней на нормаль к этому сечению,к площади на-
клонного сечения бетона на данном участке
(рис. 10.12, б); б — коэффициент, учитываю-
щий перераспределение напряжений в зоне об-
разования наклонных трещин:
где — длина предполагаемой наклон-
ной трещины по направлению, перпендику-
лярному главным растягивающим напряже-
ниям.
В зависимости от радиуса армирова-
ния Rr коэффициент раскрытия трещин
ф принимают: ф = 0,35 Rr — для глад-
кой стержневой арматуры; ф = 1,5 х
X V^Rr — для стержневой арматуры пе-
риодического профиля.
При расчете ширины раскрытия нор-
мальных трещин радиус армирования
‘ (10“»
где Аг — площадь зоны взаимодействия
(рис. 10,12, а), ограниченная наружным кон-
туром сечения и радиусом взаимодействия
г = 6d; ₽ — коэффициент, учитывающий сте-
пень сцепления арматурных элементов с бе-
тоном (при одиночных стержнях £ = 1, при
двойных стержнях = 0,85, при вертикаль-
ных рядах из трех стержней с просветами меж-
ду группами стержней Р = 0,75; п — число
арматурных элементов с одинаковым диамет-
ром; d — диаметр одного стержня.
Радиус взаимодействия г откладывают
от крайнего ближайшего к нейтральной
оси ряда стержней, а если в таком ряду
86
площадь меньше половины площади каж-
дого основного ряда, то г откладываю!
от предпоследнего ряда.
При определении ширины наклонных
Трещин радиус армирования определяют
по формуле
д _________________d*______________,
SPI tti di cos 4" 2Рю tiw dm cos 4"
4-Spi dt cos a,
где Ar = ЦЬ — площадь зоны взаимодей-
ствия для наклонного сечения; — длина на-
клонного сечения; b толщина стенки; Р —
пояснено в обозначениях к формуле (10.10);
«ь «ц?» — число наклонных стержней, вет-
вей хомутов и продольных стержней в преде-
лах наклонного сечения; dj, dWf di — диамет-
ры соответствующих типов арматуры; а,*,
<xw, а* — углы между арматурными элемен-
тами и нормалью к наклонному сечению (см.
рис. 10.12, б).
Если условие трещиностойкости (10.9)
не выполнено, то необходимо увеличить
площадь сечения арматуры или умень-
шить диаметр стержней при сохранении
их общей площади.
Для повышения трещиностойкости сле-
дует применять арматуру периодическо-
го профиля, при которой трещины ока-
зываются более частыми, но менее широ-
кими.
Кроме проверки на раскрытие трещин
в растянутой зоне, необходим расчет,
по которому не допускается образование
продольных трещин, совпадающих с на-
правлением действия нормальных сжи-
мающих напряжений аЬх. Для изгибае-
мых элементов расчет проводится по
формуле
М" f о
hed
где Мг/ — изгибающий момент при рас-
чете на трещиностойкость; Ired — приведен-
ный момент инерции; х' — высота сжатой
зоны по формуле (10.6); тс2 — расчетное
сопротивление бетона осевому сжатию.
Плиту балластного ко-
рыта рассчитывают также на проч-
ность, выносливость, трещиностойкость.
Рассмотрено прямоугольное сечение ши-
риной 100 см, которое представляется
как частный случай таврового сечения.
Прогиб балок пролетных
строений вычисляют методами строитель-
ной механики, причем жесткость сече-
ний при действии временной нагрузки
следует определять с учетом образования
трещин, а при действии постоянной на-
грузки — с учетом образования трещин
и ползучести бетона. Соответствующая
методика определения жесткости сече-
ний дана в СНиП 2.05.03-84.
Вертикальные прогибы пролетных
строений, вычисленные при действии под-
вижной временной нагрузки (при = 1
и 1 4- р, = 1), не должны превышать для
железнодорожных мостов величины
(860-ji,25 /)Z И 1/600 1 (В МеТраХ)-
Плавность движения подвижного со-
става достигается не только ограниче-
нием прогиба под подвижной нагрузкой,
но и путем создания строительного подъ-
ема пролетных строений. Строительный
подъем выполняют по плавной кривой,
стрела которой после учета деформаций
от постоянной нагрузки должна состав-
лять 40 % упругого прогиба от подвиж-
ной временной нагрузки.
10.3. Расчет изгибаемых -
железобетонных элементов
с напрягаемой арматурой
В балочных пролетных строениях с на-
прягаемой арматурой создается рацио-
нальное напряженное состояние, обес-
печивающее получение экономичных
конструкций при соблюдении требуемой
трещиностойкости. При создании пред-
варительного напряжения применяют
два основных способа: натяжение арма-
туры на бетон и натяжение на упоры.
В статически неопределимых системах
необходимо учитывать перераспределе-
ние усилий, вызываемое предваритель-
ным напряжением, а также от усадки и
ползучести бетона и искусственного ре-
гулирования.
К особенностям рассматриваемых кон-
струкций относится также наличие на-
прягаемой арматуры Ар в сжатой зоне.
Необходимость постановки такой арма-
туры определяется требованиями тре-
щиностойкости сжатой зоны при натя-
жении арматуры в растянутой зоне. Кро-
ме того, в процессе монтажа при стро-
повке балок в верхней зоне могут воз-
никать растягивающие напряжения от
собственного веса, которые необходимо
Рис. 10.13. Схема для расчета предварительно
напряженного нормального сечения на проч-
ность
нейтрализовать натяжением верхней ар-
матуры.
Расчеты на прочность
предварительно напряженных балок тав-
рового, двутаврового и коробчатого се-
чений основаны на тех же предпосылках,
что и расчеты балок с обычной армату-
рой. В стадии разрушения обжатие в
растянутой зоне не сохраняется, в этой
зоне могут развиваться трещины.
Приближенно площадь основной на-
прягаемой арматуры подбирают так:
А М ...............
р (Лв-0,5Л;) RP
Дальше устанавливают вид предна-
прягаемой арматуры и ее расположение.
Расчет на прочность по
изгибающему моменту нормальных се-
чений начинают с определения высоты
сжатой зоны. В наиболее общем случае
при наличии напрягаемой и ненапря-
гаемой арматуры как в растянутой, так
и в сжатой зоне сечения (рис. 10.13)
высота сжатой зоны
Rp Ар—Rsc As —
—Rb V
х==-----------Ч .....LJ--------(io.il)
Rb °
Прочность сечения с напрягаемой ар-
матурой устанавливают из условия:
M = Rb bx (h^0^x) + Rb(b^-b) х
X hf (hQ-^QMf) + R8cA;(hQl^afs) —
~GpeA'p(hQ~a'p). (10.12)
При x < Щ b заменяют на b’^
В формулах (10.11) и (10.12):
Rp — расчетное сопротивление напрягае-
мой арматуры; R8 и RsC — расчетное сопротив-
ление ненапрягаемой арматуры растяжению и
сжатию; орс — напряжение в напрягаемой
арматуре, расположенной в сжатой зоне,
принимаемое арс = apcj — Rpc, где opcf —
87
Рис. 10.14. Расчетная схема наклонного сече-
ния предварительно напряженной балки
установившееся предварительное напряже-
ние (за вычетом всех потерь); Rpc — величи-
на падения напряжения в арматуре вследст-
вие пластических деформаций перед разруше-
нием; Rb —- расчетное сопротивление бетона
сжатию; М — изгибающий момент от расчет-
ных нагрузок.
Остальные обозначения показаны на
рис. 10.13.
Величина Rpc может быть определена
исходя из предельного укорочения бето-
на 8Й перед разрушением:
Rpc=sbEp,
где Ер — модуль упругости напрягаемой
арматуры.
В расчете нормальных сечений долж-
но, как правило, выдерживаться соотно-
шение £ = xlh0 ij,. Значение при
котором предельное состояние элемента
наступает одновременно с достижением
в растянутой арматуре напряжения 7?р,
определяют по СНиП 2.05.03-84.
Расчет по прочности сечений, наклон-
ных к оси элемента, проводят аналогич-
но расчету балок с ненапрягаемой арма-
турой.
Условие прочности по сжатому бето-
ну между наклонными трещинами прове-
ряют по формуле (10.3).
Рис. 10.15. Схема расстановки анкеров пред-
варительно напрягаемой арматуры-
/ — анкеры; 2 — эпюра моментов, 3 — эпюра мате-
риалов
Расчет наклонных сечений на дейст-
вие поперечной силы (рис. 10.14) вы-
полняют по формуле
Q %Rpw Api s*n U-^^Rsw +
+2 Rpw Apw + Qo,
где Rpw^pi sin а и pw — сум-
мы проекций предельных усилий всей пере-
секаемой напрягаемой арматуры; —
сумма проекций предельных’усилий всей пере-
секаемой ненапрягаемой арматуры; Qg —
поперечное усилие, передаваемое на бетон
сжатой зоны, определяемое по формуле (10.4).
Проекция невыгоднейшего наклон ного
сечения С определяют из условия мини-
мума воспринимаемой поперечной силы
или по формуле (10.5).
Расчет наклонного сечения по изги-
бающему моменту М выполняют по рас-
четной схеме (см. рис. 10.14) и формуле:
М < RPw Apt Zpi + ^kpw APw zPw-]~
Ap zp -j- ^Rsw ^Sw
где zpi, zpw и z8W — расстояния от усилий
в арматуре до центра сжатой зоны.
Положение невыгодного сечения сле-
дует определять путем сравнительных
расчетов.
На основании расчета на прочность
устанавливают схему армирования ба-
лок, определяя места обрыва арматуры
(расположение анкеров) или места отво-
да арматурных пучков в сжатую зону.
Схему армирования легко выявляют при
сравнении огибающей эпюры моментов
с эпюрой материалов для арматуры
(рис. 10.15).
Расчет на выносливость
предварительно напряженных эле-
ментов железнодорожных мостов гаран-
тирует конструкцию от усталостных раз-
рушений. Указанные элементы относят-
ся к категориям требований по трещино-
стойкости 2а (напрягаемая проволочная
арматура) или 26 (напрягаемая стержне-
вая арматура), для которых появление
трещин практически не допускается.
Расчеты проводят для упругой стадии
работы сечений без учета трещин в бе-
тоне.
Проверку на выносливость производят
для рабочей арматуры растянутой зоны
и бетона сжатой зоны. При расчете опре-
деляют напряжения в арматуре и бетоне
и сравнивают их с расчетными сопротив-
лениями на выносливость, зависящими
от характеристики цикла р =- агагд/
/^тах’
Максимальные и минимальные напря-
жения в арматуре:
ap,max = (Gpi—~®el,c) +
+ аРи ^api Rp*
аР,т1п= (<?pi — СГе/,с)Ч- ®pg
Соответствующие напряжения в сжа-
той зоне бетона
abc,max - ^bci + ^bcg+abcu ^b?. Rb>
abc,mhi “ abci "1“ Gbcg,
В этих формулах. ор1 — установившееся
(после протекания потерь) предварительное на-
пряжение в напрягаемой арматуре; с —
снижение напряжения в арматуре за счет уп-
ругого обжатия; opg, opi? — напряжения в ар-
матуре от постоянной и временной нагрузок;
®bci — установившееся (после протекания
потерь) предварительное напряжение в бето-
не сжатой зоны; o^cg, obcv — напряжения в
бетоне от постоянной и временной нагру-
зок; тар1, тЪ1 — коэффициенты условия ра-
боты для арматуры и бетона, учитывающие
влияние многократно повторяющейся нагруз-
ки и зависящие от коэффициентов асимметрии
циклов напряжений р, Rp, Rb —- расчетные
сопротивления напрягаемой арматуры и бе-
тона.
Указанные напряжения определяют
по формулам сопротивления материалов
с учетом приведенных характеристик се-
чения, в которых площади арматуры ум-
ножают на отношение модулей упруго-
сти и бетона п1. На рис. 10.16 показаны
эпюры напряжений в бетоне, соответст-
вующие выражению для оЬс>шах.
Напряжение в бетоне сжатой зоны от
постоянной нагрузки
_ мг •
®bcg ~—Г ~ х »
'red
где Mg — изгибающий момент в рассчиты-
ваемом сечении от постоянных нагрузок без
коэффициентов надежности; Ired — приве-
денный момент инерции сечения; х' — расстоя-
ние от центра тяжести сечения до верхней фиб-
ры.
Напряжение в бетоне от временной на-
грузки obcv определяют аналогичным
образом.
Рис 10 16. Схема к расчету предварительно
напряженной балки на выносливость-
Предварительное напряжение в бето-
не
Лр Орх+Лр ор{
аьс1== ~
ЛрОрхвр—Л^ вр1 е'р ,
Ired
где ЛрОрх и ЛрОрх— усилия предвари-
тельного напряжения, Агеа — приведенная
площадь сечения; ер и е'р — эксцентриситеты
нижней и верхней арматуры относительно
центра тяжести сечения.
Для конструкций с натяжением арма-
туры на бетон берется геометрия сече-
ния, ослабленного каналами для пучков
без учета напрягаемой арматуры.
Напряжение в арматуре от постоян-
ной нагрузки
М'
ор^-------(hQ—xf)nly
hed
где все величины объяснены выше.
Напряжение в арматуре от временной
нагрузки ори определяется аналогичным
образом.
Падение напряжений в арматуре от
упругого обжатия
abP>
где Qbp — предварительное напряжение в
бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой
арматуры.
При расчете балок с одновременным
натяжением арматуры на бетон допус-
скается падение напряжений в этой ар-
матуре не учитывать.
Расчеты на трещино-
стойкость предварительно напря-
женных Элементов железнодорожных мо-
стов проводят в зависимости от катего-
рии требований по трещиностойкости.
Элементы мостов (кроме стенок балок),
армированные напрягаемой проволоч-
89
Рис. 10.17. Схема для расчета балки на тре-
щиностойкость в стадии эксплуатации'
1 — эпюра напряжений от предварительного обжа
тия, 2—эпюра напряжений от вертикальных нагру
ной арматурой всех видов , должны удов-
летворять категории требований по тре-
щиностойкости 2а, при которой растяги-
вающие напряжения в бетоне ограничи-
ваются величиной 0,4 Rbt,ser (появле-
ние трещин не допускается). Здесь
Rbt,ser — расчетное сопротивление бе-
тона осевому растяжению при расчете
по образованию трещин.
При армировании элементов напрягае-
мой стержневой арматурой должна удов-
летворяться категория требований 26,
при которой растягивающие напряжения
в бетоне ограничиваются величиной
1,4 RbtiSer, расчетное значение раскры-
тия трещин не должно превышать
0,015 см, а минимальные сжимающие
напряжения (зажатие трещин) при от-
сутствии временной нагрузки должны
быть не менее 0,1 Rb при бетонах класса
ВЗО и не менее 1,6 МПа при бетонах клас-
са В35 и выше.
Стенки предварительно напряженных
балок при расчете на главные напряже-
ния должны удовлетворять категории
требований За, при которой ограничи-
ваются значения главных растягиваю-
щих напряжений, а раскрытие трещин не
должно превышать 0,015 см.
Трещиностой кость изгибаемых балок
в стадии эксплуатации проверяют в за-
висимости от соответствующей категории
требований. Для категории 2а, относя-
щейся к наиболее часто применяемой
проволочной напрягаемой арматуре, об-
разование нормальных к продольной оси
трещин не допускается (за исключением
случая проверки на пропуск по мосту
монтажного крана). Для выполнения
этого условия (рис. 10.17) необходимо,
чтобы нормальные растягивающие на-
пряжения в обжимаемом бетоне не пре-
вышали определенного значения
аЫ1 °Ы (10.13)
Для конструкций с натяжением арма-
туры на упоры в предположении, что
верхняя и нижняя арматура напряжены
одинаково, предварительное напряжение
в бетоне
° pi 0р+^р)
аЬ1 ----л-----
аР1(Арер—^'ре'р)
Wred
(10.14)
Напряжение от внешних нагрузок
М"
где М" — изгибающий момент от постоян-
ной <и временной нагрузок без коэффициентов
надежности; WTed — момент сопротивления
приведенного сечения для обжимаемой грани.
Подставив ой1 и аЬа в условие (10.13),
можно определить требуемое по условию
трещиностойкости минимальное предва-
рительное напряжение в арматуре:
<?Ь!1—0>4Rt>t,ser
(10.15)
Создаваемое при изготовлении эле-
мента предварительное напряжение в ар-
матуре по различным причинам умень-
шается. Потери напряжений должны
учитываться при натяжении, создавае-
мом с соответствующим запасом.
При натяжении арматуры на упоры
(стенды различной конструкции) необ-
ходимо учитывать следующие виды по-
терь предварительного напряжения от:
apfi ~~ усадки бетона;
ар/г — ползучести бетона;
ар/3 — релаксации напряжений в ста-
ли;
Ор/4 —- деформации анкеров;
°р/5 — температурного перепада (раз-
ности температур натянутой
арматуры и стенда);
°р/в — быстронатекающей ползучести.
Значения указанных потерь опреде-
ляют по СНиП 2.05.03-84.
Проверку прочности арматуры в про-
цессе натяжения выполняют после опре-
деления так называемых контролируе-
90
мых напряжений aps, создаваемых на
стенде:
= (Ур1 4“ SeFp/ Шр Rp,
где Rp —• расчетное сопротивление арма-
туры; Шр == 1,1 — коэффициент условий ра-
боты для высокопрочной проволоки.
Сумма потерь значительна и состав-
ляет, как правило, 15—30 % от Rp,
Медленно протекающие потери от усад-
ки и ползучести практически затухают
через 2—3 года эксплуатации.
При натяжении арматуры на бетон
потери Ор/5 исключаются. Здесь необхо-
димо дополнительно учитывать потери
от трения арматуры о стенки каналов при
натяжении ор/7 и деформации обжатия
стыков для конструкций из блоков ор/8.
В балках со стержневой арматурой
минимальное предварительное напряже-
ние ар1 определяют по формуле (10.15),
в которой растягивающие напряжения
принимают равными 1,4 Rbt.ser- В таких
конструкциях, проектируемых по кате-
гории требований 26, ширина раскрытия
нормальных и наклонных трещин
Астр
асг — ~ ф Дсг,
Яр
где Дор — приращение напряжений от
части временной нагрузки в напрягаемой арма-
туре после погашения обжатия бетона; Ер —
модуль упругости арматуры; ф — коэффици-
ент раскрытия трещин, определяемый, как
для балок без предварительного напряжения;
Дсг — предельное раскрытие трещин, равное
0,015 см.
Приращение растягивающего напря-
жения Дор, возникающее после сниже-
ния под временной нагрузкой предвари-
тельно сжимающего напряжения в бето-
не до нуля, можно определить по фор-
муле:
До р=----,
Рр
где obt — растягивающее напряжение в
бетоне на уровне центра тяжести площади рас-
тянутой зоны бетона; рр — коэффициент ар-
мирования, определяемый как отношение пло-
щади продольной арматуры к площади растя-
нутой зоны бетона.
Минимальные сжимающие напряже-
ния в обжимаемом стержневой армату-
рой бетоне, обеспечивающие «зажатие»
поперечных трещин,
^bc,min = ®bi &bt,g ’
где оЬ1 — предварительное напряжение в
бетоне, определяется по формуле (10.14)
0bt,g ““ напряжение в бетоне от собственного
веса.
Предельные величины для obc?raiu при-
ведены выше.
В балках недопустимо образование
продольных трещин, совпадающих с на-
правлением действия нормальных сжи-
мающих напряжений вЬх. В стадии экс-
плуатации для обжимаемой зоны бетона
должна выполняться проверка
Rbmc,2*
где Rbmci2 — расчетное сопротивление
бетона осевому сжатию при расчетах по пре-
дотвращению продольных трещин на стадии
эксплуатации.
Главные растягивающие и сжимающие
напряжения, определяющие трещино-
стойкость стенок напряженных балок,
вычисляют по формуле
±^V(°bx-<’by)4-*4> (Ю.16)
где Gbx — нормальное напряжение в бето-
не вдоль продольной оси от внешней нагруз-
ки и от усилий предварительного напряжения;
— сжимающее напряжение в бетоне,
нормальное к продольной оси элемента, от
напрягаемых хомутов, наклонной арматуры,
местной нагрузки и опорной реакции; —
касательное напряжение в бетоне стенки.
В формулу (10.16) растягивающие на-
пряжения подставляют со знаком «плюс»,
а сжимающие — со знаком «минус».
Предельные значения главных рас-
тягивающих напряжений max owt при-
нимают по СНиП 2.05.03-84 в зависимо-
сти от отношения главных сжимающих
напряжений к расчетному сопротивле-
нию бетона сжатию amc//?b>mc2. При этом
должно выполняться условие ожс <
^b.mc‘2-
Касательные напряжения в бетоне сте-
нок балок также не должны превышать
предельных значений
П = тд + xt < mbfi Rb,Sh,
где Tg—касательные напряжения от попе-
речной силы, возникающей от внешней на-
грузки и предварительного напряжения; —
то же от кручения; mb8 — коэффициент, учи-
тывающий воздействие поперечного обжатия
бетона; Rb, sb — расчетное сопротивление бе-
тона скалыванию при изгибе.
91
Рис 10.18. Схема для расчета балки на тре-
щиностойкость в стадии изготовления:
Расчет стенок напряженных балок на
раскрытие трещин выполняют по фор-
муле
#СГ — Ф &сг,
где о8 — растягивающие напряжения в
поперечной и продольной арматуре стенок;
Е8 — модуль упругости арматуры; ф —
коэффициент раскрытия трещин, опреде-
ляемый, как для стенок балок без предвари-
тельного напряжения, Дсг — предельное рас-
крытие трещин, равное 0,015 см.
Напряжения в арматуре стенок os
определяют, как для балок без предва-
рительного напряжения.
Трещиностойкость балок в стадии из-
готовления (при обжатии напрягаемой
арматурой), а также при транспортиро-
вании и монтаже обеспечивается ограни-
чением возникающих в бетоне растяги-
вающих и сжимающих напряжений. Рас-
смотрим соответствующие расчетные про-
верки на примере простой балки, изго-
товляемой методом натяжения арматуры
на упоры.
При создании предварительного на-
пряжения в бетоне нижняя фибра сжи-
мается, а верхняя обычно растягивается
(рис. 10.18). Напряжения в бетоне сле-
дует определять как для приведенного
сечения без трещин, работающего в уп-
ругой стадии.
В момент создания обжатия бетона
предварительное напряжение в армату-
ре, равное контролируемому, умень-
шится на величину быстроцротекающих
потерь
ИPS1 =- Ops — (0,5сгр/з + ОГр/4 4~ (Jp/5 4- Ору6).
Проверку напряжений в бетоне про-
водят как для внецентренно сжатого
сечения с учетом изгибающего момента
от собственного веса. Для нижней фибры
92
делают проверку против образования
продольных трещин
0psl (^р + ^р) ер)
АТТ Wred ~~
М'
-—^^RbimCl. (Ю.17)
Wred
Верхнюю фибру проверяют против
образования поперечных трещин
Qpsi 0p+^p) Hpsi0p ер—^р ер) .
^red ^red
М'
+ -^<WRbt9ier- (Ю-18)
В формулах (10.17) и (10.18) Rb,mci
расчетное сопротивление бетона осевому сжа-
тию против образования продольных микро-
трещин; Rbt, ser — расчетное сопротивление
осевому растяжению при расчете по образова-
нию трещин, остальные величины пояснены
выше.
Аналогичные проверки выполняют на
случай транспортирования и монтажа.
В соответствующей расчетной схеме,
отличной от эксплуатационной, напря-
жения от собственного веса могут скла-
дываться с предварительными напряже-
ниями. В расчет необходимо вводить
предварительное напряжение в армату-
ре с учетом тех потерь, которые успели
проявиться к моменту транспортирова-
ния и монтажа.
Вертикальные прогибы предвари-
тельно напряженных пролетных строе-
ний от действия подвижной временной
нормативной нагрузки вычисляют ме-
тодами строительной механики с учетом
полного приведенного сечения.
Прогибы при действии подвижной на-
грузки ограничены так же, как и в бал-
ках с ненапрягаемой арматурой.
Глава 11
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАЛЬНЫХ
МОСТАХ
11.1. Характеристика стальных мостов
Стальными называют мосты, главные
пролетные строения которых изготовле-
ны из стали. Опоры их могут быть из бе-
тона, железобетона и других материа-
лов.
Строительные стали обладают высокой
прочностью, пластичностью и ударной
вязкостью. Поэтому стальные мосты име-
ют наибольшие пролеты и надежно ра-
ботают под тяжелыми динамическими
нагрузками. Современные стальные мо-
сты имеют пролеты до 1410 м, а железо-
бетонные — до 305 м. Разработан про-
ект стального моста пролетом 3030 м.
Стальные пролетные строения имеют
различные статические системы и разно-
образные конструктивные формы. Они
легко расчленяются на крупные блоки
или элементы, удобные для изготовле-
ния, перевозки и монтажа. Масса сталь-
ных пролетных строений значительно
меньше соответственных железобетон-
ных, что снижает нагрузку на опоры
мостов, уменьшает транспортные и дру-
гие расходы.
Большим преимуществом стальных мо-
стов является максимальная индуст-
риализация их изготовления на спе-
циальных заводах, применение автомати-
ческой электросварки, высокое качество
и степень заводской готовности конст-
рукций, а также высокий уровень ком-
плексной механизации и малая трудоем-
кость монтажа различными способами,
в любое время года и очень короткие
сроки.
Стальные пролетные строения имеют
длительный срок службы. Они могут
быть сравнительно просто усилены при
увеличении временной подвижной на-
грузки.
Основным недостатком стали является
возможность ее коррозии, поэтому сталь-
ные пролетные строения требуют тща-
тельного содержания и периодической
окраски, чю увеличивает эксплуата-
ционные расходы. Однако применение
антикоррозийных сталей и специальных
покрытий устраняет этот недостаток.
Стальные мосты сооружают на различ-
ных дорогах в районах с любыми клима-
тическими условиями. На железных до-
рогах нашей страны они составляют
более 50 % протяженности всех мостов.
Применение стальных мостов должно
быть обосновано технико-экономически-
ми расчетами. Обычно стальные мосты
экономически целесообразны при боль-
ших пролетах, а в некоторых случаях
и при средних. Применение больших
пролетов сокращает количество опор,
что при высоких опорах и глубоких фун-
даментах существенно снижает объемы
и трудоемкость работ, сокращает про-
должительность и стоимость строитель-
ства мостов.
Главные задачи в области стальных
мостов следующие: снижение расхода
стали, широкое внедрение высокопроч-
ных сталей, укрупнение элементов про-
летных строений на заводах, упрощение
монтажных стыков, дальнейшее совер-
шенствование электросвар ки, техноло-
гии заводского изготовления и монтажа
стальных пролетных строений.
11.2. Материалы стальных мостов
Для конструкций мостов, работаю-
щих на многократно повторяющиеся
тяжелые динамические нагрузки, при-
меняют высококачественные углероди-
стые и низколегированные, мартенов-
ские и конверторные, горячекатаные
стали, удовлетворяющие требованиям
действующих ГОСТов и СНиПов.
Углеродистая сталь —
сплав железа с углеродом и незначитель-
ным количеством примесей, содержащих-
ся в руде. Увеличение углерода повышает
прочность стали, но снижает ее пла-
стичность и свариваемость. Поэтому в мо-
стовых конструкциях применяют мало-
углеродистые стали, содержащие не бо-
лее 0,25 % углерода.
Стали содержат вредные примеси: се-
ру, фосфор и др. Сера уменьшает проч-
ность стали и делает ее краснолом-
ко й — хрупкой при температуре 800—
1000° С, что влечет за собой появление
трещин при сварке. Фосфор резко умень-
шает пластичность и ударную вязкость
стали, делает ее хладнолом-
кой— хрупкой при отрицательных
температурах. В сталях для мостовых
конструкций обычного исполнения со-
держание серы должно быть не более
0,035 % и фосфора также не более
0,035 %, а северного исполнения —
серы не более 0,03 % и фосфора не более
0,025 %.
93
В зависимости от способа выплавки
и степени раскисления стали делятся на
спокойные (сп), полуспокойные (пс) и
кипящие (кп). Спокойные стали облада-
ют более высокой плотностью и однород-
ностью строения, чем полуспокойные и
кипящие. По условиям поставки угле-
родистые стали подразделяются на три
группы: А, Б и В, а по нормируемым по-
казателям качества — на щесть катего-
рий. Например, марка ВСтЗпс5 обозна-
чает углеродистую сталь 3, группы В,
полуспокойной выплавки и 5-й кате-
гории.
Низколегированная сталь —
сплав железа с углеродом и ле-
гирующими добавками (до 2,5 %),
повышающими прочность, но несколько
снижающими пластичность и вязкость
стали. В качестве легирующих добавок
применяют хром (X), кремний (С), ни-
кель (Н), медь (Д), марганец (Г), вана-
дий (Ф) и другие элементы.
В обозначениях марок низколегиро-
ванных сталей, например 15ХСНД, пер-
вые цифры показывают среднее количе-
ство углерода в сотых долях процента,
а буквы — наличие легирующих ком-
понентов, составляющих более 0,3 %.
Цифры за буквами показывают коли-
чество соответствующих легирующих
элементов в процентах.
Низколегированные стали в зависимо-
сти от вида термообработки подразде-
ляются на три категории: 1 — без тер-
мической обработки (сырая); 2 — нор-
мализованная; 3 — термически улуч-
шенная после закалки и высокого от-
пуска. Категорию стали указывают циф-
рой после обозначения марки, например,
10ХСНД-2. Категорию 1 в обозначении
марки стали не указывают, а вместо циф-
ры 3 иногда указывают минимальный
предел текучести стали, например,
15ХСНД-40.
Применение низколегированных ста-
лей обеспечивает снижение расхода ста-
ли на 15—18 % и сметной стоимости про-
летных строений на 12—15 % по срав-
нению с углеродистой сталью.
Марки стали. Мостовые конструкции
изготовляют из сталей различных ма-
рок, отличающихся друг от друга хими-
ческим составом, способом выплавки и
94 s
термообработки, механическими и дру-
гими свойствами.
Для основных несущих элементов про-
летных строений применяют специальные
стали марок 16Д, 15ХСНД и 10ХСНД
1, 2 и 3-й категорий.
Для второстепенных элементов мосто-
вых конструкций применяют стали ма-
рок ВСтЗ, ВСт2, 09Г2С, 10Г2С, 14Г2 и др.
Классы стали. В зависимости от меха-
нической прочности все стали подразде-
ляются на семь классов, которые обоз-
начают буквой С (сталь) и числами, по-
казывающими: в числителе — времен-
ное сопротивление, а в знаменателе —
предел текучести стали (в кН/см2). На-
пример, сталь марки 10ХСНД относит-
ся к классу С52/40.
Кроме того, стали делятся на три
группы: обычной прочнос-
ти — включающие малоуглеродистые
стали класса С 38/23; повышенной
прочности — низколегированные
стали классов С44/29, С46/33 и С52/40, и
высокой прочности — термоу-
прочненные стали классов С60/45,
С70/60 и С85/75.
Выбор марок сталей. Для конструк-
ций мостов применяют различные марки
сталей в зависимости от назначения мо-
ста (железнодорожный или автодорож-
ный), типа исполнения (обычного или
северного), вида элемента (несущий или
второстепенный), способа монтажных
соединений (сваркой или высокопрочны-
ми болтами), вида и толщины проката и
других особенностей.
При выборе марки стали необходимо
учитывать, что для районов с расчетной
минимальной температурой воздуха
Tmin до минус 40 °C включительно при-
меняют конструкции обычного
исполнения, для районов с Tmin
ниже минус 40 °C до минус 50 °C включи-
тельно — северного исполне-
ния А, а для районов с Tmin ниже ми-
нус 50 °C — северного испол-
нения Б. Следует также учитывать,
что с повышением прочности стали стои-
мость ее увеличивается, а расход умень-
шается.
Для несущих элементов сварных про-
летных строений, опор и эксплуата-
ционных обустройств мостов обычного
исполнения с монтажными соединениями
высокопрочными болтами или сваркой
без стыковых вертикальных швов при-
меняют углеродистую сталь марки
16Д и низколегированные стали марок
15ХСНД, 15ХСНД-2, 10ХСНД и
10ХСНД-2; северного исполнения А"—
стали марок 15ХСНД-2 и 10ХСНД-2,
а северного исполнения Б — 10ХСНД-3
и 15ХСНД-40. Для таких же элементов,
но с монтажными сварными стыковыми
вертикальными швами, выполненными
автоматом, для обычного исполнения
применяют стали марок 15ХСНД-2 и
10ХСНД-2, северного исполнения А —
15ХСНД-3 и 10ХСНД-3, а северного ис-
полнения Б — только сталь марки
10ХСНД-3.
Для несущих сварных элементов тро-
туаров, смотровых приспособлений и
мостового полотна обычного исполнения
допускается применение стали марки
ВСтЗспб, а без сварных соединений —
стали марки ВСтЗсп4. При толщине
проката до 10 мм включительно приме-
няют полуспокойную сталь тех же ма-
рок. Для этих же элементов северного
исполнения допускается применение ста-
ли марок 10Г2С1Д-6, 10Г2С1-6,
09Г2СД-6, 09Г2С-6, 09Г2Д-6, 09Г2-6 и
14Г2-6.
Для ограждающих элементов тротуа-
ров и смотровых приспособлений при
обычном и северном исполнении приме-
няют сталь марки ВСтЗпс2, для насти-
лов ходов — СтЗпс2, для заполнения
перил и нерабочих прокладок —
СтЗкп2.
Сортамент стали. Мостовые конструк-
ции изготовляют из листовой и фасон-
ной горячекатаной стали, выпускаемой
металлургическими заводами и удов-
летворяющей требованиям ГОСТов и
СНиПов.
Толстолистовую сталь выпускают
толщиной 4—60 мм, шириной 1250—
2600 мм и длиной до 4200 мм. Широко-
полосная универсальная сталь имеет
толщину 6—60 мм, ширину 200—
1050 мм и длину 5—12 м. Универсальная
сталь не требует продольной резки и
строжки, что снижает стоимость, изго-
товления конструкций.
Угловая равнополочная сталь имеет
полки одинаковой ширины 20—250 мм,
толщиной 3—30'мм и длиной 4—13 м.
Угловая неравнополочная сталь имеет
полки разной ширины 25—250 мм и тол-
щиной 3—20 мм.
Кроме указанных, применяют дву-
тавровую, швеллерную, полосовую,
круглую и другую фасонную сталь.
11.3. Соединения стальных элементов
Стальные элементы современных мо-
стовых конструкций соединяют при из-
готовлении и монтаже электросваркой,
высокопрочными и в отдельных случаях
обычными болтами. В железнодорожных
и совмещенных мостах монтажные свар-
ные и комбинированные болтосварные
соединения допускаются только по сог-
ласованию с МПС.
Заклепочные соединения не приме-
няют в стальных мостах примерно с 70-х
годов настоящего века. Характеристика
клепаных эксплуатируемых стальных
пролетных строений дана в п. 25.1.
Сварные соединения. Стальные детали
мостовых конструкций соединяют сты-
ковыми (рис. 11.1. а) и угловыми
(рис. 11.1,6) швами, выполненными авто-
матической, полуавтоматической или
ручной электросваркой. Листы толщиной
более 30 мм в вертикальном или наклон-
ном положении сваривают электрошла-
ковым способом. Ручную сварку произ-
водят электродами с толстым покрытием
(обмазкой) только в труднодоступных
местах и для потолочных швов. Приме-
нение электросварки снижает расход
стали и трудоемкость изготовления кон-
струкций мостов. Высокая температура
сварки и неравномерный нагрев соеди-
няемых элементов вызывают дополни-
тельные напряжения, коробление эле-
ментов и структурные изменения стали
в зоне швов, что осложняет применение
монтажной сварки.
Расчет прочности сварных
стыковых соединений при центральном
растяжении или сжатии выполняют по
формуле
JV
~ ~ A W у т1 »
f'W
где N — расчетное усилие; tw и lw —
расчетные высота сечения и длина сварного
шва; RWy — расчетное сопротивление стыко.
95
Рис 11.1. Виды соединений стальных элементов
1 — сечение по металлу шва; 2 — сечение по границе сплавления, 3 — контактная плоскость, 4-
поверхность смятия; 5 — сечение среза болта
вого сварного соединения; т — коэффициент
условий работы при расчетах на эксплуата-
ционные нагрузки, равный 0,9
Фрикционные соединения на высоко-
прочных болтах. Эти соединения пере-
дают усилия только силами трения, воз-
никающими по контактным плоскостям
соединяемых деталей вследствие
натяжения высокопрочных болтов
(рис. 11.1, в). Фрикционные соединения
имеют простую конструкцию, сравни-
тельно малую трудоемкость устройства,
меньшую концентрацию напряжений,
лучшую работу на многократно повтор-
ные нагрузки, высокую надежность и
поэтому являются основным видом мон-
тажных соединений стальных мостовых
конструкций.
В стальных мостах применяют высо-
копрочные болты с гайками диаметром
18—27 мм нормальной точности, изго-
товленные из высокопрочной стали марок
40Х, 38ХС и др. с последующим термо-
упрочнением.
Расчетное усилие Qbh,
которое может воспринять каждая по-
верхность трения соединяемых деталей,
стянутых одним высокопрочным болтом
(одним болто-контактом), определяют по
формуле
где р — коэффициент трения, равный 0,35—
0,58 в зависимости от способа очистки кон-
тактных поверхностей; ybb — коэффициент
надежности, равный 1,18—2,51 в зависимости
от числа высокопрочных болтов в соединении
и способа обработки контактных поверхнос-
96
тей; Р — усилие натяжения высокопроч-
ного болта, определяемое по формуле Р —
= RbhAbnmbh\ здесь Rbh = 0,7 Rbun — расчет-
ное сопротивление высокопрочного болта рас-
тяжению; АЬп — площадь сечения болта нет-
то; Ръип — наименьшее временное сопро-
тивление высокопрочного болта разрыву, рав-
ное 1100 МПа для болтов диаметром 16—27 мм,
изготовленных из стали марки 40Х «селект»;
— коэффициент условий работы высоко-
прочных болтов при натяжении, равный 0,95.
Для высокопрочных болтов диаметром
18, 22, 24 и 27 мм в стыках и прикрепле-
ниях основных несущих элементов и
связей, определяющих проектное поло-
жение конструкции, отверстия должны
иметь диаметр соответственно 21, 25, 28
и 30 мм, а в прикреплениях связей, не
определяющих проектное положение
конструкции, стыковых накладок (ры-
бок) поясов продольных балок, тормоз-
ных связей и горизонтальных диафрагм
проезжей части, — соответственно —
23, 28, 30 и 33 мм.
В одном конструктивном элементе при-
нимают все болты одного диаметра, а в
целой конструкции — не более двух
разных диаметров болтов. Полную дли-
ну высокопрочных болтов определяют
из условия, чтобы верх гайки после за-
тяжки находился ниже границы фаски
стержня болта.
Соединения на обычных болтах. Для
соединения элементов мостового полот-
на, тротуаров, перил, смотровых при-
способлений и других подобных элемен-
тов пролетных строений и опор, а также
для крепления опорных частей приме-
няют обычные болты повышенной
(d0 — d = 0,44-0,6 мм), нормаль-
ной и г р у б о й (d0 — d^ 24-5 мм)
точности, где d0 — диаметр отверстия;
d — диаметр стержня болта (рис. 11.1, г).
В этих соединениях усилия передают-
ся стержнями болтов, вызывая в них
напряжения среза и смятия.
Расчетное усилие Nb, ко-
торое может воспринять один обычный
болт, определяют по формулам на:
срез Nb = Rbsmbl Ans;
смятие Nb — Rbp mbl
растяжение Nb = Rbt Abn,
где Rbs, Rbp, Rbt — расчетные сопротивле-
ния стали болта соответственно срезу, смя-
тию и растяжению, принимаемые по СНиПу;
d — диаметр стержня болта; Я, АЬп—пло-
щадь сечения стержня болта соответственно
брутто и нетто, ns — число плоскостей сре-
зов одного болта; S/ — наименьшая суммар-
ная толщина деталей, сминаемых в одном на-
правлении; тЪ1 — коэффициент условий ра-
боты соединения, равный 1,0 для болтов по-
вышенной точности и 0,9 для болтов нормаль-
ной и грубой точности.
Расположение болтов. Высокопрочные
и обычные болты располагают в соеди-
нениях возможно более компактно. При
этом для снижения концентрации напря-
жений в деталях с отверстиями и для
предотвращения выгиба сжатых листо-
вых деталей, проникновения воды в зону
контактов и появления коррозии рас-
стояния между центрами болтов долж-
ны быть: а) минимальное в любом на-
правлении для высокопрочных болтов —
2,5 d и обычных болтов — 3 d; б) макси-
мальное в любом направлении в крайних
рядах при растяжении и сжатии в ли-
стах — Id или 16t в уголках —
160 мм; в) максимальное в средних ря-
дах: поперек усилия при растяжении и
сжатии — 24 /, вдоль усилия при растя-
жении — 24 t и сжатии — 161. Расстоя-
ния от центра болта до края элемента:
а) минимальное вдоль усилия и по диа-
гонали — 1,5 d; б) то же, поперек уси-
лия — при кромках после механической
обработки — 1,5d, при кромках про-
катных или после газовой резки методом
смыв — процесс и с кислородной заве-
сой — 1,3 d; в) максимальное — St или
120 мм. Здесь d — номинальный диа-
метр болта: t — толщина наиболее тон-
кой детали, расположенной снаружи
пакета
4 Зак 1048
11.4. Основные виды
стальных пролетных строений
Основные части пролетных строений.
Стальные пролетные строения мостов
состоят из следующих частей: 1) проез-
жей части (мостового полотна, продоль-
ных и поперечных балок); 2) главных не-
сущих элементов (балок, арок, ферм и
др.); 3) продольных и поперечных свя-
зей между главными несущими элемента-
ми; 4) смотровых приспособлений
(рис. 11.2).
Мостовое полотно предназ-
начено для движения транспортных
средств и пешеходов. Железнодорожное
мостовое полотно бывает безбалластным
и с балластрм. Безбалластное полотно
состоит из путевых рельсов и контр-
уголков или контррельсов, прикреплен-
ных к деревянным или металлическим
поперечинам, к железобетонным или
стальным плитам. Тротуары с перилами
устраивают обычно на металлических
кронштейнах (рис. 11.2, а). Мостовое
полотно с ездой на балласте состоит из
рельсов, контруголков, шпал и балласта,
уложенного в железобетонное или сталь-
ное корыто с тротуарами и перилами.
Мостовое полотно располагают на глав-
ных несущих элементах (см. рис. 11.2, а)
или на продольных балках проезжей час-
ти (рис. 11.2, б).
Продольные и попереч-
ные балки проезжей части устраи-
вают в пролетных строениях с ездой по-
низу (см. рис. 11.2, б), а также с ездой
поверху при значительных (более 2,5 м)
расстояниях между осями главных не-
сущих элементов поперек пути. Продоль-
ные балки прикрепляют к поперечным,
а поперечные балки — к главным несу-
щим элементам пролетных строений.
Таким образом балки проезжей части
воспринимают временную подвижную на-
грузку от мостового полотна и передают
ее главным несущим элементам.
Главные несущие элемен-
т ы пролетных строений представляют
собой балки, фермы, рамы, арки и дру-
гие конструкции различных статических
систем. Они перекрывают пространство
между опорами моста, воспринимают
временную подвижную и постоянную на-
97
грузки от проезжей части и передают их
опорам.
Продольные и попереч-
ные связи устраивают между глав-
ными несущими элементами. Продоль-
ные связи располагают обычно в плоско-
стях'верхнего и нижнего поясов главных
элементов (см. рис. 11.2). Связи обеспе-
чивают пролетным строениям простран-
ственную неизменяемость, жесткость и
устойчивость.
Смотровые приспособ-
ления представляют собой лестницы,
трапы с перилами, катучие тележки,
подъемные люльки и другие устройства
для осмотра, очистки, окраски и ремонта
любой части стального ' пролетного
строения.
Основные виды пролетных строений.
Стальные пролетные строения мостов
имеют различные статические системы и
конструкции, способы соединения эле-
ментов, виды мостового полотна и другие
особенности.
По статическим свойст-
вам главных несущих элементов сталь-
ные пролетные строения делятся на ба-
лочные (разрезные, консольные, нераз-
резные), рамные (неразрезные, с наклон-
ными стойками и др.), арочные (трех-,
двухшарнирные и бесшарнирные), ви-
сячие (с гибким кабелем, шарнирной
цепью и др.) и комбинированные (бал-
ка с аркой, балка с кабелем, вантовые
и др.) системы.
По типу конструкции про-
летные строения подразделяются на
сплошностенчатые и сквозные — из ли-
нейных стержней.
По виду металла пролетные
строения бывают из углеродистой или
низколегированной стали, обычного или
северного исполнения и др.
Рис. 11.2 Поперечные разрезы стальных пролетных строений:,
/ — габарит приближения строений; 2 — мостовое полотно; 3 — тротуар с перилами; 4 — главная
балка со сплошной стенкой; 5 — опорная часть; 6 — нижние продольные связи; 7 поперечные
связи; £ —верхние продольные связи; 9- продольные балки' 10 — поперечная балка; // — главная
98
По способу соединения
элементов стальные пролетные строения
делятся на клепаные, сварные и болто-
вые, а также на клепано-сварные и бол-
тосварные, когда элементы изготовляют
на заводах сварными, а на монтаже сое-
диняют заклепками или болтами.
По уровню расположе-
ния проезжей части пролет-
ные строения бывают с ездой поверху
(см. рис. 11.2, а), понизу (см. рис. 11.2, б)
и посередине, а также с двухъярусным
расположением проезжей части. Пролет-
ные строения с ездой поверху, как пра-
вило, имеют меньший расход стали. Кро-
ме того, применение их снижает объем
опор.
По видумост^ового по-
лотна пролетные строения бывают
с ездой по деревянным брусьям, метал-
лическим поперечинам, железобетонной
плите, балласту, стальной ортотропной
плите и др.
Глава 12
КОНСТРУКЦИЯ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
СО СПЛОШНЫМИ БАЛКАМИ
12.1. Общие сведения
Стальные пролетные строения со
сплошными балками состоят из следую-
щих основных частей: мостового полот-
на, главных балок, продольных и попе-
речных связей и смотровых устройств.
Они могут быть с ездой поверху и по-
низу.
МоСтовое полотно пролет-
ных строений со сплошными балками бы-
вает на деревянных или металлических
поперечинах, на железобетонной или
стальной ребристой плите и на балласте.
Главные балки являются ос-
новной несущей частью пролетных
строений. Они могут быть простой разрез-
ной, консольной и неразрезной системы.
В настоящее время применяют сварные
балки из высокопрочных низколегиро-
ванных сталей, двутаврового или короб-
чатого поперечного сечения, постоянной
или переменной высоты.
Главные балки могут быть биме-
таллическими — с поясами из
более прочной стали, чем стенка, ста-
лежелезобетонными — с же-
лезобетонной плитой, объединенной со
сжатыми поясами стальных балок, а так-
же предварительно напря-
женными— с обжатыми растяну-
тыми поясами балок стальными тросами
или пучками из высокопрочной проволо-
ки. Такие главные балки имеют меньший
расход стали, но более сложную техноло-
гию изготовления и монтажа.
Продольные и попереч-
ные связи между главными балками
обеспечивают пространственную работу,
неизменяемость и жесткость пролетных
строений. Продольные связи восприни-
мают горизонтальные поперечные на-
грузки от ветра и ударов подвижного
состава. Кроме того, продольные связи,
расположенные в плоскости сжатых по-
ясов, уменьшают свободную длину и по-
вышают устойчивость поясов. Попереч-
ные связи обеспечивают распределение
нагрузок между главными балками.
В настоящее время пролетные строе-
ния со сплошными балками применяют
в железнодорожных мостах для пролетов
от 18 до 55 м, а сталежелезобетонные —
до 88 м. Пролетные строения с ездой по-
верху пролетами до 33,6 м изготовляют
одноблочными цельноперевозимыми а
больших пролетов — крупноблочными.
Эти пролетные строения имеют простую
конструкцию, низкие трудоемкость и
стоимость изготовления, малую продол-
жительность монтажа и высокие эксплуа-
тационные качества.
12.2. Пролетные строения
с ездой поверху на деревянных
поперечинах
Современные железнодорожные одно-
путные пролетные строения с ездой по-
верху на деревянных поперечинах имеют
две сварные главные байки двутаврового
сечения, объединенные продольными и
поперечными связями (рис. 12.1).
Мостовое полотно на де-
ревянных поперечинах
(рис. 12.2) обеспечивает безопасное и
плавное движение поездов с высокими
99
Рис. 12.1. Пролетное строение с ездой поверху на деревянных поперечинах*
продоль
скоростями, а также проход колес под-
вижного состава в случае схода их
с рельсов.
Поперечины или мостовые брусья из-
готовляют из древесины сосны, листвен-
ницы и других пород, пропитанных ан-
Рис. 12 2. Мостовое полотно на деревянных
тисешиком. Размеры сечения брусьев
принимают в зависимости от расстояния
между осями балок. Так, например, при
расстояниях до 2 м включительно при-
меняют брусья сечением 20 X 24 см,
а при расстояниях 2,3—2,5 м — сече-
нием 24 X 30 см. Длина брусьев
3,25 м. Мостовые брусья укладывают не-
посредственно на пояса балок с расстоя-
ниями в свету между брусьями не менее
10 и не более 15 см. Расположение брусь-
ев с меньшими расстояниями в свету
затрудняет проветривание и смену бру-
сьев, очистку и окраску поясов балок.
При больших расстояниях между брусья-
ми колеса, сошедшие с рельсов, будут
совершать резкие удары, которые могут
вызвать сдвиг и излом брусьев, круше-
ние поезда на мосту.
Для предотвращения смещения бру-
сьев поперек оси моста и создания
строительного подъема рельсовому пути
в нижних плоскостях брусьев делают
врубки глубиной не менее 1 и не более
3 см. Каждый брус притягивают к верх-
ним поясам балок лапчатыми болтами
100
диаметром 22 мм. Для препятствия про-
дольному смещению (угону) брусьев
вдоль оси моста укладывают с наружной
стороны путевых рельсов противоугон-
ные или охранные уголки сечением
160 + 100 X 14 мм и прикрепляют их
к каждому брусу двумя путевыми шуру-
пами. Кроме того, брусья прикрепляют
болтами к противоугонным упорам из
уголков с вертикальной полкой не менее
120 мм, расположенным на верхних по-
ясах балок не реже чем через 5 м.
На мостах длиной выше 25 м и на всех
мостах, расположенных на кривых ра-
диусом менее 1000 м, для удержания на
мосту сошедшего с рельсов подвижного
состава с внутренней стороны путевых
рельсов укладывают контруголки сече-
нием 160 х 16 мм и прикрепляют их
также к каждому брусу двумя путевыми
шурупами.
На мостах длиной более 25 м или вы-
сотой более 5 м, а также на всех мостах
в пределах станций и на путепроводах
пролетные строения имеют раздельные
тротуары из железобетонных плит на
стальных консолях с перилами. Консоли
делают из угловой стали и прикрепляют
высокопрочными болтами к вертикаль-
ным ребрам жесткости главных балок.
Для удобства осмотра мостового полот-
на и смены брусьев тротуары распола-
гают в пониженном уровне. На длинных
местах для укрытия людей устраивают
на удлиненных консолях площадки-убе-
жища шириной не менее 1 м; располага-
ют их в шахматном порядке через 25 м.
По оси пути на мостовых брусьях
устраивают настил из двух досок сече-
нием 20 X 3 см.
Главные балки (рис. 12.3)
имеют сварные двутавровые сечения вы-
сотой, равной 1/11 — V13 их расчетного
пролета.
Высота балки влияет на соотношение
масс поясов и стенки: чем больше высота
балки, тем меньше масса ее поясов и
больше масса стенки. Оптимальную вы-
соту балки определяют из условий ми-
нимального расхода стали, прочности и
вертикального прогиба и с учетом усло-
вий изготовления, перевозки и монтажа
балки.
Пояса балок имеют ширину не
менее 240 мм по условию прочности
Рис 12 3 Конструкция сварной главной балки
древесины брусьев на смятие и не более
20 t и 600 мм по условию местной устой-
чивости сжатого пояса, где t — толщина
пояса. Ширина растянутых поясов не
ограничена. Пояса состоят из одного
листа толщиной не более 60, 50 и 40 мм
(соответственно в конструкциях обычно-
го, северного А и Б исполнения) или из
двух листов, отличающихся по ширине
не менее чем на 100 мм для удобства на-
ложения продольных сварных швов.
Листы поясов сваривают по длине
«встык». Для экономии стали сечения
поясов уменьшают от середины пролета
к концам балки в соответствии с эпю-
рой моментов. Изменение площади попе-
речного сечения поясов достигается при-
менением листов разной длины, толщины
и ширины. Для уменьшения концентра-
ции напряжений в стыках листов устраи-
вают плавные переходы от одного разме-
ра к другому с уклонами (рис. 12.4).
Стенки стальных балок
назначают толщиной не менее 12 мм и
проверяют расчетом на срез в опорных
сечениях. Для устойчивости против вы-
пучивания стенки укрепляют вертикаль-
ными поперечными, а при большой высо-
те балок — и горизонтальными продоль-
ными ребрами жесткости. Поперечные
ребра жесткости ставят на опорах стен-
ки балки и на расстояниях друг от друга
не более 2 hef и 2 м, где/1е/— высота стен-
ки. Продольное ребро располагают на
расстояниях (0,24-0,25) hPf от сжатого
пояса. Толщину ребер жесткости прини-
мают не менее 10 мм, а ширину — не бо-
лее 15 толщин ребра и не менее +
+ 40 мм. Ребра жесткости приварива-
101
Рис 12 4. Способы изменения площади сечения поясов балок
а — уменыпениеАтиширины, б — то же толщины; в — то же числа листов
ют с обеих сторон стенки балки симмет-
рично сплошными двусторонними шва-
ми. Торцы ребер жесткости приварива-
ют к сжатым поясам, а между торцами
ребер и нижними поясами устанавлива-
ют с тугой посадкой прокладки толщи-
ной 16—20 мм и приваривают их только
к ребрам жесткости.
Расстояние между ося-
ми главных балок поперек оси
пути определяется в основном условием
устойчивости пролетного строения про-
тив опрокидывания и требованием гори-
зонтальной жесткости. Обычно это рас-
стояние принимают не менее V1(, —
а/20 пролета.
Продольные связи распола-
гают в уровнях верхних и нижних поя-
сов балок. Распорки и диагонали связей
выполняют из одиночных уголков и
прикрепляют с помощью уголков и фа-
сонок высокопрочными болтами.
Поперечные связи распола-
гают в оцорных сечениях и между ними.
Рис. 12.5. Смотровые устройства
Элементы связей выполняют также из
одиночных угоЛков и прикрепляют вы-
сокопрочными болтами к уширенным
вертикальным ребрам жесткости. В край-
них поперечных связях вместо нижних
распорок ' устраивают поддомкратные
балки двутаврового сечения.
Смотровые устройства
(рис. 12.5) состоят из вертикальной ле-
стницы с площадкой для спуска на опору
и хода между главными балками на ниж-
них продольных связях. Пролетные
строения северного исполнения, кроме
того, имеют два наружных продольных
хода с перилами.
Типовые пролетные строе-
ния имеют расчетные пролеты 18,2,
23,0; 27,0 и 33,6 м, расстояния меж-
ду осями главных балок 2,0 м. Основные
элементы пролетных строений изготов-
ляют из низколегированных сталей в
обычном и северном исполнении. Важ-
ным преимуществом этих пролетных
строений является максимальная унифи-
кация их элементов и деталей, что сни-
жает трудоемкость и стоимость изготов-
ления. Типовые пролетные строения це-
ликом перевозят по железным дорогам и
устанавливают на опоры консольными
кранами, продольной надвижкой или
другими способами.
12.3. Сталежелезобетонные пролетные
строения
Характерная особенность сталежеле-
зобетонных пролетных строений — же-
сткое прикрепление железобетонной пли-
ты проезжей части к стальным главным
балкам (рис. 12.6), которое включает
плиту в совместную работу с балками,
вызывает сжатие железобетонной плиты
при изгибе балок, что существенно
уменьшает площадь сечения верхних
стальных поясов балок, исключает верх-
ние продольные связи, повышает гори-
зонтальную жесткость пролетных строе-
ний, снижает расход стали на 12-~
18 %.
Сталежелезобетонные пролетные
строения с ездой на балласте имеют хоро-
шие эксплуатационные качества, но бо-
лее высокую стоимость, трудоемкость и
продолжительность монтажа.
Мостовое полотно с ез-
дой на балласте (рис. 12.7) сос-
тоит из путевых рельсов, контруголков,
шпал, балласта и железобетонной плиты
с бортиками, тротуарами и металличес-
кими перилами.
Рельсовый путь укладывают со строи-
тельным подъемом за счет изменения тол-
щины балластного слоя под шпалами.
Рис 12.6. Сталежелезобетонное пролетное строение с ездой на балласте:
нижних
103
135 35 18 1110 57
54 20 J5X 54 £ Л
Рис 12 7 Мостовое полотно с ездой на бал-
При этом расстояние от нижней плоско-
сти шпал до верха защитного слоя на
водораздельных точках должно быть не
менее 20 см.
Преимуществом мостового полотна с
ездой на балласте является однородность
пути на мосту и подходах, которая соз-
дает более благоприятные условия для
движения поездов, упрощает содержание
и ремонт пути, а недостатками — значи-
тельный собственный вес (до 39,2 кН/м
пути), возможность увеличения толщины
балластного слоя и смещения оси пути
относительно оси пролетного строения,
сложность устройства и ремонта гидро-
изоляции и водоотвода, возможность об-
разования льда в балласте.
Железобетонная п.лита
мостового полотна может быть монолит-
ной или сборной. Устройство монолит-
ной плиты требует выполнения на строи-
тельстве мостов опалубочных, арматур-
ных, бетонных и гидроизоляционных ра-
бот, что существенно повышает трудоем-
кость, продолжительность и стоимость
сооружения сталежелезобетонных про-
летных строений, особенно в холодное
время года.
Современные железнодорожные ста-
лежелезобетонные пролетные строения
имеют сборные железобетонные плиты
с поперечными швами. Расчетная ширина
блоков плит 4 м, длина 3 м и толщина
посередине 16—24 см. Для размещения
упоров и закладных деталей, прикреп-
104
ляющих железобетонную плиту к верх-
ним поясам стальных балок, толщину
плиты над балками увеличивают и
устраивают вуты. Плита имеет бортики с
консолями для укладки кабелей и дру-
гих коммуникаций, установки тротуар-
ных плит и прикрепления перил. Плиту
армируют сетками из арматурной стали
класса АП или АШ и хомутами из арма-
туры класса AI. В торцах блоков плиты
делают выпуски арматурных стержней
для соединения блоков между собой.
Блоки изготовляют из бетона марок по
прочности ВЗО или В40 и по морозостой-
кости не менее F300. Для защиты желе-
зобетона от воды внутреннюю поверх-
ность блоков плиты покрывают на заводе
гидроизоляцией с защитным слоем и
устраивают водоотводные трубки
(см. п. 9.2). Габаритные размеры и мон-
тажный вес блоков плиты с изоляцией
позволяют перевозить их по железным
и автомобильным дорогам и устанавли-
вать на место стреловыми кранами.
Железобетонную плиту
прикрепляют к стальным
б а л к а м с помощью гибких анкеров из
арматурных стержней с крюком или пет-
леобразной формы, жесткими упорами
из отрезков уголков с ребрами, из швел-
леров, тавров, труб или полос, а также
высокопрочными болтами (рис. 12.8).
Анкеры и упоры воспринимают сдви-
гающие силы, возникающие при изгибе
сталежелезобетонной балки, а также от
разности температур балки и плиты,
от усадки и ползучести бетона. При-
крепляют их к поясам балок обычно
сваркой, что вызывает нежелательную
концентрацию напряжений в поясах ба-
лок. Объединение железобетонной плиты
с упорами стальных балок осуществляют
заполнением отверстий (окон) в плите
бетоном на быстротвердеющем цементе
с последующим устройством гидроизоля-
ции и защитного слоя, что повышает
трудоемкость, продолжительность и сто-
имость крепления плиты к балкам, осо-
бенно в холодное время года.
В современных железнодорожных про-
летных строениях железобетонные пли-
ты прикрепляют к стальным балкам вы-
сокопрочными (фрикционными) болтами
с помощью стальных закладных деталей.
Этот способ крепления можно выполнять
в любое время года, но он требует допол-
нительного расхода стали, усложняет
изготовление плит.
Закладная деталь (рис. 12.8, ж)
состоит из соединенных сваркой гори-
зонтального листа с отверстиями диа-
метром 28 мм для высокопрочных бо-
лтов диаметром 22 мм, вертикальных
листов и гибких анкеров, закрепляю-
щих деталь в плите. Отверстия в гори-
зонтальном листе детали и верхних поя-
сах балок сверлят по единому шаблону.
Закладную деталь устанавливают в опа-
лубку плиты по кондуктору до бетони-
рования.
После укладки всех блоков плиты и
натяжения высокопрочных болтов на
полное расчетное усилие блоки соеди-
няют между собой сваркой выпусков ар-
матуры и заполнением швов бетоном
с последующим устройством гидроизоля-
ции и защитного слоя. Наличие мокрых
процессов, а также сварочных и гидро-
изоляционных работ осложняет соеди-
нение блоков плиты, особенно в холод-
ное время года. Соединение блоков желе-
зобегонных плит осуществляют также
эпоксидным клеем с обжатием стыков
домкратами.
Стальные балки сталежелезо-
бетонных пролетных строений обычно
имеют сварное двутавровое сечение
(рис. 12.9). Высота балок составляет
V13 — расчетного пролета. Верти-
кальные стенки баЛок имеют толщину
12—14 мм и для устойчивости укреплены
двусторонними вертикальными ребрами
жесткости, а при пролетах 45 м и бо-
лее, — кроме того, продольными ребра-
ми жесткости в сжатой зоне балок. Верх-
ние пояса балок состоят из одного гори-
зонтального листа постоянного сечения
с отверстиями для высокопрочных бол-
тов или жесткими упорами для крепле-
ния железобетонных плит. Нижние поя-
са состоят из одного или двух листов раз-
ной толщины и ширины для уменьшения
площади сечения поясов от середины
пролета к опорам.
Стальные балки длиной 45 м и более
изготовляют крупными блоками, кото-
рые соединяют при монтаже высокопроч-
Рис 12.8 Анкеры и упоры для прикрепления железобетонной плиты к стальной балке.
iOS
2300/Z , 20 3000
Рис. 12.9. Стальные балки, стык и связи сталежелезобетонного пролетного строения
ными болтами с помощью вертикальных и
горизонтальных накладок (см. рис 12.9).
Стальные балки объединяют нижними
продольными и поперечными связями
крестовой системы (см. рис. 12.9). Роль
верхних продольных связей выполняют
железобетонные плиты, а при транспор-
тировании и монтаже балок — верхние
распорки поперечных связей. Нижние
продольные связи располагают в уровне
нижних поясов балок и крепят высоко-
прочными болтами с помощью уголков и
фасонок. В опорных поперечных связях
вместо нижних распорок предусмотрены
домкратные балки.
Типовые сталежелезобе-
тонные пролетные строе-
ния изготовляют из сталей марок
10Г2С1Д и 15ХСНД для обычных и се-
верных условий под один железнодорож-
ный путь с ездой поверху на балласте
пролетами 18,2—55 м.
Конструкции стальных балок, связей
и железобетонных плит максимально
унифицированы, что упрощает изготов-
ление пролетных строений. Стальные
балки пролетных строений 18,2—33,6 м
объединяют связями на заводе и перево-
зят одним блоком, а пролетных строений
45,0—55,0 м — крупными блоками, ко-
торые соединяют на монтаже.
12.4. Коробчатые пролетные строения
Коробчатые пролетные строения сос-
тоят из сварных сплошностенчатых ко-
робчатых балок и мостового пблотна
с ездой на поперечинах, балласте, желе-
зобетонной или стальной плите
(рис. 12.10).
Коробчатые балки имеют за-
мкнутое сечение, состоящее из верхнего
и нижнего горизонтальных листов, уси-
ленных ребрами, и вертикальных или
наклонных стенок с ребрами жесткости.
Высота коробчатых балок составляет
х/12 — 1/je расчетного пролета, шири-
на — не менее х/25 пролета.
Верхние и нижние горизонтальные
листы балок усилены ребрами, приварен-
ными с одной стороны листов на расстоя-
нии 20—60 см друг от друга. Ребра де-
лают из полосовой стали или профилей
с утолщенной кромкой (с головкой), а
также тавровой, угловой или другой
формы (рис. 12.11). Такую конструкцию
называют ортотропной плитой или на-
стилом. Ортотропные плиты обычно де-
лают с продольными ребрами, опертыми
на поперечные балки, прикрепленные
к вертикальным ребрам жесткости сте-
нок. Высоту продольных ребер прини-
мают равной % — 1/10 расстояния между
поперечными ребрами
Рис. 12.10. Коробчатые пролетные строения:
а—с ездой на деревянных поперечинах; б —с ездой на балласте
107
ai
б)
I I I I I
5) ! !
' ф KJ/ ф
б)
Коробчатые пролетные строения не
имеют продольных связей, потому что
их роль выполняют верхняя и нижняя
ребристые плиты балки. Поперечные
связи устраивают из уголков или листов-
диафрагм, располагая их примерно че-
рез 5 м. По торцам балок иногда устраи-
вают сплошные диафрагмы для гермети-
зации внутреннего пространства балок,
что улучшает эксплуатационные каче-
ства коробчатых пролетных строений.
Коробчатые балки имеют повышенную
вертикальную, горизонтальную и осо-
бенно крутильную жесткость.
Мостовое полотно с поперечина-
ми коробчатых пролетных строений
(см. рис. 12.10, а) имеет такую же конст-
рукцию, как у пролетных строений с
двутавровыми балками (см. п. 12.2),
а с ездой на балласте — как у сталежеле-
зобетонных (см. п. 12.3).
Стальное балластное ко-
рыто состоит из верхней ортотропной
плиты коробчатой балки и двух бортовых
блоков, прикрепляемых при монтаже
пролетных строений высокопрочными бо-
лтами к ребрам жесткости стенок балки
(см. рис. 12.10, б). Стальное корыто тре-
бует надежной защиты от коррозии, поэ-
тому внутренние поверхности стальных
листов покрывают эпоксидной смолой,
другими синтетическими материалами
или делают корыто из двухслойных би-
металлических листов, состоящих из
основного слоя (сталь марки 09Г2) и
плакирующего (сталь 12Х18Н10Т). Для
стока воды верхнюю плиту балки дела-
ют с двускатным уклоном 2 %. Воду из
балластного корыта отводят в щель
между ортотропной плитой и бортовыми
блоками по всей длине пролетного строе-
ния.
Перед балластировкой пути щель за-
сыпают крупным щебнем.
Коробчатые пролетные строения с ез-
дой на балласте имеют большую массу
стали, чем сталежелезобетонные.
Мостовое полотно с ез-
дой по стальной плите со-
стоит из путевых рельсов, охранных и
контруголков, прикрепленных непосред-
ственно к ортотропной плите. Тротуары
с перилами устраивают на консолях,
прикрепляемых к ребрам жесткости
стенок балки (рис. 12.12). Применение
такого мостового полотна обеспечивает
уменьшение строительной высоты, про-
стоту отвода воды, возможность механи-
зированной очистки пути, меньшую ин-
тенсивность коррозии верхнего стально-
го листа, доступность осмотру, простоту
смены рельсов.
Коробчатые пролетные строения с не-
посредственным прикреплением рельсов
к стальному листу имеют меньшую массу
стали, чем пролетные строения с ездой
на балласте. Они более технологичны для
заводского изготовления, имеют мень-
шую трудоемкость и продолжительность
монтажа по сравнению со сталежелезо-
бетонными пролетными строениями, об-
ладают повышенной эксплуатационной
надежностью, особенно в суровых север-
ных условиях.
ВНИИ транспортного строительства,
НИИ мостов, Гипротрансмост и Ленги-
протрансмост разработали опытные ко-
робчатые пролетные строения с ездой на
балласте и по стальной плите.
Основные размеры коробчатых пролет-
ных строений приняты одинаковыми с
аналогичными типовыми сталежелезо-
бетонными, что обеспечивает их взаимо-
заменяемость.
Коробчатые балки пролетом до 45 м
включительно изготовляют, перевозят
и устанавливают на опоры целиком.
12.5. Пролетные строения с ездой
понизу
Пролетные строения с ездой понизу
состоят из мостового полотна, балок про-
езжей части, главных балок со сплошной
стенкой, нижних продольных связей
(рис. 12.13).
Расположение проезжей части между
главными балками в уровне нижних поя-
сов существенно уменьшает строитель-
ную высоту пролетных строений, но уве-
личивает расход стали. Применение этих
пролетных строений снижает высоту и
объем насыпей подходов к мосту, но уве-
личивает ширину и объем опор. Обычно
пролетные строения с ездой понизу при-
меняют в исключительных случаях, когда
это диктуется условиями трассы до-
роги.
Характерной особенностью пролетных
строений с ездой понизу является отсут-
ствие верхних продольных связей, вслед-
ствие чего верхние сжатые пояса глав-
ных балок имеют большую свободную
длину. Устойчивость верхних поясов
обеспечивается полурамами, состоящими
из поперечных балок и вертикальных
уголков жесткости стенок главных ба-
лок.
Мостовое полотно пролетных строений
с ездой понизу может быть с ездой на
109
Рис 12.13. Пролетное строение с ездой понизу:
деревянных или металлических попере-
чинах и на железобетонных безбалласт-
ных плитах.
Мостовое полотно с ме-
таллическими поперечи-
нами (рис. 12.14) состоит из путевых
рельсов с креплениями, охранных и
контруголков, металлических поперечин
и тротуарных плит. Металлические попе-
речины изготовляют из швеллеров или
двутавров и укладывают на продольные
балки с расстояниями между осями до
0,5 м. Над поперечными балками между
металлическими поперечинами устанав-
UQ
ливают коротыши из швеллеров, препят-
ствующих провалу колес поезда при схо-
де рельсов. Применение металлических
поперечин увеличивает срок службы мо-
стового полотна, но повышает расход
стали.
Продольные и попереч-
ные балки имеют обычно двутавро-
вые сечения одинаковой высоты. В не-
которых случаях высоту поперечных
балок принимают больше продольных
балок или вместо продольных и попереч-
ных балок применяют ортотропную пли-
ту с непосредственным прикреплением
рельсов к металлическому листу.
Главные балки имеют двутав-
ровое или коробчатое сечение, обладаю-
щее большой жесткостью кручения.Верх-
ние пояса главных балок принимают
широкими для увеличения жесткости в
горизонтальной плоскости. Стенки балок
укрепляют вертикальными уголками же-
сткости с треугольными фасонными ли-
стами (топориками), повышающими же-
сткость узлов полурам, обеспечивающих
устойчивость верхних поясов.
Нижние продольные с в я -
з и обычно состоят из одиночных уголков
(диагоналей), соединяющих нижние поя-
са главных и продольных балок. Роль
распорок связей выполняют поперечные
балки.
Типовые пролетные строе-
ния с ездой понизу разрабо-
таны для обычных и северных усло-
вий. Они имеют пролеты 18,2—33,6 м,
строительную высоту в пролете 0,8 м,
расстояние между осями главных балок
5,6 м, между продольными балками
1,9 м и между поперечными балками 2,0—
2,2 м. Мостовое полотно может быть на
металлических поперечинах или на сбор-
ных железобетонных безбалластных пли-
бах, не включенных в совместную ра-
цоту с продольными балками. Конструк-
тия элементов и размеры пролетных
строений унифицированы. Заводские со-
единения элементов выполняют электро-
сваркой, а монтажные — высокопроч-
ными болтами.
Масса стали этих пролетных строе-
ний примерно в 2,5 раза больше, чем
сталежелезобетонных.
Глава 13
КОНСТРУКЦИЯ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
С БАЛОЧНЫМИ ФЕРМАМИ
13.1. Проезжая часть
Стальные пролетные строения с ба-
лочными фермами состоят из проезжей
части, главных ферм, продольных и по-
перечных связей и смотровых устройств
(рис. 13.1). Проезжая часть может быть
расположена понизу или поверху про-
летного строения. Главные фермы из
линейных элементов имеют различные
очертания поясов и системы решеток.
Конструкция этих пролетных строений
легко поддается унификации и стандар-
тизации. В нашей стране разработаны
типовые пролетные строения с фермами
из высокопрочных низколегированных
сталей и болтосварными соединениями
(см. гл. 11). Их широко применяют на
мостах для средних и больших пролётов
в любых климатических условиях.
Проезжая часть стальных пролетных
строений с фермами состоит из мостово-
го полотна, продольных балок со свя-
зями и поперечных балок.
Мостовое полотно железно-
дорожных пролетных строений с ферма-
ми устраивают на деревянных или метал-
лических поперечинах (см. гл. 12) и на
железобетонных или стальных ребристых
плитах.
Мостовое полотно с же-
лезобетонной безбалласт-
ной плитой состоит из путевых
рельсов, контруголков, железобетонной
плиты, тротуаров и перил (рис. 13.2).
5800/2
*376/2
Рис 13 2 Мостовое полотно с безбалластной железобетонной плитой'
1 — перила, 2 — убежище, 3 — тротуар, 4 — рельс; 5 — контруголок; 6 — железобетонная плита 7—
Железобетонная плита, как правило,
не включена в совместную работу с про-
дольными балками. Она состоит из бло-
ков толщиной 16 см, шириной 3,2 м и
длиной до 3 м обычного или северного
исполнения. Верхние и боковые поверх-
ности плит покрыты гидроизоляцией.
Блоки укладывают на деревянные под-
кладки, расположенные примерно через
0,5 м. Толщину подкладок принимают
в соответствии с профилем верхних поя-
сов балок и кривой строительного подъ-
ема, но не менее 4 см. Блоки прикрепля-
ют к поясам балок высокопрочными
шпильками. Движение поездов можно
открывать без подливки плит раствором.
Плиты подливают цементно-песчаным
или песчано-клеевым раствором в теплое
время года в промежутках между поез-
дами. Слой подливки армируют сетками.
Поперечные швы плит заполняют тио-
коловым герметиком.
Мостовое полотно со
стальной ребристой пли-
той устраивают при совместной работе
балок проезжей части с поясами главных
ферм. Стальной настил образует с про-
дольными балками П-образную конст-
рукцию и заменяет собой продольные
связи между балками. Применение та-
кого мостового полотна снижает массу
проезжей части, но незначительно уве-
личивает расход стали.
Балочную клетку из
продольных и поперечных
балок устраивают в пролетных строе-
ниях с ездой понизу, а также с* ездой
поверху при расстояниях между осями
главных ферм более 2,5 м.
Расположение балок проезжей части
бывает в одном уровне (рис. 13.3, а),
с верхними или нижними поясами про-
дольных и поперечных балок в одной
плоскости (рис. 13.3, б), этажное —
Рис. 13.3. Схемы расположения балок проезжей части.
112
в разных уровнях (рис. 13.3, в). Распо-
ложение балок одинаковой высоты в од-
ном уровне упрощает конструкцию при-
крепления продольных балок к попереч-
ным и обычно применяется в пролетных
строениях с ездой понизу. Расположе-
ние балок с верхними поясами в одной
плоскости усложняет прикрепление про-
дольных балок и применяется при боль-
шой высоте поперечных балок в пролет-
ных строениях большой ширины. Этаж-
ное расположение продольных балок на
поперечных увеличивает строительную
высоту пролетных строений, уменьшает
высоту опор и обычно применяется в про-
летных строениях с ездой поверху.
Продольные (рис. 13.4) и
поперечные (рис. 13.5) б а л -
к и современных пролетных строений
представляют собой сварные двутавры,
состоящие из вертикального листа
(стенки) и двух горизонтальных листов
(поясов). Высота балок составляет х/5 —
1/1 их пролета. Стенки балок имеют
толщину не менее 12 мм. Если толщина
стенки меньше V50 ее высоты, то стенку
укрепляют вертикальными ребрами же-
сткости против потери местно?! устойчи-
вости при изгибе. Ширина сжатого поя-
са должна быть не более 20 толщин поя-
са и не менее 20 мм. Расстояние между
осями продольных балок назначают не
более 1,9 м.
Рис 13.4. Конструкция продольной балки
113
Связи между Продольными балками
устраивают для обеспечения общей устой-
чивости балок и выравнивания их рабо-
ты (прогибов) под нагрузкой. Продоль-
ные связи располагают в уровне верх-
них поясов балок так, чтобы поперечины
мостового полотна при изгибе не нажи-
мали на них. Поперечные связи разме-
щают на расстояниях не более двух вы-
сот балок. Элементы связей выполняют
из одиночных уголков сечением не менее
80 + 80 X 8 мм и прикрепляют высоко-
прочными болтами. Длина панелей про-
дольных связей, положение вертикаль-
ных ребер жесткости и расстояния между
поперечными связями должны быть вза-
имно увязаны (см. рис. 13.5).
Продольные балки соединяют с попе-
речными фрикционными болтами при
помощи вертикальных уголков сечением
100 + 100 X 12 мм, прикрепляющих
стенки продольных балок к поперечным,
и горизонтальных накладок («рыбок»),
соединяющих пояса продольных балок
(см. рис. 13.4 и 13.5). Если продольные
балки имеют меньшую высоту, чем попе-
речные, то их прикрепляют при помощи
«столика», вертикальных уголков и го-
ризонтальных накладок (рис. 13. 6, а).
При этажном расположении балок про-
езжей части стенки продольных балок
соединяют вертикальными накладками,
а пояса — горизонтальными. Нижние
пояса продольных балок прикрепляют
к верхним поясам поперечных балок бол-
тами. Стенки поперечных балок под про-
дольными усиливают опорными ребрами.
Поперечные балки прикрепляют к
главным фермам высокопрочными бол-
тами при помощи вертикальных уголков
и треугольных фасонок, прикрепленных
к верхним поясам балок. Нижние пояса
поперечных балок прикрепляют к фасон-
кам нижних продольных связей.
Нагрузки от мостового полотна пере-
даются на продольные балки, а затем на
поперечные балки и главные фермы, по-
этому балки работают на изгиб. Кроме
того, деформация поясов главных ферм
вызывает в продольных балках растяже-
ние (при езде понизу) или сжатие (при
езде поверху), а в поперечных балках —
Рис 13.5. Конструкция поперечной балки:
изгиб в горизонтальной плоскости. Бал-
ки проезжей части можно частично вы-
ключить из совместной работы с поясами
главных ферм устройством продольно-
подвижного опирания (разрыва) про-
дольных балок (рис. 13.6, б).
13.2. Главные фермы
Главные фермы стальных пролетных
строений представляют собой плоские
геометрически неизменяемые стержневые
конструкции, состоящие из элементов
нижнего и верхнего поясов и элемен-
тов решетки: раскосов, стоек и подвесок.
Современные главные фермы имеют,
5)
Рис 13.7. Схемы главных ферм
как правило, сварные элементы, соеди-
ненные в узлах высокопрочными бол-
тами. Фермы имеют различные очер-
тания поясов и системы решеток.
Очертание поясов существенно влияет
на распределение и величину усилий в
элементах ферм, определяет конструк-
тивные, технологические и эксплуата-
ционные качества ферм, а также расход
стали, трудоемкость и стоимость изго-
товления и монтажа. Главныефермы име-
ют полигональные или параллельные
пояса.
Фермы с полигональны-
ми поясами при езде понизу
имеют верхний полигональный пояс
(рис. 1 3.7, а), а при езде поверху — ниж-
115
ний (рис. 13.7, б). Эти фермы имеют боль-
шое количество элементов разной длины-
и разных узлов из-за разных наклонов
элементов, что повышает трудоемкость
и стоимость их изготовления и монтажа.
Фермы с параллельными
поясами (рис. 13.7, в. г) имеют боль-
шую на 2—5 % массу стали, чем фермы
с полигональными поясами, но меньшую
трудоемкость и стоимость изготовления и
монтажа благодаря большому количеству
однотипных элементов и узлов. Кро-
ме того, горизонтальный верхний пояс
удобен для перемещения сборочного
крана, что упрощает и сокращает сроки
монтажа пролетных строений. В настоя-
щее время предпочтение отдают фермам
с параллельными поясами.
Решетка ферм состоит из наклонных
элементов — раскосов, работающих на
растяжение и сжатие; вертикальных эле-
ментов — стоек, работающих на сжатие,
и подвесок — на растяжение, а также из
стяжек и распорок для уменьшения сво-
бодной длины элементов. Главные фермы
имеют раскосную, ромбическую, тре-
угольную, шпренгельную и другие ре-
шетки.
Раскосные решетки состо-
ят из нисходящих преимущественно рас-
тянутых раскосов и сжатых стоек
(рис. 13.8, а) или из восходящих пре-
имущественно сжатых раскосов и растя-
нутых подвесок (рис. 13.8, б). Для боль-
ших пролетов применяют полураскос-
ную (рис. 13.8, в) и многораскосную
(рис. 13.8, г) решетки.
Ромбическая решетка со-
стоит из перекрещивающихся раскосов и
одного горизонтального или вертикаль-
ного элемента, обеспечивающего гео-
метрическую неизменяемость фермы
(рис. 13.8, б). Характерная особенность
ромбической решетки состоит в том, что
она имеет крайние средние узлы, образо-
ванные крайними раскосами. Для боль-
ших пролетов применяют ромбические
решетки с полуподвесками (рис. 13.8, е)
и с полуподвесками и полустойками
(рис, 13.8, ж).
Треугольная решетка
состоит из восходящих и нисходящих
раскосов (рис. 13.8, и) со стойками
(рис. 13.8, к) или со стойками и подвес-
ками (рис. 13.8, л), уменьшающими длину
116
панелей ферм. Сложением простых
треугольных решеток можно получить
многорешетчатую (рис. 13, 8, ж), двой-
ную треугольную (двухрешетчатую)
(рис. 13.8, н), крестовую (рис. 13.8, о)
и двойную треугольную с полуподвеска-
ми и полустойками (рис. 13.8, п) ре-
шетки.
Шпренгельная решетка
состоит из основной раскосной
(рис. 13.8, з) или треугольной
(рис. 13.8, р) решетки и шпренге-
лей, расположенных у верхнего
(см. рис. 13.8, з) или нижнего
(см. рис. 13.8, р) поясов.
Кроме указанных, применяют б е з-
раскосные фермы, имеющие
между поясами только вертикальные
элементы — стойки. Неизменяемость
этих ферм обеспечивается жесткими узла-
ми. Элементы их работают на сжатие или
растяжение и на изгиб.
Выбор вида решетки фермы произво-
дят путем сравнения расхода стали, ко-
личества элементов и узлов, трудоемко-
сти, стоимости и других технико-эконо-
мических показателей.
Для главных ферм малых пролетов
наилучшей является простая треуголь-
ная решетка (см. рис. 13.8, и), для сред-
них пролетов (до 110 м включительно) —
треугольная решетка с подвесками и
стойками (см. рис. 13.8, л), которые
уменьшают длину панелей ферм, проле-
ты продольных балок, снижают массу
стали проезжей части, а также сокраща-
ют свободную длину верхних поясов.
Для больших пролетов (более 120 м)
применяют треугольную решетку с под-
весками, стойками и шпренгелями у ниж-
него пояса (см. рис. 13.8, р), позволяю-
щими сохранить оптимальную длину
панелей и угол наклона раскосов при
большой высоте ферм. Для уменьшения
свободной длины верхних сжатых поя-
сов подвески шпренгелей продолжают
до верхних поясов, а для уменьшения
свободной длины стоек и подвесок ста-
вят горизонтальные стяжки.
Основные размеры главной фермы —
расчетный пролет, высота фермы и дли-
на панели.
Расчетный пролет фер-
мы — расстояние между центрами опор-
ных узлов по горизонтали. Для совре-
менных пролетных строений железнодо-
рожных мостов его принимают от 33 до
НО м, кратным 11 м, а также 127,4;
144,8 и 158,4 м. Для возможности уста-
новки пролетных строений на существую-
щие опоры необходимый расчетный про-
лет получают изменением длины край-
них панелей ферм.
Высота главной фермы —
расстояние между осями сечений ниж-
него и верхнего поясов по вертикали.
Ее назначают из условий минимального
расхода стали, требуемой жесткости фер-
мы и габарита приближения конструк-
ций. Высота ферм обычно составляет
1Z5 ~ V? расчетного пролета. В желез-
U)
IW-JM/H ААААЛ/
HXlXlxlxN" "aazawx
А
рсххххх \RXXXAA
Рис 13 8 Схемы решеток ферм
117
подорожных мостах с ездой понизу вы-
соту главных ферм принимают не менее
8,5 м для беспрепятственного движения
транспорта.
Длина панели фермы—
расстояние между центрами соседних
узлов поясов влияет на массу стали глав-
ных ферм, балок проезжей части и связей
между главными фермами. Увеличение
длины панелей уменьшает количество
элементов и узлов фермы, но увеличи-
вает пролеты продольных балок, массу
стали проезжей части. Длину панелей
принимают равной 5,5—И м.
Угол наклона раскосов
влияет на конструкцию узлов фермы.
При значительных" отклонениях угла
наклона раскосов от 45° увеличиваются
размеры узловых фасонных листов и
расход стали. Наивыгоднейший угол
наклона раскосов к горизонтали 40—
50°.
Высота фермы, длина панели и угол
наклона раскосов взаимно связаны. При
увеличении пролета и высоты ферм опти-
мальная длина панели и угол наклона
раскосов достигаются применением под-
весок, стоек и шпренгелей.
Расстояние между осями ферм опреде-
ляется требованиями горизонтальней же-
сткости и устойчивости против опрокиды-
вания пролетного строения, а при езде
понизу — и габаритом приближения
строений. По условию горизонтальной
жесткости расстояние между осями ферм
принимают не менее — V25 пролета
при езде понизу и не менее 1/16 —
пролета при езде поверху; при этом гори-
зонтальные колебания пролетных строе-
ний под проходящими поездами не-
опасны. По условию габаритности для
однопутных железнодорожных пролет-
ных строений с ездой понизу расстояние
между осями ферм должно быть не менее
5 5 м, а для двухпутных — не менее
9,6 м.
Для повышения уровня унификации,
улучшения технологии изготовления и
монтажа, снижения трудоемкости и стои-
мости главные фермы близких пролетов
принимают одинаковой системы, высоты
и панели. Так, например, современные
главные фермы пролетами 88 и ПО м
имеют параллельные пояса, треугольную
118
решетку с подвесками и стойками, оди-
наковые высоту 15 м, длину панелей 11 м
и расстояние между осями ферм 5,8 м.
13.3. Элементы ферм
Элементы главных ферм представляют
собой прямолинейные стержни, воспри-
нимающие большие продольные усилия и
поэтому имеющие значительные площа-
ди поперечного сечения. В современных
пролетных строениях наиболее часто при-
меняют сечения коробчатой и Н-образ-
ной формы, обладающие большой жест-
костью в вертикальной и горизонталь-
ной плоскостях.
Коробчатые сечения сос-
тоят из двух вертикальных и двух гори-
зонтальных листов, жестко соединенных
сварными швами. Вертикальные листы
являются основными и более толстыми,
чем горизонтальные. Коробчатые сече-
ния имеют рациональное распределение
металла, большую жесткость при изгибе
и кручении. Они экономичны по расходу
стали, менее подвержены коррозии, но
сложнее для изготовления.
Элементы поясов ферм бывают короб-
чатого сечения с нижним горизон-
тальным перфорированным листом
(рис. 13.9, а), герметичные — из сплош-'
ных листов (рис. 13.9, б) и с выпусками
верхнего или нижнего горизонтального
листа для прикрепления элементов свя-
зей (рис. 13.9, в, г).
Опорные и промежуточные сжатые рас-
косы бывают также коробчатого сечения
с одним (рис. 13.9, д) или двумя перфори-
рованными листами (рис. 13.9 ж) и
герметичные (рис. 13.9, е).
Для возможности очистки и окраски
внутренних поверхностей элементов и
установки монтажных болтов перфори-
рованные листы имеют овальные отвер-
стия шириной 270 и длиной 600 мм
(рис. 13.9, и).
Коробчатые элементы из сплошных
листов герметизируют установкой по их
концам сплошных поперечных диафрагм
или отгибом и соединением горизон-
тальных листов Срис. 13.10, а) или
уста нов ко й под ковообр аз ны х за гл ушек
(рис. 13.10, б), препятствующих проник-
новению внутрь коробок влаги, снега и
Рис. 13.9. Сечения элементов главной фермы
грязи. Применение герметичных эле-
ментов сокращает площадь окраски эле-
ментов и замедляет коррозию стали, что
снижает эксплуатационные расходы и
увеличивает их срок службы.
Н-о бразные сечения состо-
ят из двух вертикальных и одного гори-
зонтального листа, соединенных сваркой
(рис. 13.9, з). Преимуществом их яв-
ляется простая открытая конструкция,
удобная для изготовления; трудоемкость
их изготовления в 1,35—1,65 раза меньше
коробчатых. Недостатки Н-образных се-
чений состоят в следующем: 1) в возмож-
ности загрязнения и необходимости ча-
стой очистки и окраски горизонтальных
элементов; 2) в опасности быстрой кор-
розии стали из-за скапливающихся в них
воды, снега и грязи, несмотря на дренаж-
ные отверстия в листах диаметром 50 мм;
Рис. 13.10. Герметизация коробчатых элементов:
4 — отверстие
119
3) в непрямом перекрытии стыка верти-
кальными накладками, что ведет к ме-
стным перенапряжениям металла при пе-
реходе усилия из горизонтального листа
в вертикальные накладки и снова в лист;
4) в трудности развития поперечного се-
чения, ограниченного местной устойчи-
востью выступающих вертикальных ли-
стов; 5) в меньшей жесткости относитель-
но горизонтальной оси. Поэтому Н-об-
разные сечения применяют для наклон-
ных и вертикальных элементов, воспри-
нимающих небольшие усилия.
Элементы главных ферм должны быть
прочными и устойчивыми, иметь про-
стую конструкцию, состоящую из ми-
нимального числа деталей и с наимень-
шей длиной сварных швов, удобную для
изготовления, транспортирования и мон-
тажа, а также для осмотра, окраски и
усиления.
Размеры сечений элемен-
тов назначают в соответствии с дейст-
вующими усилиями, маркой стали, тре-
бованиями технологии изготовления,
монтажа и эксплуатации. Высоту сече-
ний элементов обычно принимают не
более х/15 их длины. Ширину сечений
назначают из условия примерно равной
гибкости элемента в плоскости и из пло-
скости фермы. Все элементы фермы долж-
ны иметь одинаковую ширину для про-
стоты соединения их в узлах. Внутрен-
ние размеры коробчатых сечений долж-
ны быть не менее 440 X 460 мм для воз-
можности прохода двухдугового сва-
рочного аппарата. Толщина вертикаль-
ных листов из углеродистой стали долж-
на быть не более 50 мм, а из низколеги-
рованной — не более 40 мм. Горизон-
тальные листы должны иметь толщину
не менее 10 мм. Соотношения между тол-
щиной и шириной листов должны удов-
летворять требованиям норм проектиро-
вания мостов, гарантирующим местную
устойчивость сечений элементов.
13.4. Узлы главных ферм
Узлы ферм представляют собой сое-
динения концов элементов, оси которых
сходятся в одной точке — центре узла
(рис. 13.11, а). К узлам ферм также при-
Рис. 13.11 Виды узлов главной фермы:
а —нижние (Н), верхние (В) и средние (С) узлы ферм с различными решетками; б — с фасонка
ми-накладками; а —с фасонками-вставками, г —с фасонками-приставками;
/—узловой фасонный лист; 2 — стыковая накладка
120
Рис. 13.12. Сетка расположения отверстий для
монтажных болтов на узловом фасонном
листе
Рис 13 13 Конструкция узла главной фермы
крепляют поперечные балки и элементы
связей.
Концы элементов ферм соединяют при
помощи фасонных листов: фасонок-на-
кладок, охватывающих концы элементов
(рис. 13.11, б), фасонок-вставок, заме-
няющих в узле вертикальные листы эле-
ментов и со стыками поясов вне узла
(рис. 13.11, в) и фасонок-приставок, при-
крепленных к поясам ферм (рис. 13.11, г).
В современных фермах применяют фа-
сонки-накладки с монтажным стыком
элементов поясов в центре узла, что
упрощает заводское изготовление эле-
ментов, позволяет собирать фермы лю-
бым способом и в любом направлении,
сокращает количество монтажных вы-
сокопрочных болтов.
Фасонка должна быть простой формы,
без входящих углов, минимальных раз-
меров и толщиной не менее 12 мм.
Для снижения трудоемкости и повыше-
ния качества изготовления форму и раз-
меры узловых фасонных листов и стыко-
вых накладок, а также расположение
отверстий для монтажных болтов унифи-
цируют, что дает возможность применять
одинаковые кондукторы-шаблоны, обес-
печивающие высокую точность и взаимо-
заменяемость деталей (рис. 13.12).
Конструкция узлов ферм должна быть
простой и удобной для монтажа, без ще-
лей и узких мест, где может скапливать-
ся вода и грязь и которые трудно очи-
щать и окрашивать.
Пример узла болтосварной фермы
современной конструкции показан на
рис. 13.13. В этом узле сходятся элемен-
ты нижнего пояса, раскосы и стойка фер-
мы, а также поперечная балка и диагона-
ли связей. Геометрические оси фермы
совмещены с серединами высот элемен-
тов. Несовпадение осей, проходящих че-
рез центры тяжести сечений элементов
с центром узла (эксцентриситет), не
должно превышать 1,5 % высоты сече-
ний для ограничения моментов, изги-
бающих элементы. Стык элементов поя-
сов перекрыт фасонками-накладками,
вертикальными наружными и внутрен-
ними накладками и нижней горизонталь-
ной накладкой. Площадь всех накладок
принимают больше площади сечения
элемента не менее чем на 11 %. В связи
с разной толщиной вертикальных листов
122
элементов поясов в стыке поставлены
прокладки толщиной, равной разности
толщин вертикальных листов. Раскосы и
стойки прикреплены к фасонкам-на-
кладкам. Для уменьшения размеров фа-
сонных листов концы раскосов распола-
гают возможно ближе к центру узла.
Для получения фасонок простой формы
допускается незначительное изменение
расположения монтажных болтов. При
этом крайние поперечные ряды болтов
рекомендуется размещать с максималь-
ным расстоянием между их центрами.
Расстояния между центрами болтов,
прикрепляющих стойку, приняты равны-
ми расстояниям между центрами болтов,
прикрепляющих поперечную балку.
Центры тяжести полей монтажных бол-
тов, расположенных на концах элемен-
тов, должны лежать на линиях центров
тяжести сечений элементов. В узле уста-
новлена горизонтальная фасонка-при-
ставка для прикрепления поперечной
балки и диагоналей продольных связей
между главными фермами.
Аналогичную конструкцию имеют вер-
хние и другие узлы фермы.
13.5. Связи между фермами
Главные фермы стальных пролетных
строений соединяют в плоскостях верх-
них и нижних поясов продольными свя-
зями, а в плоскостях раскосов, подвесок
или стоек — поперечными связями
(см. рис. 13.1).
Продольные связи представляют со-
бой фермы, поясами которых являются
пояса главных ферм.
Решетка связей может быть
треугольной, ромбической, крестовой,
полураскосной и другой системы. Тре-
угольная решетка (рис. 13.14, а) имеет
простую конструкцию, но при сжатии
(растяжении) поясов вызывает изгиб их
в плоскости ферм. Ромбическая решетка
(рис. 13.14, б) при расположении распо-
рок в узлах главных ферм вдвое умень-
шает свободную длину элементов поя-
сов из плоскости ферм, но также являет-
ся причиной изгиба поясов. Лучшей яв-
ляется крестовая решетка (рис. 13.14, в),
в которой изгибу поясов при их деформа-
ции препятствуют распорки или попереч-
ные балки. Полураскосную (рис. 13.14, г)
и двойную треугольную с распорками
(рис. 13.14, 5) системы продольных свя-
зей применяют в широких, например,
двухпутных пролетных строениях.
Элементы связей устраивают
из прокатных или сварных уголков,
тавров, двутавров или швеллеров
(рис. 13.14, е — и). Форму и размеры се-
чений принимают в зависимости от уси-
лий и свободной длины элементов. При
небольших усилиях и малой длине диа-
гонали связей применяют уголковое или
тавровое сечение, а при больших усили-
ях и длине — двутавровое. Для умень-
шения свободной длины диагонали свя-
зей прикрепляют к поясам продольных
балок или к нижним фасонкам попереч-
ных связей между продольными балками.
Тормозные рамы устраивают
в железнодорожных пролетных строе-
ниях с продольными балками, не соеди-
ненными с продольными связями глав-
ных ферм. Они передают продольные
тормозные усилия от балок проезжей
части на пояса ферм и далее на непод-
вижные опорные части. Тормозные
рамы располагают посередине пролета
(рис. 13.15, а), а при наличии разрывов
продольных балок — посередине участ-
ка между разрывами продольных балок
(рис. 13.15, б). Рамы образуют из диаго-
налей продольных связей и дополни-
тельных раскосов или из диагоналей
связей и распорок между продольными
балками (см. рис. 13.15, а и б).
Поперечные связи между
главными фермами располагают в вер-
тикальных плоскостях стоек и подвесок
ферм или в наклонных плоскостях про-
межуточных раскосов через 11—12 м.
При малой высоте главных ферм попереч-
ные связи состоят из сплошной распор-
ки с жесткими узлами (рис. 13.16, а) или
стержневых фермочек (рис. 13.16, б).
При большой высоте ферм связи между
верхом габарита приближения строений
и верхними поясами ферм имеют сквоз-
ное стержневое заполнение крестовой
системы (рис. 13.16, в — б). Пролетные
строения с ездой поверху имеют
поперечные связи крестовой системы
(рис. 13.16, е). Элементы поперечных
связей устраивают из уголков, тавров
или двутавров и прикрепляют к узловым
фасонкам болтами.
Портальные рамы передают
ветровую и другие поперечные нагрузки
Рис. 13.15. Схемы тормозных рам
123
с верхних продольных связей на опоры.
Их располагают по концам пролетных
строений в плоскостях опорных раско-
сов или стоек или первых подвесок глав-
ных ферм и устраивают сплошной или
крестовой системы (см. рис. 13.16).
13.6. Типовые пролетные строения
Современные типовые пролетные строе-
ния с балочно-разрезными фермами из-
готовляют из низколегированных сталей
для обычных и северных условий. Глав-
ные фермы их имеют параллельные поя-
са и треугольную решетку с подвес-
ками и стойками при езде понизу
(см. рис. 13.8, л) и только со стойками
при езде поверху (см. рис. 13.8, к}. Поя-
са и сжатые раскосы ферм имеют короб-
чатые сечения, а растянутые раскосы,
подвески и стойки — Н-образные. Ба'л-
ки проезжей части включены в совмест-
ную работу с поясами главных ферм.
Мостовое полотно может быть с ездой
на деревянных поперечинах и безбал-
ластных железобетонных плитах.
Важным преимуществом типовых про-
летных строений с фермами является
высокая степень унификации элементов
и деталей, применение сварных завод-
ских соединений и монтажных соедине-
ний на высокопрочных болтах, что сни-
жает расход стали на 6—10 % и трудо-
емкость изготовления и монтажа на 12—
18 %. Все типовые пролетные строения
допускают сборку их навесным способом.
Типовые пролетные строе-
ния с ездой понизу имеют рас-
124
четные пролеты 33—НО м, кратные
11 м. Они разбиты на три серии: в пер-
вую включены пролетные строения рас-
четными пролетами 33, 44 и 55 м, во
вторую — 66 и 77 м и в третью — 88 и
ПО м. Пролетные строения каждой се-
рии имеют одинаковую высоту главных
ферм, длину панелей и расстояние между
осями ферм, что обеспечивает большое
количество однотипных элементов глав-
ных ферм, связей и балок проезжей
части.
Типовые пролетные строе-
ния с ездой поверху име-
ют расчетные пролеты 44, 55 и 66 м.
Они имеют одинаковую длину панелей и
расстояние между осями главных ферм,
а пролетные строения 44 и 55 м — оди-
наковую высоту главных ферм, что обес-
печивает высокую степень унификации
элементов.
Глава 14
БАЛОЧНО-НЕРАЗРЕЗНЫЕ
И КОНСОЛЬНЫЕ, АРОЧНЫЕ, РАМНЫЕ
И КОМБИНИРОВАННЫЕ ПРОЛЕТНЫЕ
СТРОЕНИЯ
14.1. Балочно-неразрезные и
консольные пролетные строения
Б алочно-не разрез н ые пролетные
строения. Главной несущей частью этих
пролетных строений являются много-
пролетные статически неопределимые
сплошностенчатые балки или стержневые
фермы, опирающиеся на одну шарнирно-
неподвижную опорную часть и две или
более шарнирно-подвижные.
Преимуществами балочно-неразрез-
ных пролетных строений по сравнению
с разрезными являются: 1) меньшая мас-
са стали при больших пролетах; 2) боль-
шая вертикальная и горизонтальная же-
сткость; 3) плавное очертание линии про-
гибов, обеспечивающее высокие скоро-
сти движения транспортных средств и
снижение их динамического воздейст-
вия; 4) уменьшение объема кладки опор,
воспринихмающих центральное верти-
кальное давление; 5) возможность на-
весной сборки без усиления пролетных
строений. Основные недостатки их сле-
дующие: 1) значительные перемещения
конца пролетного строения при измене-
нии температуры, затрудняющие уст-
ройство и содержание сопряжения мос-
тового полотна; 2) увеличение тормозной
силы, а следовательно, и объема опоры,
на которую она передается.
При неравномерных осадках опор в
неразрезных пролетных строениях воз-
никают дополнительные напряжения.
Однако современные методы расчета поз-
воляют определять ожидаемые осадки
опор и учитывать их при проектирова-
нии, а возможность регулирования по-
ложения опорных частей по высоте и
другие способы позволяют создавать оп-
тимальное напряженное состояние, сни-
жать расход стали. Экономическая эф-
фективность балочно-неразрезных про-
летных строений по сравнению с разрез-
ными возрастает с увеличением доли по-
стоянной нагрузки, т. е. с увеличением
длины пролетов.
Пролетные строения с неразрезными
балками. По расходу стали эти пролет-
ные строения экономичнее разрезных
при пролетах более 44 м. Пролеты не-
разрезных балок в целях унификации
конструкции целесообразно принимать
одинаковыми. При трех пролетах и более
крайние пролеты принимают равными
0,7—0,8 среднего, что обеспечивает при-
мерное равенство положительных изги-
бающих моментов во всех пролетах, эко-
номию стали. Однако конкретные усло-
вия проектирования мостов часто приво
дят к значительным отступлениям oi
оптимальной разбивки на пролеты.
Неразрезные балки имеют двутавровые
или коробчатые сечения со стальной
ортотропной или железобетонной пли-
той, включенной в совместную работу со
стальными балками (см. гл. 12).
Высоту балок принимают постоянной
(рис. 14.1, а) или переменной
(рис. 14.1, б), увеличенной над промежу-
точными опорами для восприятия боль-
ших опорных моментов, при этом ниж-
ний пояс может иметь прямолинейный
вут или плавное очертание, что лучше
в архитектурном отношении, но услож-
няет и удорожает изготовление балок
При параллельных поясах высоту ба-
лок принимают равной 1 : 25—1 : 35
большего пролета, а при криволинейном
нижнем поясе высота балок в середине
главного пролета составляет 1 : 40-
1 : 60, а над промежуточными опора-
ми— 1 : 20—1 : 30 большего пролета.
Для железнодорожных мостов разра-
ботаны балочно-неразрезные пролетные
строения с ездой поверху пролетами
п X 45 и 45 + п X 55 + 45 м. Они
имеют унифицированные для всех про-
летов сварные коробчатые сечения с вер-
тикальными стенками постоянной высо-
ты и поясами — ортотропными плита-
ми. Мостовое полотно может быть с ез-
дой на балласте, на деревянных попере-
чинах или с непосредственным прикреп-
лением рельсов к верхней стальной реб-
ристой плите (см. п. 12.4). Для удобства
перевозки неразрезные пролетные строе-
ния расчленены на блоки длиной от
16,5 до 23,5 м; собирают их навесным
способом консольным краном ГЭПК-130
или на насыпи с последующей продоль-
ной надвижкой.
Пролетные строения с неразрезными
фермами. Эти пролетные строения по
сравнению с разрезными имеют меньшую
массу стали при пролетах 100 м и более.
Неразрезные главные фермы обычно
имеют два-три пролета; большее число
пролетов не дает заметной экономии
стали, но значительно увеличивает пе-
ремещения конца фермы и тормозную
силу.
Двухпролетные неразрезные фермы
имеют обычно одинаковые пролеты, в
трехпролетных (для экономии стали)
крайние пролеты равны 0,7—0,8 сред-
него. Для взаимозаменяемости расчет-
ные пролеты неразрезных ферм прини-
мают равными пролетам разрезных
ферм.
Неразрезные фермы могут быть с па-
раллельными поясами (рис. 14.2, а, б) и
полигональным верхним (рис. 14.2, в) или
нижним поясом. Высоту ферм принимают
равной 1 : 8—1 : 10 пролета; при поли-
гональном очертании поясов высоту ферм
над промежуточными опорами увеличи-
вают для уменьшения усилий в поясах.
Неразрезные фермы имеют решетки,
аналогичные разрезным. Длину панелей
во всех пролетах фермы принимают оди-
наковой. В среднем опорном узле жела-
тельно иметь сходящиеся к нему рас-
косы.
Выбор очертания поясов и типа ре-
шетки ферм, видов поперечных сечений
и способов соединения элементов, сис-
темы продольных и поперечных связей,
конструкции и положения проезжей час-
ти и вида мостового полотна балочно-
неразрезных пролетных строений про-
Рис. 14.2. Схемы пролетных строений с неразрезными фермами
/ — верхние продольные связи;- 2 — главная ферма, 3 — портальная ра
связи; 5 — балки проезжей части; 6 — поперечные связи
______1-С_---------------------
2
нижние продольные
Рис 14 3. Схемы балочно-консольных ферм
/—анкерный пролет, 2 — консоль- 3— шарнир; 4 — подвеска, 5—подвесной пролет, 6 — линия
изводят так же, как для разрезных
(см. гл. 13). Вследствие большей гори-
зонтальной жесткости неразрезных про-
летных строений расстояние между ося-
ми главных ферм при прочих равных ус-
ловиях принимают меньше, чем у раз-
резных.
Типовые пролетные
строения с неразрезными
фермами под один железнодорожный
путь с ездой понизу имеют пролеты:
2 X ПО; 2 X 132, ПО + 132 + ИО и
132 + 154 + 132 м, а с ездой поверху —
2 X 55 и 2 X 65 м. Они запроектирова-
ны из термически упрочненной стали
марки 10ХСНД и могут применяться
в обычных и северных условиях.
Пролетные строения с ездой понизу
имеют главные неразрезные фермы с
параллельными поясами, расчетной
высотой 15 м и панелью 11 м
(см. рис. 14.2 а, б). Расстояние между
осями главных ферм В = 5,8 м. Для
пролета I 154 м отношение В : /, рав-
ное 1 : 26,6, является смелым решением.
Элементы и узлы ферм, балки проезжей
части, продольные и поперечные связи
неразрезных пролетных строений при-
няты такими же, как у типовых разрез-
ных (см. гл. 13). Балки проезжей части
включены в совместную работу с пояса-
ми главных ферм. Элементы связей при-
няты таврового и двутаврового сечений
с перфорированной стенкой.
Пролетные строения с ездой поверху
имеют двухпролетные с параллельными
поясами фермы высотой 6,0 м, панелью
5,5 м, расстояние между осями главных
ферм 3,9 м. Балки проезжей части рас-
положены в плоскости верхних поясов
главных ферм и включены в совместную
работу с ними.
Важное преимущество типовых не-
разрезных пролетных строений состоит
в том, что элементы главных ферм и свя-
зей, а также балки проезжей части из-
готовляют на заводах с максимальным
использованием имеющегося оборудова-
ния и кондукторов типовых разрезных
пролетных строений. При этом заводские
соединения выполняют электросваркой,
а монтажные — высокопрочными бол-
тами.
Балочно-консольные пролетные строе-
ния. Главной несущей частью этих про-
летных строений являются многопролет-
ные шарнирные статически определимые
сплошностенчатые балки или фермы.
Они состоят из подвесных и анкерных
пролетных строений с одной или двумя
консолями (рис. 14.3). Пролет, включаю-
щий подвесное пролетное строение и кон-
соли анкерного, называют сборным.
В зависимости от числа консолей у
анкерного пролетного строения
различают одноконсольные
(рис. 14.3,тх) идвухконсольные
(рис. 14.3, б) балочно-консольные про-
летные строения.
127
Рис 14.4 Схемы сопряжения подвесного пролетного строения с консолью
Преимуществами балочно-консоль-
ных пролетных строений являются:
1) меньшая масса стали по сравнению
с балочно-разрезными; 2) отсутствие до-
полнительных напряжений при неравно-
мерной осадке опор; 3) возможность
применения при слабых грунтах;
4) уменьшение объема кладки опор;
5) меньшие длина «температурных про-
летов» (см. рис. 14.3, б) и тормозная сила
по сравнению с неразрезными; 6) воз-
можность навесной сборки без усиления
пролетных строений. Основные недостат-
ки их следующие: 1) пониженная верти-
кальная и горизонтальная жесткость;
2) значительный прогиб конца консолей;
3) наличие перелома линии прогибов
(см. рис. 14.3, а), что увеличивает дина-
мическое воздействие и ограничивает
скорость движения, а также приводит
к расстройству сопряжений подвесных
пролетов с консолями; 4) большое число
сопряжений проезжей части, усложняю-
щих конструкцию и эксплуатацию про-
летного строения.
Конструкция консольных пролетных
строений со сплошными балками анало-
гична неразрезным и отличается только
наличием шарнирных соединений
подвесных пролетов с консолями
(рис. 14.4, а). Консольные балки имеют
двутавровые или коробчатые сечения со
стальной ортотропной или железобетон-
ной плитой постоянной или переменной
высоты.
Пролетные строения с
консольными фермами сос-
128
тоят из проезжей части, главных ферм,
продольных и поперечных связей. Конст-
рукция проезжей части их аналогична
разрезным пролетным строениям
(см. п. 13.2) и расположена поверху,
понизу, посередине или в двух уровнях.
Консольные фермы имеют параллельные
или полигональные пояса и различные
системы решетки (см. гл. 13). Фермы с го-
ризонтальным верхним и полигональ-
ным нижним поясами экономичны по
расходу стали при больших пролетах,
уменьшают высоту промежуточных опор,
удобны для навесной сборки. Длину
крайних пролетов ферм принимают рав-
ной 0,7—0,8 средних, а длину консо-
лей — 0,2—0,4 большого пролета. Вы-
соту ферм над промежуточными опорами
по условию жесткости принимают рав-
ной 0,5—0,7 длины консоли, а в сере-
дине анкерных пролетов — несколько
меньше, чем у разрезных. Прогиб
конца консоли не должен превышать
1 : 250 длины консоли.
Подвесные пролетные строения соеди-
няют с консолями при помощи качающих-
ся подвесок или стоек (рис. 14.4, б), а так-
же обычных опорных частей (рис. 14.4, в)
Конструкция этих сопряжений не долж-
на препятствовать повороту опорных се-
чений обоих концов и продольному пе-
ремещению одного конца подвесного
пролетного строения. Качающиеся под-
вески прикрепляют к узлам ферм
цилиндрическими болтами-шарнирами
(рис. 14.4, б). Для увеличения площади
смятия шарниров толщину узловых фа-
узловых фасонок и концов подвесок уве-
личивают при помощи накладок. Нуле-
вые элементы поясов соединяют с фасон-
ками: при шарнирно-подвижном сопря-
жении ферм — уголками или швеллера-
ми (см. рис. 14.4, б), а при шарнирно-
неподвижном — болтами-шарнирами.
Качающиеся стойки опирают на узлы
ферм с помощью цилиндрических или
сферических подушек. При опирании
верхних или нижних узлов подвесного
пролетного строения на соответствующие
узлы консолей размещают: на одном кон-
це — шарнирно-неподвижные, а на дру-
гом — шарнирно-подвижные опорные
части (рис. 14.4, в).
14.2. Арочные и рамные пролетные
строения
Арочные пролетные строения. Главной
несущей частью этих пролетных строений
являются сплошностенчатые арки или
арочные фермы. Характерная особен-
ность арок состоит в том, что при дей-
ствии вертикальной нагрузки на их
опорах возникают вертикальные и го-
ризонтальные (распор) реакции, благо-
даря которым изгибающие моменты в ар-
ках меньше, чем в аналогичных балках
По статическим свойствам арки разде-
ляются на бесшарнирные (рис. 14.5, а),
двухшарнирные (рис. 14.5, б) и трех-
шарнирные (рис. 14.5, в) с ездой поверху,
понизу, посередине или в двух уровнях.
Бесшарнирные арки имеют наименьшую
массу стали, но при изменении темпера-
туры и перемещениях опорных заделок в
их сечениях возникают дополнительные
напряжения, поэтому бесшарнирные
арки требуют прочных и надежных ос-
нований и фундаментов. Двухшарнирные
арки менее чувствительны к перемеще-
ниям их опорных шарниров, поэтому
они получили наиболее широкое приме-
нение. Трехшарнирные арки статически
определимы и могут применяться при
слабых грунтах. Кроме указанных, при-
меняют многопролетные арочно-нераз-
Рис 14 5 Статические системы арок
5 Зак 1048
резные (рис. 14.5, г) и арочно-консоль-
ные (рис. 14.5, д) пролетные строения,
имеющие меньщий расход стали, чем од-
нопролетные. Арочно-неразрезные про-
летные строения, кроме того, обеспечи-
вают плавное скоростное движение тран-
спортных средств, но требуют регули-
рования положения опорных частей
(см. п. 14.1). Арочно-консольные про-
летные строения имеют сложные сопря-
жения подвесных пролетов с консолями
и вследствие перелома линии прогибов —
повышенное динамическое воздействие
транспортных средств.
Основные преимущества арочных про-
летных строенийДю сравнению с балочно-
разрезными следующие: 1) меньший рас-
ход стали при больших пролетах;
2) большая вертикальная жесткость;
3) лучшие архитектурные качества. Не-
достатки их: 1) сложность унификации и
типизаций криволинейных арочных кон-
струкций; 2) увеличение объема кладки
опор; 3) необходимость устройства более
сложных и дорогих фундаментов, вос-
принимающих, кроме вертикального дав-
ления, горизонтальный распор арок.
Арочные пролетные строения обычно
применяют в городах, а также при
строительстве через большие водотоки
и горные ущелья.
Стальные арочные пролетные строения
состоят из мостового (ездового) полотна,
балок проезжей части, стоек (при езде
поверху) или подвесок (при езде пони-
зу), сплошных арок или арочных ферм,
продольных и поперечных связей
(рис. 14.6, а). Мостовое полотно и балки
проезжей части имеют конструкцию,
подобную балочным пролетным строе-
ниям (см. гл. 12 и 13). Надарочные стой-
ки выполняют двутаврового, коробчато-
го или кольцевого сечения. Вместе с по-
перечными балками проезжей части
стойки образуют рамы с жестким или
шарнирным прикреплением к аркам.
Подвески обычно имеют Н-образное се-
чение. В плоскостях проезжей части и
арок устраивают продольные связи кре-
стовой, полураскосной или другой сис-
темы. Поперечные связи располагают в
плоскостях надарочных стоек или под-
весок.
Конструкция сплошностенчатых арок.
Продольные оси арок со сплошными стен-
ками имеют параболическое, круговое и
другое очертание. При параболическом
очертании нормальное давление в сече-
ниях арки имеет меньший эксцентриси-
тет, вследствие чего снижаются изги-
бающие моменты, уменьшается площадь
сечения арки, сокращается расход стали.
Арки кругового очертания имеют более
простую конструкцию, меныпую тру-
доемкость и стоимость изготовления и
монтажа, но требуют больше стали.
Рис. 14.6. Схема конструкции арочного пролетного строения и формы сечения арок.
6)
Размер стрелы подъема арок сущест-
венно влияет на распор: чем меньше
стрела подъема, тем больше распор арок
и, следовательно, больше объем кладки
опор Пологостью арки называют отно-
шение стрелы подъема к пролету арки.
Оптимальная пологость арок составляет
примерно 1 : 5—1 : 6, не рекомендуется
применять арки пологостью менее
1 : 8—1 : 10, в исключительных
случаях пологость арок достигает
1 : 15—1 : 18.
Арки имеют двутавровые, П-образные,
коробчатые и кольцевые сечения
(рис. 14.6, б), состоящие по возможности
из одиночных толстых листов и в край-
нем случае — из сварных пакетов. Дву-
тавровые сечения применяют для арок
небольших, пролетов. Для очень больших
пролетов применяют коробчатые сече-
ния с продольными диафрагмами. Для
сохранения неизменяемости коробчатых
сечений ставят поперечные диафрагмы с
отверстиями (лазами) для осмотра и ре-
монта арок.
Высоту сплошных арок назначают рав-
ной примерно пролета. Высоту се-
чений принимают постоянной или пере-
менной в соответствии с эпюрой момен-
тов. Арки переменной высоты имеют
меньшую массу стали, но большую тру-
доемкость изготовления.
Расстояние между осями крайних арок
по условию поперечной жесткости долж-
но быть не менее 1/20 пролета.
Конструкция арочных ферм. Наиболее
распространенные двухшарнирные ароч-
5*
ные фермы имеют серповидное
очертание поясов с наибольшей высотой
посередине пролета, постепенно умень-
шающейся к опорным шарнирам
(рис. 14.7, а). Такое очертание поясов
соответствует эпюре моментов и обеспе-
чивает наименьшую массу стадии., но
вследствие разных длин элементов поя-
сов и решетки эти фермы имеют боль-
шую трудоемкость и стоимость изготов
ления.
Арочные фермы с параллель-
ными поясами (рис. 14.7, б) имеют
большее количество однотипных элемен-
тов, что снижает трудоемкость и стои-
мость их изготовления. Фермы с парал-
лельными поясами в средней части и
уменьшающейся высотой на концах
(рис. 14 7, в) имеют средние показатели
между фермами с параллельными пояса-
ми и серповидными. Портальные
арочные фермы (рис. 14.7, г), высота ко-
торых увеличивается от середины проле-
та к опорам, не соответствуют эпюре мо-
ментов, имеют большую массу стали и
трудоемкость изготовления, но удоб-
ны для навесной сборки от опор к се-
редине.
Стрела подъема арочных ферм состав-
ляет от 1/4 до V10 пролета, а высота от
г/14 ДО Vie пролета.
Элементы арочных ферм имеют короб-
чатые и Н-образные сечения, как у ба-
лочных ферм (см. п. 13.4). Узлы ароч-
ных ферм также подобны балочным
(см. п 13.5)
131
Рис 14 8 Схемы рам
1 — стойка, 2 — ригель, 3 — вставка
Рамные пролетные строения. Главной
несущей частью рамных пролетных
строений являются жестко соединенные
в одну систему балки (ригели) со стой-
ками (рис. 14.8). Рамы опирают на фун-
даменты обычно с помощью шарнирных
опорных частей. Непосредственное опи-
рание рам на фундаменты существенно
сокращает объем кладки опор, что сни-
жает трудоемкость и продолжительность
строительства.
Рамные пролетные строения имеют
разнообразную конструкцию Они бы-
вают однопролетными (рис. 14.8, а) и
многопролетными, консольными и не-
разрезными (рис. 14.8, б), с наклонными
стойками или рамно-подкосной си-
стемы.
Рамы небольших пролетов и высоты
имеют ригели и стойки двутаврового се-
чения, а больших пролетов — коробча-
тые сечения (рис. 14.8, в) или фермы
(рис. 14.8, г).
Стальные рамные пролетные строения
применяют в путепроводах, эстакадах и
132
виадуках, перекинутых через горные
ущелья и долины рек.
14.3. Пролетные строения
комбинированных систем
Комбинированными называют пролет-
ные строения, главная несущая часть
которых состоит из нескольких объеди-
ненных простых систем, совместно вос-
принимающих нагрузки, например, из
арки с затяжкой, балки с аркой, балки
с фермой и др. Эти пролетные строения
бывают одно- и многопролетными, не-
разрезными и консольрыми. Они
имеют статически неопределимые, слож-
ные, индивидуальные конструкции
Арка с затяжкой (рис. 14.9, а)
состоит из жесткой сплошной арки
или стержневой арочной фермы с гиб-
кой затяжкой, соединяющей пяты арок
и воспринимающей их распор, благо-
даря чему арки становятся безраспор-
ными, что уменьшает объем кладки и
стоимость опор, особенно при слабых
грунтах. Арки соединены продольными и
поперечными связями в устойчивую про-
странственную конструкцию. Проезжая
часть прикреплена к аркам подвесками.
Балка с гибкой аркой со-
стоит из жесткой сплошностенчатой бал-
ки или фермы и гибкой арки, располо-
женной сверху (рис. 14.9, б) или снизу
балки (рис. 14.9, в). Проезжая часть в
первом случае расположена между бал-
ками, во втором — сверху балки. При
езде понизу распор арок воспринимают
балки жесткости, что уменьшает объем
кладки опор, а при езде поверху — пе-
редается опорам моста. Балки жесткости
обычно имеют двутавровое или коробча-
тое сечение высотой — 1/60 пролета,
а гибкие арки — Н-образное, коробчатое
или кольцевое. Нагрузки в этой системе
распределяются между балкой и аркой
пропорционально их жесткости.
Балка с подкосами
(рис. 14.9, г) состоит из жесткой балки
или фермы и нескольких пар подкосов,
поддерживающих балку или ферму. Бал-
ка работает в основном на изгиб, а под-
косы — на сжатие. Реакции подкосов
передаются на опоры моста. Эта система
имеет такие же показатели, как балка,
усиленная гибкой аркой снизу.
Балки с фермами или фермы
с жестким нижним поясом имеют поли-
гональный верхний пояс (рис. 14.9, д)
или параллельные пояса (рис. 14.9, в).
Жесткая балка позволяет применять
внеузловое прикрепление поперечных
балок, простую треугольную решетку,
оптимальные панели ферм и балок про-
езжей части.
Наиболее перспективной комбиниро-
ванной системой для железнодорожных
мостов является ферма с жестким ниж-
ним поясом. Пример такого цельносвар-
ного пролетного строения, предложен-
ного К. Г. Протасовым, показан на
рис. 14.10. Пролетное строение имеет
большое количество одинаковых эле-
ментов, что упрощает их изготовление.
Нижний жесткий пояс состоит из бло-
ков двутаврового сечения высотой 2 м,
что упрощает перевозку и монтаж.
Многспролетные комбинированные
системы состоят из балочных и арочных
ферм, соединенных в неразрезную или
консольную конструкцию (рис. 14.11, а),
из неразрезных балок с гибкими арками
с ездой посередине (рис. 14.11, б) или
Рис 14 9. Схемы пролетных строений комбинированной системы:
дельными поясами
133
Рис. 14.10. Схема пролетного строения с фермами с жестким нижним поясом:
Г—верхние продольные связи; 2 — портальная рама; 3 — главная ферма; 4 ~ поперечные связи:
5—нижние продольные связи; 6—балки проезжей части
Рис. 14.12. Схемы вантовых и висячих систем:
1 — пилон; 2 — канаты-ванты; 3 — балка жесткости, 4 — цепь; 5 — подвеска;
жесткости; 8 — анкерйая опора
6 — кабель; 7 — ферма
поверху (рис. 14.11, в), а также неразрез-
ных балок, усиленных над опорами полу-
арками-подпругами (рис. 14.11, г) или
фермами (рис. 14.11, б). Эти системы об-
ладают высокой вертикальной жестко-
стью, позволяют регулировать величину
и распределение усилий в элементах,
что обеспечивает экономию стали.
Вантовые и висячие ком-
бинированные системы
представляют собой одно- или много-
пролетные балки или фермы, усиленные
гибкими канатами или цепями. В ванто-
вых системах прямолинейные гибкие ка-
наты — ванты — имеют радиаль-
ное (рис. 14.12, а), веерное
(рис. 14.12, б), параллельное
(рис. 14.12, в) и другое расположение в
одной или двух плоскостях. Висячие сис-
темы имеют свободно висящие кабели
или цепи, концы которых закреплены за
балки (рис. 14.12, г) или анкерные опо-
ры (рис. 14.12, д). Подвески их могут
быть вертикальными или наклонными
для увеличения жесткости системы.
Вантовые и висячие системы бывают
с одним или двумя, вертикальными или
наклонными пилонами в виде П-образ-
ных (см. рис. 14.12, а), А-образных
(см. рис. 14.12, б) и других рам или от-
135
дельно стоящих стоек из стали или желе-
зобетона.
Достоинством вантовых и висячих сис-
тем являются: 1) рациональное исполь-
зование высокопрочных сталей в растя-
нутых элементах; 2) способность пере-
крывать очень большие пролеты; 3) вы-
сокая экономичность конструкций при
больших пролетах; 4) возможность на-
весной сборки; 5) высокие архитектур-
ные качества. Основной недостаток их
состоит в пониженной вертикальной и
горизонтальной жесткости.
Глава 15
РАСЧЕТ СТАЛЬНЫХ МОСТОВ
15 Л- Основные положения расчета
Стальные пролетные строения мостов
имеют пространственную конструкцию
с различными условиями опирания и же-
сткостью узлов. Расчет этой конструк-
ции сложный и обычно выполняется на
ЭВМ (см. п. 2.3). Для упрощения расче-
та пространственную конструкцию про-
летных строений можно расчленять на
отдельные плоские системы и рассчиты-
вать их с учетом совместной работы
с другими.
Расчетную схему каждой
части конструкции принимают в соот-
ветствии с ее проектной геометрической
схемой, условиями опирания и характе-
ром работы под нагрузкой При этом '
строительный подъем и деформации под
нагрузкой, как правило, не учитывают
Расчетные сечения конструкции назна-
чают в местах действия наибольших уси-
лий и моментов, а также в местах измене-
ния формы и размеров сечений.
Нормативные постоянные, вре-
менные подвижные, ветровую и другие
нагрузки, возможные при изготовлении,
перевозке, монтаже и эксплуатации мо-
стов, принимают в наиболее невыгодных
сочетаниях и положениях. При этом
совместно не учитывают действие по-
перечных ударов подвижной нагрузки
с тормозной, а также с ветровой нагруз-
кой.
Расчетные усилия и мо-
мент ы в сечениях элементов пролет-
136
ных строений определяют с учетом со-
ответствующих коэффициентов надеж-
ности по нагрузкам (см. п. 2.3). сочета-
ния нагрузок и динамических коэф-
фициентов, которые при расчете железно-
дорожных стальных мостов вычисляют
по следующим формулам: на прочность
1 + р 1 •+ , но не менее 1,15;
на выносливость 1 + р — 1 + ~
но не менее 1,1, где Z — длина загруже-
ния, м.
Подбор сечений элемен тов
пролетного строения состоит из выбора
рациональной формы сечений, назначе-
ния минимальных размеров и вычисле-
ния геометрических характеристик: пло-
щади сечения брутто А и нетто Лп,
момента сопротивления нетто Wn при
невыгоднейших ослаблениях и др. Сече-
ния элементов подбирают из экономич-
ных профилей проката действующего
сортамента с учетом способов соедине-
ния при изготовлении и монтаже, а так-
же требований унификации и норм про-
ектирования.
Расчеты по первой г р у п ‘
п е предельных состояний предусматри-
вают проверку прочности, выносливос-
ти, общей и местной устойчивости эле-
ментов стальных мостовых конструкций.
При расчете элементов с соединениями
высокопрочными болтами на прочность
принимают сечения нетто, а на выносли-
вость, устойчивость и жесткость — се-
чения брутто.
При расчете на прочность изгибаемых
элементов допускают ограниченное раз-
витие пластических деформаций стали
в сечениях.
Расчеты на устойчивость предусматри-
вают проверку плоской и изгибно-кру-
тильной форм потери устойчивости, а
также стенок и полок элементов. При
расчетах на прочность и устойчивость
недонапряжение не должно превышать
5%.
Расчетные сопротивле-
ния стали установлены СНиПом
в зависимости от марки стали, вида и
толщины проката, нормативного сопро-
тивления стали по пределу текучести
Ryn и временному сопротивлению Run,
а также от вида напряженного состоя-
ния. Расчетные сопротивления проката
определяют по формулам: а) на растяже-
ние, сжатие и изгиб по пределу текуче-
сти Rv == Ryn/Ут', по временному со-
противлению Ru = Run/ym-, б) на сдвиг
^s — 0,58 Rvnlym‘, в) на смятие торцо-
вой поверхности (при наличии пригон-
ки) Rp = Run/ym, где ут — коэф-
фициент надежности по материалу, при-
нимаемый по СНиП. Расчетные сопро-
тивления проката в мегапаскалях,
например, по пределу текучести
для стали 16Д — = 2154-195; марки
15ХСНД — Ry — 2954-285; марок
10ХСНД и 15ХСНД-40 — Rs = 350.
Элементы и соединение в пролетных
строениях и опорах железнодорожных
мостов рассчитывают на эксплуатацион-
ные нагрузки с учетом коэффициента ус-
ловий работы т = 0,9; на нагрузки, воз-
никающие при изготовлении, транспор-
тировании и монтаже, т = 1,0; север-
ного исполнения Б — т -= 0,85.
При расчеге на выносливость элемен-
тов и сварных соединений стальных
конструкций мостов учитывают коэф-
фициент определяемый по формуле
Vw= ^1(а₽±6)-(арт6) р] С * ’ °5'°
где g — коэффициент, равный 1,0 для же-
лезнодорожных мостов; ₽—эффективный коэф-
фициент концентрации напряжений, прини-
маемый по СНиП в зависимости от характери-
стики конструкции и марки стали; v — коэф-
фициент, зависящий от длины загружения!
линии влияния: при ! > 22 м v = 1,0; при
! < 22 м v = v— |! (v и | — коэффициенты,
принимаемые по СНиПу в зависимости от эф-
фективного коэффициента ₽); а и 6 — коэффици-
енты, учитывающие нестационарность режима
нагруженности, принимаемые для стали мар-
ки 16Д ос = 0,64 и 6 == 0,20; для стали
15ХСНД ос = 0,72 и 6 = 0,24; для сталей
10ХСНД и 15ХСНД-40 а =0,81 и б = 0,20;
^min . .
р — ------ — коэффициент асимметрии цикла
атах
переменных напряжений; <rmin и атах —
наименьшее и наибольшее по абсолютному
значению напряжения со своими знаками.
Расчеты по второй груп-
п е предельных состояний выполняют
по формуле / < Д, где / и Д — расчет-
ное и предельное значения деформации
или перемещения.
При выполнении расчетов полученные
результаты анализируют и принятые
конструкции улучшают для достижения
высокой надежности и экономичности
стальных мостов.
15 .2. Расчет сплошных главных балок
Для расчета составляют эскиз конст-
рукции пролетного строения с указа-
нием принятых основных размеров, вида
и класса временной подвижной нагрузки,
марки стали, климатической зоны испол-
нения элементов и других данных, не-
обходимых для расчета.
Расчет пролетного строения со сплош-
ными главными балками включает рас-
четы нестандартных элементов мостово-
го полотна, главных балок, продольных
и поперечных связей, устойчивости про-
тив опрокидывания, прогиба и колеба-
ний. Для пролетных строений с ездой
понизу, а также поверху, имеющих ба-
лочную клетку, кроме того, рассчиты-
вают балки проезжей части.
Расчет главной балки. В зависимости
от числа опор и шарниров главные бал-
ки рассчитывают, как простые (разрез-
ные), консольные или неразрезные бал-
ки (рис. 15.1).
Главную балку рассчитывают на нор-
мативную постоянную нагрузку от соб-
ственного веса мостового полотна gt и
стальной балки со связями g2, а также
на нормативную временную вертикаль-
ную подвижную нагрузку v, в е л и ч и -
н у которой принимают по СНиПу.
Расчетные изгибающие
моменты в сечениях балки вычис-
ляют по следующим формулам:
а) для расчета на прочность
MMVf(gi+&) + х
+v/» (1 +р)
б) для расчета на выносливость
М' = jgi+ga+e ( 1 +-у vm j ftjw;
Q== 1т/ (gi+^l+v/t, (1+и) M й«-
В этих формулах: yf и у/о — коэф-
фициенты надежности по постоянной и
временной нагрузкам; &.м и й0—-площа-
ди линий влияния. Значения осталь-
ных величин указаны выше.
Размеры сечения главной
балки двутавровой, П-образной или ко-
137
Робчатой формы принимают по аналогии
с подобными лучшими конструкциями по
рекомендациям гл. 12 или определяют
по следующим указаниям.
Из условия прочности < Rytn-,
момент сопротивления сечения балки
де7 — "
n v,Rym'
Отсюда, принимая нт — 1, момент
, , Mh
инерции сечения балки I, =
Момент инерции двутаврового сече-
ния (см. рис. 15.1, в) /2 = twhl>/\2 +
+4/i2/2, где Af—площадь сечения
пояса.
Из условия It = /а получим:
Mh h* Afh?
2Ry~ 12 + 2
Отсюда при hw = h площадь сечения
пояса балки:
. М tyy h
f = ~hR^ Г"
Площадь сечения балки Ап = Aw +
+ 2 Af или Ап -= tw hw + 2 —
при hw = h Ап = В +
О / ЧКу и
Из условия минимальной площади
сечения балки
_ 2М । 2tw п
dh h*Ry ‘ 3
высота балки h = ibl/ 7^-;
F twKy
где ф — коэффициент, учитывающий не
равномерность изгибающего момента по дли-
не балки, равный 1,2—1,5. Значения осталь-
ных величин указаны раньше и на рис. 15.1.
Рис 15.1. Расчетные схемы главной балки:
0,1251г
138
горизонтальных листов; б — сечения (/—ZV)
Рис. 15.2. Схема обрыва горизонтальных листов:
а — эпюры расчетных моментов и теоретических длин
балки
Толщину пояса в первом приближении
определяют по формуле tf » У 0,05 Л/,
она должна быть не менее 20 мм и не
более 60, 50 и 40 мм в конструкциях со-
ответственно обычного и северного ис-
полнения А и Б. Если требуемая тол-*
щина пояса превышает указанные вели-
чины, то применяют пояса из двух
листов. Ширину пояса можно опреде-
лять по формуле bf > Af: tf.
Расчет сечений балки
по нормальным напряже-
ниям выполняют по следующим фор-
мулам:
а) на прочность
б) на выносливость
где х — коэффициент, учитывающий ог-
раниченное развитие пластических деформа-
ций в сечении, принимаемый по СНиП; х3=
~ 1,05; Wn —момент сопротивления сечения
нетто, определяемый с учетом эффективной ши-
рины пояса, вычисляемой по СНиП; Ry —
расчетное сопротивление стали; т — ко-
эффициент условной работы; yw — коэффи-
циент, вычисляемый по формуле (15.1).
Расчет на прочность по
касательным напряжени-
ям в сечениях стенки балки при М =
= Мх = Му = 0 выполняют по фор-
муле
где 5 — статический момент полусечения
брутто;
х,= 1,25-0,25 -р—
Tmax,/f
Tmin, if и Tmax, if — значения минимально-
го и максимального касательных напряжений
в сечении стенки, вычисленные в предположе-
нии упругой работы.
Определение мест обры-
ва горизонтальных лис-
тов производят графическим способом
(рис. 15.2). Для этого вычисляют изги-
бающие моменты для расчета на проч-
ность и выносливость в четверти пролета
балки и строят огибающие эпюры момен-
тов. Затем вычисляют предельные изги-
бающие моменты на прочность и выносли-
вость каждой части (стенки и поясных
листов) принятых сечений (7 — IV) бал-
ки (рис. 15.2, б), откладывают их в при-
нятом масштабе, проводят горизонталь-
ные линии и в точках пересечения их
139
с огибающими эпюрами находят места
теоретического обрыва горизонтальных
листов. Наружные листы пакетов поя-
сов, обрываемые в пролете балки, про-
должают за места теоретического обры-
ва на длину, обеспечивающую прикреп-
ление 50 % площади сечения листа.
Расчет сечений в местах
обрыва горизонтальных
листов выполняют по формуле
Ка? + Зтт < Vw Ry т>
где ах — — нормальное напряжение в
проверяемой точке сечения; %т
Qi
— сред-
нее касательное напряжение в стенке балки;
Mi и Qi — расчетные изгибающий момент и
поперечная сила в проверяемом сечении;
Ini — момент инерции проверяемого сечения
нетто; — 1,15. Значения остальных вели-
чин указаны выше.
Рис. 15.3. Схемы для расчета устойчивости
стенки балки:
При этом должны быть выполнены
следующие условия:
Расчет общей устойчи-
вости балки при изгибно-кру-
тильной форме потери устойчивости
сплошностенчатых балок, изгибаемых в
одной плоскости, выполняют по формуле
М
Rytn,
где М — наибольший расчетный изгибаю*
щий момент в пределах расчетной длины ///
сжатого пояса балки; Wc—момент сопротивле-
ния сечения брутто балки для крайнего волок-
на сжатого пояса; 8, коэффициенты, опре-
деляемые по СНиПу в зависимости от марки
стали и гибкости балки из плоскости стенки.
Проверку общей устойчивости раз-
резной балки и сжатой зоны пояса не-
разрезной балки не выполняют в случае,
если сжатый пояс объединен с железобе-
тонной или стальной плитой.
Расчет на устойчивость
стенки балки состоит из провер-
ки устойчивости отдельных прямоуголь-
ных пластинок (отсеков) шириной а,
равной расстоянию между осями по-
перечных ребер жесткости, и высотой
hef, равной расстоянию между осями
поясов балки при отсутствии продоль-
ных ребер (рис. 15.3, а).
Устойчивость отсеков стенки балки,
имеющей только поперечные ребра же-
сткости, проверяют по формуле
]/+ У,(
Г СТ ®У,СТ I лЩЪхУ'Ст)
где ах, Gy и %Ху — расчетные продольное
краевое нормальное, поперечное нормальное и
среднее касательное напряжения в сечении,
расположенном посередине отсека при а
< hef или на расстоянии 0,5 Ае/ от края
отсека при a>hef (рис. 15.3, б, в); ох, сг,
Gy^cr и тХ2Л сг— критические продольное нор-
мальное, поперечное нормальное и касательное
напряжения, вычисляемые по формулам
СНиП в зависимости от марки стали, величи-
ны приведенных напряжений, упругости за-
щемления пластинок, соотношения сторон
отсека и др.; ю* и ft>2 — коэффициенты, при-
нимаемые по СНиП.
Расчет устойчивости стенок балок,
имеющих поперечные и продольные реб-
ра жесткости, выполняют по указаниям
СНиП.
140
Рис. 15.4, Расчетные схемы прикрепления пояса к стенке балки:
а — сварное соединение, б — болтовое соединение
Расчет прикрепления поясов к стенке
балки. Соединения пояса со стенкой и
горизонтальных листов пояса между со-
бой рассчитывают на горизонтальную
сдвигающую силу и вертикальное дав-
ление временной подвижной нагрузки
(рис. 15.4).
Расчет на прочность
сварных соединений угло-
выми швами пояса со стенкой балки
(рис. 15.4, а) выполняют по следующим
формулам:
а) при отсутствии местного вертикаль-
ного давления (нижний пояс балки):
по металлу шва
QS
, J Rwf т’’
nt fl
по металлу границы сплавления
QS
~^r<Rwzm'’
б) при воздействии местного верти-
кального давления (верхний пояс балки):
по металлу шва
по металлу границы сплавления
В этих формулах Q — расчетная попереч-
ная сила; S — статический момент сдвигае-
мой части сечения балки; / — момент инер-
ции сечения брутто; п — количество угловых
швов в сечении; /у, tz — расчетная высота
сечения шва; RWf, Rwz — расчетные со-
противления сварных соединений; т —
~ 0,9 — коэффициент условий работы; g =
Ту, v (1 + р) 2,5 К
= —-----~-------— местное вертикаль-
ное давление временной подвижной нагрузки;
Yyt v — коэффициент надежности по временной
нагрузке при 1 — 3 м; 1 + р —- динамиче-
ский коэффициент при X = 3 м; К — класс
временной подвижной нагрузки; 1^ — длина
распределения нагрузки от колеса подвижного
состава, принимаемая по СНиПу в зависимо-
сти от вида мостового полотна.
Расчет на выносливость
сварных соединений выпол-
няют по формуле
тшах ,lf 0,75т w Ry tn,
где 'Тщах. if — абсолютное наибольшее
скалывающее напряжение при расчете угло-
вых швов на срез; — коэффициент, вычис-
ляемый по формуле (15.1). Значения осталь-
ных величин указаны раньше.
1 Напряжения тюах lf вычисляют по ле-
вой части формул, указанных выше для
расчета соединений на прочность, но
для нагрузок с коэффициентами, при-
нимаемыми при расчетах на выносли-
вость.
Расчет соединений высоко-
прочными болтами пояса со стенкой бал-
ки (рис. 15.4, б) выполняют по формулам:
а) при отсутствии местного вертикаль-
ного давления на пояс
QS
б) при воздействии на пояс местного
вертикального давления
141
где а — шаг поясных болтов; п8 — число
контактов одного болта; Qbh — расчетное
усилие, воспринимаемое одним болтоконтак-
том (см. п. 11.3).
Расчет соединений обыч-
ными болтами пояса со стенкой
выполняют по формулам, указанным
выше для высокопрочных болтов, но
с заменой их правой части величиной
Nb.min т< где Nb, min—меньшее зна-
чение усилия для одного обычного бол-
та (см. п. 11.3).
Расчет стыка балки. Стык горизон-
тальных поясных листов перекрывают
обычно односторонними накладками,
площадь которых должна быть на 11 %
больше площади стыкуемых листов
(рис. 15.5).- Количество высокопрочных
болтов п в горизонтальной накладке
с одной стороны стыка (в полунакладке)
определяют в предположении, что про-
дольное усилие в поясе М/ распределяет-
ся между болтами поровну, отсюда:
IQbh пз гать
где Л4 — расчетный изгибающий момент в
сечении стыка балки; у/ — расстояние от нейт-
ральной оси до центра тяжести сечения пояса;
Af — площадь сечения брутто стыкуемого поя-
са; Qbh — расчетное усилие одного болтокон-
такта; ns — число контактов одного болта;
т = 0,9; тъ = 0,9 — коэффициент условий
работы стыков, перекрытых односторонними
накладками.
Полученное количество болтов раз-
мещают на полунакладках с минималь-
ными расстояниями, указанными в п.
11.3, и уточняют длину накладок.
Стык вертикальной стен-
ки балки перекрывают обычно пар-
ными накладками, суммарная толщина
которых должна быть не меньше толщи-
ны стенки. Этот стык рассчитывают на
изгибающий момент, приходящийся на
вертикальную стенку балки, вычисляе-
мый по формуле
МС=М1С//,
где /с и I —• моменты инерции сечений
стенки и балки.
Усилия, приходящиеся на болты сты-
ка от изгибающего момента, определяют
в предположении, что они изменяются
пропорционально расстояниям от ней-
тральной оси балки до центра болтов
(см. рис. 15.5). При действии в стыке по-
перечной силы Q принимают, что она
распределяется равномерно между все-
ми болтами, установленными с одной
стороны стыка (в полунакладке).
Прочность болтов стыка стенки балки
при совместном действии изгибающего
момента и поперечной силы проверяют
по формуле
где #тах — расстояние от нейтральной
оси балки до центра крайнего болта; yi — то
же до центра каждого болта в полунакладке;
пь — количество болтов в полунакладке.
Расчет на вертикальный прогиб. Мак-
симальный упругий прогиб от статиче-
ской нормативной временной подвижной
вертикальной нагрузки определяют по
следующим формулам:
а) простой балки
5 8У/4
'= 384 Е1 ’
Рис. 15.5. Расчетные схемы стыка балки
142
Рис. 15.6. Расчетные схемы ортотропной плиты
б) неразрезной балки
5^-24 (Мл + Мп)
384£Z
где % — коэффициент временной подвиж-
ной нагрузки; v — эквивалентная времен-
ная вертикальная нагрузка для X = I и а ==
= 0,5; I — пролет балки; А1л и Afn — опор-
ные моменты на левом и правом концах рас-
сматриваемого пролета; EI — жесткость се-
чения балки при изгибе.
Вычисленный вертикальный прогиб не
должен превышать допускаемый для
железнодорожных мостов прогиб
800—1,25/ 600 ’
где I — пролет балки, м.
Расчетный период свободных попереч-
ных колебаний (1 — с) железнодорожных
балочных разрезных пролетных строе-
ний должен быть не более 0,01 I и не
более 1,5.
Расчет ортотропных плит. Для упро-
щения расчета ортотропную плиту до-
пускается условно разделять на отдель-
ные системы: продольные и поперечные
ребра с соответствующими участками
листа настила.
В железнодорожных пролетных строе-
ниях лист настила ортотропной плиты
проезжей части при устройстве пути на
балласте рассчитывают на наибольшие
значения изгибающих моментов над про-
дольными ребрами, определяемые по
формулам:
в зоне под рельсом
Му = — 0, Ьа2;
в зоне по оси пролетного строения
Му = ~-0,08ш2,
где v — нагрузка на единицу длины, при-
нимаемая по СНиПу; а — расстояние между
осями продольных ребер.
Продольные ребра ортотропной плиты
рассчитывают как неразрезные много-
пролетные балки на жестких опорах.
Расчет на прочность эле-
ментов ортотропной плиты выполняют
на суммарные напряжения от совмест-
ной работы плиты с главными балками
пролетного строения (охс, оус, %хус) и
от изгиба ортотропной плиты между глав-
ными балками (охр, аур, чхУр).
Прочность продольного ребра орто-
тропной плиты, расположенной в зоне
отрицательных моментов главных балок,
проверяют в сечении / посередине проле-
та ребра (рис. 15.6, а — точка Л) по
формулам:
№xc+fniXiOxp^Rym:
Охс+охр^Фъ Rynm-
Для железнодорожных мостов коэф-
фициент условий работы т1 ~ 1/х и
проверку по последней формуле не про-
изводят.
При расположении ортотропной плиты
в зоне положительных моментов глав-
ных балок прочность продольного ребра
143
проверяют в опорном сечении II
(см. рис. 15.6, а — точка В) по формуле
К2 ^У т •
Прочность поперечного ребра прове-
ряют в сечении III посередине его про-
лета (рис. 15.6, б — точка С) по формуле
Прочность листа настила проверяют
в точках Bt и Dr (рис. 15.6, в)
по формулам:
У о* + а у++ Зт^ < m3 mRy\
^ху
где Ox~GXc~V т4 ^хр'у <5y~<5yC-Ytn^<5yp\
Хху == TXJ/c + Ххур •
Расчет на устойчивость
элементов ортотропной плиты выпол-
няется на наиболее невыгодную комбина-
цию напряжений от изгиба ортотропной
плиты между главными балками и от
совместной ее работы с главными балка-
ми пролетного строения.
Общую устойчивость ортотропной пли-
ты проверяют по формуле
вхс Фо m >
где фо —коэффициент продольного изги-
ба, принимаемый по СНиПу.
Местную устойчивость листа настила,
полок и стенок ребер ортотропной плиты
(рис. 15.6, г, д) обеспечивают, назначая
отношения их толщины к ширине или
высоте в соответствии с требованиями
СНиП.
Расчет на выносливость ортотропной
плиты выполняют по специальной ме-
тодике.
15.3. Расчет сталежелезобетонных
балок
Сталежелезобетонные балки рассчи-
тывают в соответствии с их статической
схемой, конструкцией и последователь-
ностью монтажа на невыгодные сочета-
ния возможных нагрузок и воздействий
с соответствующими коэффициентами.
Железобетонную плиту проезжей час-
ти рассчитывают поперек оси моста на
прочность, выносливость и трещиностой-
144
кость, как плиту балластного корыта
железобетонных пролетных строений
(см. п. 10.3).
Сталежелезобетонные балки монти-
руют, как правило, в таком порядке:
сначала на опоры моста устанавливают
стальные балки, а затем на них уст-
раивают монолитную или сборную желе-
зобетонную плиту и мостовое полотно.
Поэтому работа сталежелезобетонных ба-
лок под нагрузкой состоит из следующих
двух стадий:
первой — когда постоянные на-
грузки от собственного веса стальной
балки и железобетонной плиты воспри-
нимает только стальная балка;
второй— когда постоянную на-
грузку от мостового полотна и времен-
ную нагрузку от подвижного состава
воспринимает объединенное сечение, со-
стоящее из совместно работающих сталь-
ной балки и железобетонной плиты.
Геометрические характеристики сече-
ния. Для принятого сечения сталежеле-
зобетонной балки (рис. 15.7, а) сначала
определяют площадь поперечного сече-
ния стальной балки Аь и. положение ее
центра тяжести zsl,s = Ss : As, а затем
вычисляют момент инерции Is относи-
тельно оси, проходящей через центр тя-
жести стального сечения, и моменты со-
противления стальной балки:
где — статический момент площади
стального сечения относительно крайней гра-
ни нижнего пояса балки; zsl, s и zs2, s — рас-
стояния от центра тяжести стального сечения
до крайней грани соответственно нижнего и
верхнего поясов.
Площадь поперечного сечения железо-
бетонной плиты Аь и положение ее
центра тяжести вычисляют, принимая
расчетную ширину плиты bst равной
сумме расчетных значений свесов плиты
в обе стороны от оси стальной балки.
Расстояние от центра тяжести сталь-
ного сечения до центра тяжести объеди-
ненного сечения
_____Ab zbs
S,Sfb nt)As-]-Ab
где zbs — расстояние между центрами тя-
жести стальной балки и железобетонной пли-
ты; пь = Est'Eb — коэффициент приведе-
ния, принимаемый по нормам проектирования
Рис. 15 7. Поперечное сечение и эпюры напряжений сталежелезобетонной балки
Момент инерции сталежелезобетонного
сечения, приведенного к стали, относи-
тельно оси, проходящей через его центр
тяжести,
Istb=zh + As^liStb^r
+ _£ь_ 1 г2
пь b’°tb'
где 1Ь — момент инерции сечения железо-
бетонной плиты относительно оси, проходя-
щей через ее центр тяжести; 2b, stb — рассто-
яние между центрами тяжести объединенного
сечения и железобетонной плиты.
Момент сопротивления объединен-
ного приведенного к стали сечения для
железобетонной плиты
TF7 Istb
Wb,stb =------•
zb,stb
Расчет на прочность. Стальные балки
на первой стадии работы проверяют на
прочность по следующим формулам:
J Мг J Mj
°sl==
где Мг — изгибающий момент на первой
стадии работы балки.
Прочность стальных балок, кроме то-
го, проверяют на строительные нагрузки
от монтажного крана и тележки, времен-
ного пути и др.
Сталежелезобетонные балки при воз-
действии положительных изгибающих
моментов, вызывающих сжатие железо-
бетонной плиты, рассчитывают на проч-
ность по одному из следующих случаев.
Случай А (рис. 15.7, б) характери-
зуется упругой работой стальной и же-
лезобетонной частей балки, определяет-
ся условиями ab < mbRb и or< mrRr,
Случай Б (рис. 15.7, в) характеризует-
ся упругой работой стальной балки и
арматуры и пластической работой бето-
на, определяется условиями вь > mbRb
и о < mrRT.
Случай В (рис. 15.7, г) характеризует-
ся упругой работой стальной балки и
пластической работой бетона и армату-
ры, определяется условиями оь > mbRb
и or > mrRr.
Здесь тъ и тТ — коэффициенты усло-
вий работы; Rb и Rr — расчетные сопро-
тивления соответственно бетона и ар-
матуры; напряжение в центре тяжести
сечения бетона
М2
пЬ wb,stb
напряжение в продольной арматуре
М2
°г==---w •
«г wb,stb
В этих формулах Л42 — изгибающий мо-
мент на второй стадии работы сталежелезобе-
тонной балки; пь и пг — коэффициенты при-
ведения; ebi и (Jri — уравновешенные в по-
перечном сталежелезобетонном сечении напря-
жения, возникающие на уровне центра тяже-
сти поперечного сечения бетона от его пол-
зучести, обжатия поперечных швов сборной
плиты, усадки бетона и изменения температу-
ры соответственно в бетоне и продольной ар-
матуре, которые определяют по указаниям
СНиПа.
После определения расчетного случая
прочность сталежелезобетонных сече-
ний проверяют по следующим формулам.
145
В случае А прочность стального ниж-
него пояса балки проверяют по формуле
М Мbr ?bs
^3 ^81,8
прочность стального верхнего пояса
Л4—Vbr zbs
X4^82>s
Nbr
mi mRy-
В случае Б прочность стального ниж-
него пояса проверяют по формуле
NbR. rZbs ^bR, г
^3^81,8 AS
mRy\
прочность стального верхнего пояса
M~-Nbr zbs
^3 ^82,S
У
В случае В прочность стального ниж-
него пояс| проверяют по формуле
стального верхнего пояса — по фор-
муле случая Б;
прочность железобетонной плиты про-
веряют по деформации бетона
& ( M2—’Nbr R2bs ^ыл\
Л.
В этих формулах М = + М2 —
полный расчетный изгибающий момент; Nbr ==
= Abab + Лгог; NbR> r = AbRb + Лгог;
Nbr, R ~ AbRb + ArRr — нормальные си-
лы; Аъ, Ar, As — площади сечения соответст-
венно бетона плиты, продольной ненапря-
гаемой арматуры, стальной балки; zbs — рас-
стояние между центрами тяжести площади
поперечного сечения железобетонной плиты
и стальной балки; х3 и х4 — поправочные
коэффициенты к моментам сопротивления, при-
нимаемые по нормам проектирования; ту= 1 +
। тъ*ъ — Gb Аь
+ ------------- — коэффициент условии ра-
mRy AS2
боты стального верхнего пояса, учитывающий
его разгрузку прилегающим недонапряжен-
ным бетоном, но не более 1,2; k — коэффи-
циент, учитывающий увеличение относитель-
ных деформаций бетона при развитии пласти-
ческих деформаций, определяемый по нормам
проектирования; Wbs = Is: zbs — условный
момент сопротивления на уровне центра тя-
жести бетона; &ь цт = 0,0016 — предельная
(для сталежелезобетонных конструкций) от-
носительная деформация бетона в уровне
центра тяжести его поперечного сечения.
146
Прочность сталежелезобетонной бал-
ки по касательным напряжениям в сталь-
ной стенке проверяют по формуле
44^+
*s *s *stb ‘s
где Qi и Q2 — расчетные поперечные силы
в сечении на первой и второй стадиях работы
балки, Ss и Is — статический момент отсе-
ченной части и момент инерции стального се-
чения балки; SSfb и Istb — то же приведен-
ного к стали объединенного сечения; ts —
толщина стенки; т — коэффициент ус-
ловий работы; Rs — расчетное сопротивле-
ние стали.
Расчеты устойчивости стальной стен-
ки, прикрепления стальных поясов к
стенке, стыков балки, продольных и по-
перечных связей выполняют по п. 15.2.
Расчет на температурные воздействия.
Резкое изменение температуры окружаю-
щего воздуха, а также нагрев сталежеле-
зобетонной балки солнечными лучами
вызывают быстрое изменение темпера-
туры стальной балки и медленное —
железобетонной плиты. Разность тем-
ператур стальной балки и железобетон-
ной плиты создает в них дополнительные
напряжения, которые зависят от разно-
сти температур, размеров сечения балки,
площади нагретой части сечения, коэф-
фициента линейного расширения и моду-
ля упругости материалов.
Пролетные строения со сталежелезо-
бетонными балками со сплошными стен-
ками при езде поверху рассчитывают на
следующие нормативные наибольшие
значения разности температур tn, max
стальной балки и железобетонной
плиты:
а) плюс 30 °C — в случае, когда тем-
пература стали выше, чем железобетона;
б) минус 15 °C — в случае, когда
температура стали ниже, чем железобе-
тона.
Распределение разностей температур
по высоте сечения балки принимают по
криволинейной эпюре и неизменным по
длине балки.
Напряжение в стали и бетоне от тем-
пературных воздействий для статически
определимой сталежелезобетонной бал-
ки с ездой поверху определяют по фор-
муле
/ At Sf \
crt^avy/n.max^ -г---+ — г—v ,
\A$tb,i Jstb t )
где а — Ы0“5 град*"1 — коэффициент
линейного расширения стали и бетона; у/ =
— 1,2— коэффициент надежности по на-
грузке от температурного воздействия; Е —
модуль упругости, соответственно равный
Eb, Est и Ers при определении напряжений в
бетоне, стальной балке и ненапрягаемой арма-
туре; At и St — условные пощадь и стати-
ческий момент нагретой части стального сече-
ния, определяемые по указаниям СНиПа;
Astb,t и Istbit — приведенные к стали пло-
щадь и момент инерции брутто поперечного
сечения сталежелезобетонной балки; z —
расстояние от центра тяжести t до
фибры, где определяют оР
Расчет на выносливость. Сталежелезо-
бетонные балки железнодорожных про-
летных строений с ненапрягаемой арма-
турой в железобетонной плите рассчиты-
вают на выносливость по следующим
формулам:
стального нижнего пояса
стального верхнего пояса
а82= w/ Н J777 4w,S2 Ry’,
^82,8 W s2 sib
бетона плиты
В этих формулах Mlw и M2w — изгибаю-
щие моменты соответственно на первой и вто-
рой стадиях работы от нагрузок, учитываемых
в расчетах на выносливость; IF/, stb — мо-
мент сопротивления нетто сталежелезобетон-
ного сечения для фибры i (si, s2, bf), опреде-
ляемый при коэффициенте приведения бетона
к стали nvkr = Est: Evkr, где Evkr — услов-
ный модуль упругости бетона с учетом его
виброползучести; тЬ1 — коэффициент усло-
вий работы бетона под многократно-повто-
ряющейся нагрузкой. Остальные обозначения
указаны выше.
Железобетонные плиты при совместной
работе со стальными балками рассчитыва-
ют на образование трещин, сопоставляя
предельные значения растягивающих и
сжимающих напряжений в бетоне с на-
пряжениями в крайней фибре бетона сгь/
упругого работающего сталежелезобе-
тонного сечения, вычисленными от экс-
плуатационных нагрузок с учетом не-
упругих деформаций.
Расчет объединения железобетонной
плиты со стальной балкой. Гибкие анке-
ры, жесткие упоры и высокопрочные
болты, прикрепляющие железобетонную
плиту к поясу стальной балки, рассчи-
тывают на продольное сдвигающее уси-
лие SQ, возникающее от поперечных
сил на второй стадии работы сталеже-
лезобетонной балки, и на усилие SN —
от температурных воздействий и усадки
бетона, но без учета ползучести бетона.
Сдвигающее усилие Sz- по шву объеди-
нения железобетонной плиты со сталь-
ной балкой определяют по формуле:
Si = (оы А ь + ari A r) — (ab2 А ъ + аг2 Аг),
где <Jbl и СУЬ2 — напряжения в центре тя-
жести поперечного сечения бетона соответст-
венно в правом и левом сечениях расчетного
участка плиты длиной аг; ог1 и ог2 — напряже-
ния в продольной арматуре в тех же сечениях;
Аь и Аг — площади поперечного сечения со-
ответственно железобетонной плиты и про-
дольной арматуры.
Расчет на вертикальный прогиб и ко-
лебания. Вертикальные прогибы стале-
железобетонных балок, а также переме-
щения для определения периодов коле-
баний вычисляют в предположении упру-
гой работы бетона независимо от зна-
ка возникающих в нем напряжений. Про-
гибы от ползучести бетона определяют,
рассматривая стальную часть сечения
под действием сил abkrAb, приложен-
ных в уровне центра ’ тяжести сечения
бетона.
Строительный подъем пролетных
строений с железобетонной плитой рас-
считывают без учета усадки бетона.
15.4. Расчет балок проезжей части
Продольные и поперечные балки про-
езжей части стальных пролетных строе-
ний представляют собой горизонтальную
плоскую систему перекрещивающихся
балок (балочную клетку), воспринимаю-
щую нагрузки от мостового полотна
(см. п. 13.2).
Под воздействием постоянных и вре-
менных вертикальных и горизонтальных
поперечных и продольных нагрузок бал-
ки проезжей части работают на изгиб
в вертикальной и горизонтальной пло-
скостях, растяжение или сжатие и кру-
чение (рис. 15.8, а, б).
147
Продольные и поперечные балки при
отсутствии конструктивных мер по вклю-
чению их в совместную работу с поясами
главных ферм (рис. 15.8, в, г) допускает-
ся рассчитывать раздельно как простые
(разрезные) балки и только на постоян-
ную и временную подвижную вертикаль-
ную нагрузки. Получающиеся при этом
несколько большие изгибающие моменты
позволяют не учитывать действие гори-
зонтальных нагрузок и влияние поясов
главных ферм
При устройстве специальных гори-
зонтальных диафрагм (рис. 15.8, 5, е)
балки проезжей части рассчитывают сов-
местно с поясами главных ферм. Этот
расчет обычно выполняют на ЭВМ на
наиболее невыгодные сочетания нагрузок
без существенных упрощений и допу-
щений, снижающих достоверность и точ-
ность результатов расчета.
Расчет продольной балки. Продоль-
ные балки проезжей части, не включен-
ные в совместную работу с поясами глав-
ных ферм, рассчитывают как простые
балки пролетом, равным расстоянию
между осями поперечных балок.
Изгибающие моменты в сечении посе-
редине пролета для расчета на прочность
и выносливость, а также расчетную по-
перечную силу в сечении на опоре вы-
числяют по формулам п. 15.2.
Подбор сечения балки и вычисление
геометрических характеристик, расчеты
на прочность и выносливость, на общую
и местную устойчивость, а также при-
крепление пояса к стенке балки выпол-
няют по указаниям п. 15.2.
Расчет поперечной балки. Поперечные
балки проезжей части, не включенные
в совместную работу с поясами главных
ферм, рассчитывают как простые балки
пролетом /, равным расстоянию между
осями ^главных ферм (рис. 15.9, а, б).
Нормативное давление продольных
балок на поперечную определяют в пред-
Рис 15.8 Схемы деформаций балок проезжей части.
148
I)
Рис. 15.9. Расчетные схемы поперечной балки
положении шарнирного прикрепления
продольных балок (рис. 15.9, в) по сле-
дующим формулам:
а) от постоянных нагрузок Dg =
~ glm*
б) от временной вертикальной нагруз-
ки Dv = 0,5 vlm, где g — нормативная
постоянная нагрузка от мостового полот-
на и продольных балок со связями, вы-
численная при расчете продольной бал-
ки; v — интенсивность нормативной эк-
вивалентной временной вертикальной
железнодорожной нагрузки, кН/м пути,
принимаемая по СНиП при К — 2 1т и
а = 0,5; 11П — пролет продольной балки.
Расчетные изгибающие
моменты в сечении I посередине
пролета поперечной балки вычисляют по
формулам:
а) для расчета на прочность
ЛЦ = [у/ Dg+yfv (1 +|1) D„] а+^£--,
б) для расчета на выносливость
Расчетная поперечная
с и л а в сечении 11 на опоре для расчета
на прочность
Qn = T/ Dg+Y/t> U+н) Dv+yfgs= 0,51.
Расчетные усилия в се-
чении 111 в месте прикрепления про-
дольных балок к поперечным вычисляют
по формулам:
а) изгибающий момент
Afin=IV/ Dg+\’fv (1 +р) а+
+ yfgsa(0,5l — а);
б) поперечная сила
Q111 = V/ Dg+V/o (1 + Р) D°+V/ gs (о, 51—а).
В этих формулах коэффициент надежно-
сти по временной нагрузке динамические
коэффициенты и коэффициент временной на-
грузки в вычисляют для длины загружения
X ~ 2 1т; а — расстояние от оси главной
фермы до оси продольной балки; gs — нор-
мативная постоянная нагрузка от собственно-
го веса стальной поперечной балки.
Подбор сечения балки, расчет на проч-
ность и выносливость по нормальным,
касательным и приведенным напряже-
149
Рис 15 10. Расчетные схемы прикрепления балок проезжей части:
ниям на общую и местную устойчивость,
а также прикрепления пояса к стенке
выполняют по указаниям и формулам
п. 15.2.
Расчет прикрепления продольных ба-
лок к поперечным. Соединение
стенок балок проезжей части, не
включенных в совместную работу с поя-
сами главных ферм, условно рассчиты-
вают на расчетную поперечную силу Q
в опорном сечении продольной балки
(рис. 5.10, а).
Требуемое количество высокопрочных
болтов для прикрепления вертикальных
уголков к стенке продольной и попе-
речной п.У балок определяют по формуле:
тЪ Qbh ns
где ть = 0,9 — коэффициент условий ра-
боты прикрепления балок; Q^h — расчетное
усилие одного болтоконтакта (см. п. 11.3);
п8 — число контактов одного высокопрочного
болта, равное 2 для болтов, прикрепляющих
уголки к стенке продольной балки, и 1 — к
стенке поперечной балки.
Соединение поясов про-
дольных балок рассчитывают на
опорный момент, принимаемый равным
0,6 момента посередине пролета продоль-
ной балки.
Расчетное усилие в горизонтальной
накладке
0,6М
h + t
где М — расчетный изгибающий момент
посередине пролета продольной балки; h —
высота продольной балки; t — толщина на-
кладки, принимаемая предварительно рав-
ной 2—3 см.
Требуемая толщина накладки
_______N______
mRymb(bH—2d0) ’
где т = 0,9; ть — коэффициент условий
работы накладок, равный 0,9; Ьн — ширина
накладки, принимаемая на 10 мм больше ши-
рины пояса балки; d0 — диаметр отверстия для
болта.
Требуемое количество высокопрочных
болтов в одной полунакладке
N
п3>—“—, где т = 0,9.
™Qbh
Расчет прикрепления поперечных ба-
лок к главным фермам. Поперечные бал-
ки прикрепляют к узлам ферм верти-
кальными уголками сечением не менее
100 + 100 X 12 мм (рис. 15.10, б).
Требуемое количество высокопрочных
болтов для прикрепления вертикальных
150
уголков к стенке поперечной балки п4
и к главной ферме и5 определяют по
формуле:
Qu
п ,
mb Qbh ns
где Qn — расчетная поперечная сила в
опорном сечении поперечной балки; ть —ко-
эффициент условий работы, равный 0,9 для
болтов, прикрепляющих уголки к поперечной
балке; для болтов, прикрепляющих уголки
к ферме в конструкции, не способной воспри-
нимать опорный момент, тъ = 0,85, а в кон-
струкции, способной воспринимать опорный
момент, ть — 0,9; — расчетное усилие
одного болтоконтакта; ns — число контактов
одного высокопрочного болта, равное 2 для
болтов, прикрепляющих уголки к поперечной
балке, и 1 — к ферме.
Если требуемое количество болтов не
размещается на полках уголков, то при-
нимают уголки с более широкими пол-
ками для двухрядного расположения
болтов или увеличивают длину уголков
с устройством консольных листов
(см. рис. 15.10, б).
15.5. Расчет главных ферм
Расчетная схема. Главные фермы
стальных пролетных строений представ-
ляют собой плоские стержневые конст-
рукции с жесткими узлами. В качестве
расчетной схемы главных ферм прини-
мают их проектные геометрические схемы
с указанием размеров расчетного про-
лета, панели и высоты (рис. 15.11).
Для упрощения расчета жесткие узлы
ферм допускается принимать шарнирны-
ми, если отношение высоты сечения
к длине элементов не превышает г/15 и
при этом сохраняется неизменяемость
конструкции (рис. 15.11, а).
Фермы с жесткими узлами, а также
неразрезные, арочные и другие статиче-
ски неопределимые фермы рассчитыва-
ют, как правило, с помощью ЭВМ
(см. п. 2.3).
Нормативные нагрузки. Главные фер-
мы рассчитывают на постоянные, вре-
менные подвижные и метровую нагрузки.
Нормативную постоян-
ную нагрузку на 1м одной главной
фермы с треугольной решеткой вычис-
ляют по следующим формулам:
а) для расчета элементов поясов и
раскосов решетки
g —0,5 (£мп + £пч +&гф + Всъ +&сп)I
б) для подвесок при езде понизу и
стоек при езде поверху
£ = 0,5 (£мп + £пч)+°,25 (£гф + £св + £сп);
в) для подвесок при езде поверху и
стоек при езде понизу
£ — 0,25 (£гф+£св+£сп) •
В этих формулах. £Мп — собственный вес
мостового полотна в кН/м одной фермы; £пч~
то же балок проезжей части; £Гф — то же
главных ферм; £св — то же связей между глав-
ными фермами; £сп— то же смотровых и дугих
устройств.
151
Рис. 15.J2 Схемы горизонтальных поперечных нагрузок:
а — от подвижного состава; б — от ветра,
/ — главная ферма, 2 — подвижной состав; 3 — проезжая часть
Нормативную времен-
ную подвижную верти-
кальную нагрузку прини-
мают в виде равномерно распределен-
ной нагрузки интенсивностью v = 0,5 х
XvTK, #Н/й одной фермы, где ит — экви-
валентная нагрузка, принимаемая по
СНиП; К класс временной нагрузки.
Нормативную времен-
ную на грузку от торможения или
силы тяг# принимают в виде гори-
зонтальной продольной
равномерно распределенной нагрузки
ингенснаностью tv ~= 0,1 и0>5 кН/м пути,
где — нормативная эквивалентная
временная вертикальная нагрузка при
1 = / И а = 0,5.
Нормативную времен-
ную нагрузку от ударов подвиж-
ного состава принимают в виде гори-
зонтальной поперечной
равномерно распределенной нагрузки
интенсивностью ST/ = 0,59 К кН/м пути
и распределяют на продольные связи,
расположенные в уровне проезжей части
с коэффициентом 0,8, а в уровне другого
(негрузового) пояса — с коэффициентом
0,4 (рис. 15.12, а).
Нормативную ветровую
горизонтальную попереч-
ную нагрузку на стальные про-
летные строения с фермами и ездой по-
низу при наличии поезда (рис. 15.12, б)
вычисляют в килоньютонах на Гм про-
летного строения по следующим фор-
мулам:
на главные фермы w$ = qn$ &ф (^ф+^п),
на проезжую часть qn4 (h4—Ztn);
на подвижной состав wc — qnc he-
ft этих формулах qn$, qnr, Япс — интенсив-
ность ветровой нагрузки, кН/м2, соответствен-
но на главные фермы, проезжую часть и под-
вижной состав, вычисленные по СНиП; —
коэффициент заполнения, принимаемый для
однорешетчатых ферм равным 0,2; Лф — рас-
четная высота главной фермы; —• высота
сечения пояса фермы; — высота проезжей
части от низа конструкции проезжей части до
головки рельса; hc — высота железнодорож-
ного подвижного состава, равная 3 м.
Нормативную ветровую нагрузку, дей-
ствующую на главные фермы, передают
на верхние и нижние продольные связи
с коэффициентом 0,6, а ветровую нагруз-
ку от проезжей части и подвижного сос-
тава — на связи, расположенные в уров-
не проезда с коэффициентом 0,8, а на
связи, расположенные в плоскости дру-
гого (негрузового) пояса, — с коэф-
фициентом 0,4.
Определение усилий в элементах фер-
мы. Усилия в элементах главной фермы
определяют от постоянной, временной
вертикальной и горизонтальной продоль-
ной и поперечной, а также ветровой на-
грузок.
Продольные усилия от
нормативной постоянной
нагрузкив элементах главной фер-
мы вычисляют по формуле Ng
где SQ — суммарная площадь линии
влияния усилия.
Усилия от нормативной
временной вертикальной
нагрузкив элементах фермы опре-
деляют по следующим формулам:
для однозначных линий влияния
Nv - uQ;
152
для двузначных линий влияния наи-
большее цо абсолютному значению уси-
лие
^1 = ^1 &i;
усилие другого знака
V2 &2>
где Q, Й2 — площади участков линии
влияния, v, о2 — интенсивность норматив-
ных эквивалентных временных вертикальных
нагрузок, соответствующих длинам загруже-
ния X и коэффициентам а участков линий вли-
яния.
Усилия от нормативной
временной горизонталь-
ной продольной нагруз-
ки в элементах грузового пояса, рас-
положенного в уровне проезжей части
(в пролетных строениях с ездой понизу —
в элементах нижнего пояса), определяют
в зависимости от наличия и положения
тормозных связей и разрывов продоль-
ных балок (рис. 15.13, а}.
При отсутствии тормозных связей и
разрывов продольных балок продоль-
ная нагрузка от тор южения передается
на пояса ферм, возрастая по направле-
нию к неподвижным опорным частям.
В этом случае усилия в элементах гру-
зового пояса одной фермы от торможения
определяют по формуле NT — 0,5
где 0,5 — коэффициент распределения
тормозной нагрузки с одного пути на две
главные фермы; tv — интенсивность про-
дольной нагрузки от торможения;
1т — длина панели фермы; щ — число
панелей фермы, считая от дальнего опор-
ного узла, включая панель, где располо-
жен рассчитываемый элемент пояса.
Усилия от нормативной
временной го ризонталь-
ной поперечной нагрузки
в элементах поясов главной фермы
(рис. 15.13, б) вычисляют по формуле
Ny i = Myi : В, где В — расстояние
между осями главных ферм; Myi —
Рис 15 13 Схемы усилий в поясах главной фермы
153
момент от горизонтальной нагрузки, оп-
ределяемый по формулам:
для элементов нижнего пояса
My& = 0,5syB х {I—х);
для элементов верхнего пояса
AfyB=O,5s!/B х (/в—х),
где SyB, syB — интенсивность горизонталь-
ной поперечной нагрузки от ударов подвиж-
ного состава соответственно для нижних и
верхних продольных связей; I и /в — расстоя-
ния между центрами нижних и верхних край-
них узлов главной фермы; х — расстояние от
конца рассчитываемого элемента, обращен-
ного к середине пролета, до ближайшего край-’
него узла фермы.
В балочных пролетных строениях с
наклонными портальными рамами
(см. рис. 15.12, б) определяют усилия:
в опорном раскосе главной фермы
Nvd = Ру (ld — 10): В и в элементах
нижних поясов фермы У9Н = JV9<f sin а,
где Ру 1= 0,5 s9B /в — усилие на верх-
ний узел портальной рамы от горизон-
тальной поперечной нагрузки; ld —
длина опорного раскоса; /0 — расстоя-
ние от центра опорного узла до нулевой
точки, вычисляемой по формуле, приве-
денной в расчете портальной рамы в
п. 15.6.
Усилия от нормативной
ветровой нагрузки в элемен-
тах поясов главной фермы (рис. 15.13, б)
вычисляют таким же способом, как от
горизонтальных ударов подвижного сос-
тава.
Усилия в элементах поясов Nwi =
= Mwi : В.
Моменты от ветровой нагрузки:
а) для элементов нижнего пояса
Mwa = 0,5 wHx(l — х);
б) для элементов верхнего пояса
Л1ц,н ~ 0,5uiBx (ZB х).
Усилия в элементах нижнего пояса от
наклонной портальной рамы при дейст-
вии ветровой нагрузки (см. рис. 15.17, а)
определяют в следующем порядке: сна-
чала вычисляют давление ветровой на-
грузки на крайний верхний узел фермы
Pw = 0,5 дав/в, затем — усилие в опор-
ном раскосе фермы (стойке портальной
рамы) Nwd = Pw (Id — 10): Ви усилие
в элементах нижнего пояса Nwn =
= Nwd sin а.
В этих формулах wu и аув — интенсив-
ность нормативной ветровой нагрузки
154
соответственно при расчете нижних и
верхних продольных связей. Значения
остальных величин указаны раньше.
Расчетные усилияв элемен-
тах главной фермы определяют для не-
выгодных сочетаний возможных нагру-
зок с учетом коэффициентов сочетания
нагрузок т|, коэффициентов надежности
по нагрузке у, и динамических коэф-
фициентов 1 + р.
Для расчета на проч-
ность и устойчивость при
действии постоянной (ц= 1) и временной
подвижной вертикальной (ц = 1) на-
грузок усилия в элементах главной фер-
мы определяют по следующим формулам:
для однозначных линий влияния
У1=Т/У«+?/|>(1+р) У»;
для двузначных линий влияния
У1тах=У/ Уа + У/в (1 + н) Ув1!
^min = V/ Ng + Y/в (1 + Ю УВ2
При вычислении усилия N] тах при-
нимают коэффициент надежности по по-
стоянной нагрузке у,- = 1,1, а усилия
N/ mln — Yr = 0,9.
При одновременном действии постоян-
ной (г| = 1), временной подвижной вер-
тикальной (q = 1) и горизонтальной по-
перечной от ударов подвижного состава
(ц = 1) нагрузок расчетные усилия в
элементах грузового пояса:
Уц = Т/Уг+т/в(1+ц)Ув +
+ У/г (Уа+У ан) •
При этой же формуле определяют уси-
лия в элементах негрузового пояса, при-
нимая Nys = 0, а также в опорном рас-
косе, принимая Nv = 0 и Nyd вместо
Nyn. В элементах решетки фермы
Ny = Ny„ = 0.
При одновременном действии постоян- ,
ной (ц = 1), временной подвижной вер-
тикальной (ц = 0,8), горизонтальной
продольной от торможения (ц — 0,7) и
ветровой (ц = 0,5) нагрузок расчетные
усилия в элементах грузового пояса
Уи = Т/У«+0,8Т/в(1 + р)Ув+0,7у/гУт-
По этой же формуле определяют уси-
лия в элементах негрузового пояса, при-
нимая усилие от торможения Nt — 0 и
Nwa = 0, а также в опорном раскосе,
принимая Nr = О, Nw = 0 и Nwd вмес-
то ATWH и соответствующие коэффициен-
ты сочетания.
Распорки, стяжки и другие «нулевые»
элементы главной фермы, предназначен-
ные для уменьшения свободной длины
основных сжатых элементов, рассчиты-
вают на сжатие и растяжение силой,
равной 3 % продольного усилия в сжа-
том элементе фермы.
Для расчета на выносли-
вость усилия в элементах главной
фермы определяют только при действии
постоянной (т) = 1) и временной подвиж-
ной вертикальной (t| — 1) нагрузок по
следующим формулам:
для однозначной линии влияния
Nmln — hg't
для двузначных линий влияния:
Nmax = Ng + 6 ( 1 + "У I1) ^1!
Кроме того, для расчета на прочность,
и выносливость вычисляют по указа-
ниям СНиП изгибающие моменты от соб-
ственного веса элементов главной фермы,
от совместной работы элементов фермы с
другими частями пролетного строения и
от эксцентричности в узлах.
Подбор.сечений элемен-
тов главной фермы начинают с выбора
рациональной формы сечений, удобной
Для изготовления, монтажа и эксплуа-
тации (см. п. 13.4).
Высоту сечений h принимают не более
х/15 длины элементов. Ширину сечений
b назначают равной примерно 0,8 их
высоты, но одинаковой для всех элемен-
тов для возможности установки фасон-
ных листов в узлах фермы без прокладок.
Толщину горизонтальных листов оп-
ределяют из условия местной устойчи-
вости по формуле tT > 6/|lt но не менее
10 мм. Коэффициент % принимают для
коробчатых сечений равным 60, а для
Н-образных — 45.
Толщина одного вертикального листа
A — (b~O,5c)2tT
2h—4tr
где А — Nmax/^Ry — требуемая пло-
щадь поперечного сечения элемента; Wmax —
большее усилие N/ или ф — коэффициент,
принимаемый для растянутых элементов рав-
ным 0,85—0,95; для сжатых элементов из
стали марки 16Д 0,7—0,8; из стали марки
15ХСНД 0,6—0,7; большие значения коэф-
фициента принимают для поясов, а меньшие—
для раскосов; с — ширина отверстия в перфо-
рированном листе, равная 250—270 мм.
Требуемые площади сечений элементов
достигаются, как правило, изменением
толщин только вертикальных листов.
В составных элементах отношение £
расчетной ширины Ьс к толщине t ли-
стов не должно превышать следующих
значений:
вертикальных и горизонтальных ли-
стов коробчатых сечений — 60;
горизонтальных листов Н-образных
сечений — 45;
листов со свободными (неокаймлен-
ными) свесами — 20.
За расчетную ширину b листа сварных
элементов принимают:
при обеих закрепленных продольных
кромках — расстояние между осями
перпендикулярных к нему листов;
при закреплении одной продольной
кромки — расстояние от свободного края
листа до оси ближайшего листа, располо-
женного перпендикулярно данному.
В сжатых элементах Н-образного се-
чения сварных элементов толщина гори-
зонтального листа должна составлять от
толщины соединяемых листов tf не менее
0,6 tf при tj < 24 мм и 0,5 tf при tt >
> 24 мм.
Расчет на прочность. Элементы глав-
ной фермы рассчитывают на прочность
по следующим формулам:
центрально растянутых или сжатых
внецентренно сжатых, сжато-изгибае-
мых, внецентренно растянутых и растя-
нуто-изгибаемых в одной из главных
плоскостей
155
В этих формулах N — наибольшее рас-
четное продольное усилие (¥j или ¥п); Ап,
1ГП — площадь и момент сопротивления се-
чения нетто; |Af| — приведенный изгибающий
момент, вычисляемый при гибкости 1 > 60
по формуле:
где М — момент, действующий в проверя-
емом сечении; — эйлерова я кри’
тическая сила; ф, х — коэффициенты, учиты-
вающие развитие ограниченных пластических
деформаций, определяемые по СНиП; т —
— 0,9 — коэффициент условий работы. *
При гибкости элементов X < 60 до-
пускается принимать |Л4| — М и проч-
ность сечений проверять по формуле:
N М
Ап ±nWn ^т-
При расчете элементов, прикреплен-
ных к узлам фермы высокопрочными бол-
тами, площадь сечения Ап определяют
по крайнему ряду болтов, а расчетное
усилие N уменьшают на величину, рав-
ную 0,5 Qbh пь,
где Qbh — расчетная несущая способность
болта по одному контакту; пъ — число болтов
в крайнем ряду проверяемого элемента.
Расчет на выносливость. Элементы
главной фермы рассчитывают на вынос-
ливость по следующим формулам:
при растяжении или сжатии
N'
Ап Vw
при растяжении или сжатии с изги-
бом в одной из главных плоскостей
N' 1^4
А ± и W
Хз W п
где ¥',|ЛГ| — продольная сила и приве-
денный изгибающий момент для расчета на
выносливость; х3= 1, 05; yw — коэффи-
циент, вычисляемый по формуле (15.1); т =
= 0,9.
Приведенный изгибающий момент для
элементов гибкостью X > 60 вычисляют
по формуле, приведенной в расчете на
прочность, принимая М' и N' вместо
М и ЛГ. При X < 60 |7И'| = М'.
При расчете элементов с фрикционны-
ми соединениями на высокопрочных бол-
тах в указанные выше формулы подстав-
ляют геометрические характеристики А
и 1Г сечения брутто.
156
Гибкость элементов фер-
мы должна удовлетворять условию
/₽///< X,
где — расчетная длина элемента в пло-
скости и из плоскости фермы; i — радиус
инерции сечения; X — предельная гибкость,
равная 100 для элементов, работающих на
сжатие или на сжатие — растяжение, а так-
же для элементов поясов, работающих на рас-
тяжение, и равная 150 для других элементов.
Расчет на общую устойчивость. Эле-
менты главной фермы проверяют при
плоской и изгибно-крутильной форме по-
тери устойчивости.
Расчет при плоской фор-
ме потери устойчивости
элементов главной фермы при централь-
ном и внецентренном сжатии, а также
с изгибом в плоскости наибольшей гиб-
кости выполняют по формуле
N п
— ^qRytn,
где ф — коэффициент продольного изгиба,
определяемый по СНиП.
Расчет при изгибно-кру-
тильной форме потери ус-
тойчивости элементов открытого
сечения с моментами инерции /х > 1У
при центральном сжатии силой N вы-
¥
полняют по формуле
где фс — коэффициент продольного изгиба,
определяемый по СНиП.
Элементы замкнутого и открытого се-
чений с моментами инерции >1 у при
сжатии с изгибом и внещ^нтренном сжа-
тии в плоскости наименьшей гибкости,
совпадающей с плоскостью симметрии и
осью у — у, рассчитывают по формуле
I N I , I Ne |
I л-H^rl
где е — эксцентриситет силы.
Расчет на местную устой-
чивость стенок и полок сварных эле-
ментов при центральном и внецентраль-
ном сжатии, а также при сжатии с из-
гибом выполняют по теории призменных
складчатых оболочек.
Расчет соединительных
планок и перфорирован-
ных листов сжатых элементов про-
йзводят на условную поперечную силу,
определяемую по формуле
Ф
где а — коэффициент, принимаемый рав-
ным 0,024—0,00007Х, но не более 0,015, 0,017
и 0,018 соответственно для сталей марок 16Д,
15ХСНД, 10ХСНД: N — продольное усилие
в элементе; X — гибкость элемента в плоско-
сти соединительных планок или перфориро-
ванных листов, ф — коэффициент продоль-
ного изгиба, принимаемый по СНиПу.
Расчет прикрепления элементов. Тре-
буемое количество высокопрочных бол-
тов для прикрепления конца элемента
решетки главной фермы к узловым фа
сонным листам определяют по ормуле
mQbhns '
где N — максимальное усилие в элементе
для расчета на прочность; т .= 0,9; —
расчетное усилие одного болтоконтакта
высокопрочного болта; ns — количество кон-
тактов одного болта.
Полученное количество болтов разме-
щают на конце элемента с возможно боль-
шей компактностью (рис. 15.14). В край-
них поперечных рядах болты ставят с
максимальным шагом для уменьшения
Рис 15 14 Расчетная схема прикрепления и соединения элементов главной фермы
157
ослабления сечения элемента. Центр бол-
тового поля должен находиться на линии
центров тяжести сечений элемента.
Расчет узловых фасонных листов.
Прочность фасонных листов проверяют
по формуле
где Л/— максимальное расчетное усилие
в элементе пояса; Ап, н — площадь сечения
нетто соединительной накладки (фасонки),
2 Лп> н — суммарная площадь сечения нетто
всех накладок и фасонок; Qbh — расчетное
усилие одного болтоконтакта; ть — коэффи-
циент условий работы.
__________N
0,675/2 (1+0,212а/)//
Ry tn,
15.6. Расчет связей и портальной рамы
где t — толщина узловой фасонки, при-
нимаемая не более 16 мм при соединениях вы-
сокопрочными болтами и не менее 12 мм для
железнодорожных пролетных строений; а/ —
угол в радианах между направлением /-то
участка проверяемого контура возможного
разрушения фасонки и осью элемента (0
л/2); lt — расчетная длина /-го участ-
ка, вычисляемая по формуле 1г — lj — nodo;
lj — полная длина /-го участка; м0 —коли-
чество болтов на участке, d0 — диаметр от-
верстия для болта (см. рис. 15.14)
Расчет соединения элементов поясов.
Элементы поясов главной фермы соеди-
няют при монтаже высокопрочными бол-
тами при помощи вертикальных и гори-
зонтальных накладок
Узловые фасонные листы и накладки
рассчитывают в наиболее ослабленном
вертикальном сечении у центра узла
(см. рис. 15.14, сечение А —Л) на вне-
центренное действие усилия N = Nn +
+ 7VP cos р, где Nn, Afp — расчет-
ные усилия соответственно в поясе и
раскосе фермы при одинаковом загру-
жении их линии влияния временной под-
вижной нагрузкой; [3 — угол между ося-
ми пояса и раскоса.
’ Прочность сечения А — А проверяют
по формуле
N , Ne
V" —7~У^Ку
*п
где е — эксцентриситет силы /V, равный
расстоянию от центра тяжести сечения А —А
№ центра тяжести сечения пояса; у — рас-
стояние от центра тяжести сечения А — Л до
крайней грани; Лп, In — площадь и момент
инерции нетто сечения А —А, состоящего
из фасонных листов и накладок; т = т1 =
= 0,9 — коэффициенты условий работы.
Требуемое количество болтоконтактов
высокопрочных болтов для прикрепле-
ния каждой накладки определяют по
формуле
п > УЛП>Н
mb Qbh 2^п,н
158
Расчет продольных связей. В качестве
расчетной схемы верхних и нижних про-
дольных связей между главными "ферма-
ми принимают их геометрические схемы
в виде плоских балочных ферм с па-
раллельными поясами. Фермы связей
с крестовой решеткой для упрощения
расчета условно разделяют на две фермы
с треугольными решетками и шарнирны-
ми узлами (рис. 15.15, а).
Усилия в элементах свя-
зей определяют от поперечной ветро-
вой нагрузки, поперечных ударов под-
вижного состава и деформации поясов
главных ферм.
Усилия от нормативной ветровой на-
грузки в элементах связей
( А+==0,5ауг 2Q,
где шг — интенсивность нормативной по-
перечной ветровой нагрузки для верхних или
нижних связей и при наличии или отсутствии
b— а
поезда (см. п. 15 5), 2Q = sTna ~~~ суммар
ная площадь участков линии влияния (см.
рис. 15.15, а).
Усилия в элементах связей от норма-
тивной поперечной нагрузки от ударов
подвижного состава N у = 0,5 Syi X
X Йщах?
где Syi — интенсивность нормативной на-
грузки от поперечных ударов на нижние и
верхние связи (см. п. 15.5); Qmax “ площадь
наибольшего участка линии влияния.
Усилия от деформации поясов глав-
ных ферм в раскосах (диагоналях) свя-
зей крестовой системы определяют по
формуле
где Of — нормальное напряжение в поясе
главной фермы; Аа, Ас — площади сечения
раскоса и распорки; а — угол между осями
пояса и раскоса (рис. 15.15, б).
Усилие в распорке связей любой ре-
шетки
+ Sin а,
где Nd,lin> rec — усилия раскоса со-
ответственно с левой и правой стороны от рас-
порки.
Расчетные усилия в элемен-
тах связей определяют при невыгодных
сочетаниях нагрузок с учетом возмож-
ности изменения направления действия
ветровой нагрузки и поперечных ударов
подвижного состава, а также особен-
ностей конструкции и порядка сборки
пролетного строения.
Расчетные усилия в элементах про-
дольных связей, не соединенных с про-
дольными балками или соединенных при
наличии разрывов в них, вычисляют по
следующим формулам.
1. От постоянной и ветровой нагрузок
при отсутствии поезда
~ Ndi+Yf, w
где Ndl — усилие от деформации поясов
главных ферм, вычисленное при оух от по-
стоянной нагрузки; ^—1,5; Nw — усилие
от ветровой нагрузки.
2. От постоянной, временной верти-
кальной и ветровой нагрузок
где Nd2 ~ усилие от деформации поясов
главных ферм, вычисленное при оу2 от посто-
янной, временной вертикальной и ветровой
нагрузок.
3. От постоянной, временной верти-
кальной нагрузок и/Поперечных ударов
подвижного состава
где Nd3 — усилие от деформации поясов
главных ферм, вычисленное при оу3 от постоян-
ной и временной нагрузок и поперечных уда-
ров подвижного состава; Ny — усилие от по-
перечных ударов подвижного состава.
Расчет на прочность эле-
ментов связей выполняют по формуле
где Afmax, — расчетные продольная си-
ла и момент; Ап> Wn —- площадь и момент
сопротивления сечения нетто; х — коэффи-
циент, принимаемый по СНиП; т == 0,9; тъ—
коэффициенты условий работы элементов из
одиночных профилей, прикрепленных одной
полкой или стенкой; для неравнополочных
уголков, прикрепленных меньшей полкой,
ть = 07; то же большей полкой тъ = 0,8; для
равнополочных уголков тъ = 0,75; для про-
катных или составных швеллеров, прикреп-
ленных стенкой, или тавров, прикрепленных
полкой, ть = 0,9.
В элементах связей из уголков с бол-
товыми соединениями, центрированных
по рискам, ближайшим к обушку, мож-
но возникающий при этом эксцентри-
ситет не учитывать.
Проверку гибкости эле-
ментов связей выполняют по формуле
а — расчетная схема связей; б — схема, деформаций
поясов главных ферм и раскоса связей;
„ ветровая нагрузка при отсутствии поезда:
ц/н — то же при наличии поезда; Sy г — нагрузка от
поперечных ударов подвижного состава; 1 — пояс
фермы; 2 — раскос связей; 3 — распорка связей
159
Расчетную длину lef элементов свя-
зей принимают равной: в плоскости свя-
зей — расстоянию между центрами при-
крепления элементов; из плоскостей свя-
зей: для сжатых элементов — расстоя-
нию между точками пересечения оси эле-
мента с осями крайних рядов болтов
прикрепления фасонок связей к главным
фермам или балкам проезжей части; для
сжатых элементов — 0,7 указанного рас-
стояния (рис. 15.16).
Расчет на общую устойчивость эле-
ментов связей выполняют при плоской и
изгибно-кругильной форме потери устой-
чивости по указаниям п. Н>.5 для эле-
ментов главной фермы.
Расчет прикрепления эле-
ментов связей состоит из определения
требуемого количества болтов с коэф-
фициентом условий работы tnb = 0,9
при прикреплении элемента к одиночной
фасонке. Число высокопрочных болтов
в прикреплении каждого конца элемента
должно быть не менее двух.
Расчет портальной рамы. В ка-
честве расчетной схемы портальной
рамы обычно принимают ее геометриче-
скую схему. Стойки рамы (опорные рас-
косы главных ферм) принимают заделан-
ными в центрах опорных узлов главных
ферм. Жесткие узлы прикрепления эле-
ментов ригеля к стойкам заменяют шар-
нирами (рис. 15.17, б).
Портальную раму рассчитывают на
воздействие опорной реакции верхних
продольных связей от ветровой нагрузки
Pw=0,blbwb,
где 1Ь — расстояние между центрами край-
них верхних узлов главной фермы; wb —ин-
тенсивность нормативной ветровой нагрузки
на верхние продольные связи (см. п. 15.5).
Под действием этой реакции стойки
рам изгибаются и в их нижних частях
образуются нулевые точки — сечения,
где изгибающие моменты равны нулю
(рис. 15.17, в). Положение нулевых точек
О допускается определять по формуле
z _c(2ld+c)
° 2(/d+2c) ’
где ld — теоретическая длина стойки; с —
расстояние от центра опорного узла главной
фермы до центра нижнего узла ригеля рамы.
Усилия в стойках рамы от норматив-
ной ветровой нагрузки определяют, раз-
резая портальную раму по нулевым точ-
кам 0 и рассматривая верхнюю часть
рамы (рис. 15.17, д).
Из условия 2М0 =• 0 продольная
сила:
Ud А>)
Nw ~ В
Из условия Sx — 0 поперечная сила
Qw = 0,5 Р W
Изгибающие моменты (рис. 15.17, г):
в заделке стойки М, = 0,5 Pwlb, в уров-
не нижнего узла ригеля Л4П = 0,5 X
X Рw (^ /о)-
Расчетные усилия в стойках:
продольная сила
Л^ = ЛГп+пТ/шЛ^10;
изгибающие моменты
Мх — М,
где Ajp М — продольная сила и изгибаю-
щий момент в опорном раскосе, вычислен-
ные при расчете главной фермы (см. п. 15.5);
Af, — наибольший изгибающий момент Mt
или Л1п; t), yfw — коэффициенты соответст-
венно сочетания нагрузок и надежности по
ветровой нагрузке.
Стойки портальной рамы рассчитыва-
ют на сжатие с изгибом в двух главных
плоскостях по следующим формулам:
а) на прочность
6 Зак 1048
в) на устойчивость при изгибно-кру-
тильной форме потери устойчивости
фс Ry т •
Если стойки рамы имеют фрикцион-
ные соединения высокопрочными болта-
ми, то при расчете на прочность усилие
N уменьшают на величину 0,5 (?ЬлЯ6,
а при расчете на выносливость прини-
мают А, /х и 1У для сечения брутто;
коэффициент х3=1,05. Значения ос-
тальных величин указаны выше.
Прикрепления стоек портальной рамы
рассчитывают по указаниям п. 15.5.
Сквозной ригель портальной
рамы рассчитывают как стержневую сис-
тему с шарнирными узлами (см.
рис. 15.17, д).
Подбор сечений, проверку прочности,
устойчивости и гибкости, а также расчет
прикрепления элементов ригеля выпол-
няют для невыгодного сочетания нагру-
зок по указаниям п. 15.5.
Расчеты по второй группе предельных
состояний. Стальные пролетные строе-
ния с главными фермами рассчитывают
на вертикальный прогиб, угол перелома
упругой линии и период свободных ко-
лебаний.
Вертикальный прогиб
ферм определяют по правилам строи-
тельной механики: по формулам переме-
щений, при помощи упругих грузов и
другими способами. Для предваритель-
ных расчетов прогиб балочно-разрезных
ферм допускается определять как для
разрезной балки со сплошной стенкой,
принимая момент инерции одной фермы
/ = (Лн + Лв) где Лн, Лв — пло-
щади сечений брутто соответственно ниж-
него и верхнего поясов посередине про-
лета фермы; h — расчетная высота
фермы.
Рельсовому пути на пролетных строе-
ниях придают строительный
подъем, обеспечивающий плавное
движение поездов, снижение динамиче-
161
ского воздействия временной подвижной
нагрузки.
Расчетный период сво-
бодных вертикальных ко-
ле б а н и й в секундах балочно-разрез-
ных пролетных строений определяют по
формуле
т =0 g__
р ’ Ул г Е g+v
где I и h — расчетный пролет и высота про-
летного строения, м; m — 0,9; g и v — ин-
тенсивность расчетных соответственно посто-
янной и временной вертикальной нагрузок «с
учетом коэффициентов надежности по нагруз-
кам и динамического коэффициента.
Расчетный период свободных колеба-
ний балочно-разрезных стальных про-
летных строений железнодорожных мо-
стов должен быть не более 0,01 Zc, но не
более 1,5 с.
Прогибы и периоды свободных коле-
баний пролетных строений других сис-
тем определяют по специальным мето-
дикам.
Глава 16
ОПОРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ
16.1. Общие сведения
Опоры мостов передают нагрузки с
пролетного строения на основание
(грунт). Опоры являются ответственными
Рис. 16.1 Монолитная бетонная опора с ледо-
резом:
/ — оголовок; 2 —тело опоры; 3 —фундамент, 4 —
ледорез
элементами моста и должны обладать
достаточной прочностью и устойчиво-
стью.
Стоимость опор с фундаментами сос-
тавляет примерно 50 % общей стоимости
искусственного сооружения. Постройка
опор трудоемка и требует больших вре-
менных затрат. Изготовление и монтаж
пролетных строений индустриализованы
в большей степени, чем сооружение
опор.
Опоры, мостов условно разделяют на
промежуточные (быки) и концевые
(устои). Такое деление оправдано различ-
ными условиями эксплуатации и переда-
чи нагрузок. Промежуточные опоры ра-
ботают, как правило, в зоне переменного
уровня воды, находясь под воздействием
ледохода, навала судов. Устои чаще раз-
мещают на суходоле. На устои, кроме
вертикальных нагрузок, действуют боль-
шие горизонтальные силы от давления
грунта и торможения.
В плане тело опоры может иметь раз-
ное очертание: прямоугольное, закруг-
ленное, круглое. Форма тела опоры оп-
ределяется классом реки и в первую
очередь интенсивностью ледохода. Опо-
ры, возводимые на суходоле, бывают,
как правило, прямоугольной или круг-
лой формы. Русловые опоры должны
иметь такое очертание, которое обеспе-
чивало бы пропуск высоких вод под мо-
стом без подмыва оснований опор. С этой
целью очертанию опоры в плане прида-
ют закругленную форму в носовой и
кормовой частях или принимают ее в
виде круга. При ледоходе необходимо
заострение носовой части.
При среднем ледоходе (Волга, Кама)
режущему ребру придают наклон к вер-
тикали ( ~ 10 : 1), который называют
водорезом. Для сильного ледохода (Се-
верная Двина, Енисей, Обь и др.) уст-
раивают ледорез с наклоном режущего
ребра (1:14-2:1) (рис. 16.1).
В суровых климатических условиях,
кроме устройства ледорезов, требуется
облицовка тела опоры естественным кам-
нем или блоками из бетона класса не
менее 60. С целью сокращения стои-
мости сооружения облицовку можно при-
менять только в пределах зоны перемен-
ного уровня воды.
162
Современные опоры мостов возводят
из бетона и железобетона классов 20—
45 в трех вариантах: монолитном, сбор-
ном и сборно-монолитном.
Для сооружения опор в монолитном
варианте применяют низкотермальные
цементы невысокой активности. Это поз-
воляет понизить экзотермический эф-
фект и уменьшить деформации усадки
бетона. Несоблюдение требований при-
водит к трещинообразованию в теле
опоры.
В настоящее время широко исполь-
зуются как массивные опоры, так и об-
легченные. Существующие конструктив-
ные решения опор пока полностью не
унифицированы. Типовые решения со-
держат более 150 различных вариантов
сборных блоков. В связи с этим главным
направлением совершенствования кон-
струкций опор является унификация ос-
новных размеров их элементов.
16.2. Промежуточные опоры
Промежуточную опору (бык) можно
условно разделить (рис. 16.1) на три
конструктивных элемента: подферменную
плиту (оголовок), тело опоры, фундамент.
В ряде случаев по производственным
соображениям целесообразно опоры и
фундамент выполнить из одного конст-
руктивного элемента (сваи, столба, обо-
лочки).
Высота опоры Н — расстояние от об-
реза фундамента до верха опоры—может
изменяться от нескольких метров до
нескольких сотен метров. Например, вы-
сота опоры моста зависит от требований
норм подмостовых габаритов; высота
опор виадуков — от рельефа местности
и требуемого уровня проезда; высота
опор путепроводов определяется требо-
ваниями к габаритам приближения
строений.
Размеры оголовка в плане назначают
из условия размещения опорных частей.
Расстояние между осями опорных час-
тей определяют типом пролетного строе-
ния и его длиной.
В массивных опорах (см. рис. 16.1) раз-
меры оголовка и тела опоры в плане близ-
ки друг к другу. В сборных и сборно-мо-
нолитных вариантах размеры тела опо-
6*
Рис. 16.2. Сборно-монолитная опора с железо-
бетонным ригелем
ры (особенно в поперечном к оси соору-
жения направлении) могут быть значи-
тельно сокращены (рис. 16.2), что поз-
воляет получить существенную экономию
в кладке опоры.
Толщину оголовков массивных опор
принимают обычно 0,5—0,6 м. Верхняя
поверхность оголовка, кроме площадок
под опорные части, должна иметь уклоны
не менее 1 : 10 для отвода воды. Оголо-
вок имеет свесы во все стороны обычно не
менее 10 см, которые улучшают архитек-
турный вид опоры и не допускают обра-
зования подтеков при стоке воды.
В сборных опорах оголовок часто вы-
полняет функции несущей конструкции—
ригеля — и его размеры по верти-
кали определяются расчетом на проч-
ность. В этих случаях высота оголовка
может достигать 1,5 м и более.
В ряде случаев целесообразно устраи-
вать промежуточные опоры сборно-мо-
нолитными (рис. 16.3). В этих конструк-
циях опалубкой монолитного бетона слу-
жат железобетонные облицовочные бло-
ки заводского изготовления.
163
Рис. 16.3. Сборно-монолитные опоры желез-
нодорожного виадука, выполненные из блоков
Мостотреста (высота hon до 40 м)
Рис. 16.4. Полносборная опора с напрягаемой
арматурой.
1 ~ клеевой стык между блоками; 2 — контурный
замкнутый блок; 3 — пучки из высокопрочной про-
волочной арматуры; 4 — отверстия (каналы) для про-
пуска напрягаемой арматуры
164
В сборных опорах широкое примене-
ние находят железобетонные оболочки
диаметром 0,6—Зм. Известны случаи
применения железобетонных оболочек
диаметром 5 м. Надежность работы та-
ких опор, устанавливаемых на реках,
обеспечивается заполнением полостей
бетоном до уровня высокой воды, а
также устройством соединительной
стенки, позволяющей опоре более
эффективно сопротивляться ледовой на-
грузке.
е В виадуках (рис. 16.4) при высоте
опор до 100 м успешно применяются
контурные замкнутые блоки высотой
1—1,2 м с толщиной стенок 0,35 м без
заполнения внутренней полости. В сейс-
мических районах такие опоры приме-
няют с последующим преднапряжением.
Для пропуска высокопрочной арматуры
по периметру блока предусмотрены ка-
налы. Изготовление элементов по гибкой
технологии, при которой строгая парал-
лельность опорных плоскостей блоков
достигается с помощью специальных
матриц и агрегата-кантователя, позво-
ляет получить стандартные блоки («кир-
пичи»), каждый из которых в пределах
определенной зоны может быть установ-
лен в любой последовательности. Гиб-
кая технология позволяет без дополни-
тельных операций получать блоки с раз-
личным числом отверстий. Достаточно
просто могут быть изменены и геометри-
ческие размеры. Соединение между бло-
ками клеевое.
На небольших реках с толщиной льда
до 0,3 м успешно применяют свайно-
Рис. 16.5. Полносборная опора свайно-эстакад-
ного моста
эстакадные мосты с пролетными строе-
ниями небольшой длины. Полносборные
опоры таких мостов (рис. 16.5) состоят
из прямоугольных в сечении свай и объ-
единяющих насадок (ригелей). Высота
опоры обычно не превышает 5—6 м.
В тех случаях, когда приходится воз-
водить мост на прочных грунтах и сваи
забить невозможно, применяют стоечные
опоры: стойки внизу опираются на фун-
дамент, а вверху объединены ригелем.
Темп монтажа моста, запроектирован-
ного из сборных железобетонных эле-
ментов заводской готовности, может быть
увеличен, если удачно расчленены опоры
на блоки и хорошо продумана конструк-
ция их сооружения. На рис. 16.6 при-
ведена русловая полносборная опора
двухъярусного моста. Интересное конст-
руктивное решение может быть получено
при использовании в высоких опорах
виадуков и путепроводов железобетон-
ных центрифугированных оболочек, объ-
единяемых между собой стальными
фланцами на высокопрочных болтах
(рис. 16.7). Козловые опоры обладают
значительной жесткостью при малом рас-
ходе материала.
Опоры рамных и рамно-консольных
мостов проектируют с учетом особен-
ностей их работы. Жесткое сопряжение
ригелей с опорами вызывает в них при
несимметричном загружении значитель-
ные изгибающие моменты. Такие опоры
Рис. 16.6. Русловая сборная опора двухъярус-
ного моста
Рис 16.7. Козловая опора виадука из центри-
фугированных железобетонных оболочек:
Рис 16 8 Гибкая опора рамного виадука под
совмещенную езду (г Прага, мост Нузле)
165
густо армируют обычной или напрягае-
мой арматурой.
В последние годы находят применение
облегченные конструкции монолитных
железобетонных опор рамных мостов.
Следует отметить, что «гибкие» опоры
виадуков (рис. 16.8) позволяют не толь-
ко сократить затрату материалов, но
и уменьшить изгибающий момент в них.
16.3. Концевые опоры
Устои предназначены для сопряжения
моста с насыпью и опирания на них край-
него пролетного строения. Конструктив-
ные формы устоев разнообразны.
Условно конструкции устоёв можно
разделить на два вида: необсыпные и
обсыпные. В необсыпных (рис. 16.9)
конус насыпи не выходит за переднюю
грань и фундамент устоя. В конструкции
устоя можно выделить следующие части:
подферменную плиту 5, шкафную стенку
2, переднюю стенку 4, конструкцию,
сопрягающую устой с насыпью подходов
Л фундамент 5. В обсыпных устоях
(рис. 16.10) насыпь смещена в сторону
пролета, стесняя тем самым живое сече-
ние реки. Обсыпные устои требуют ме-
ньшего расхода бетонной кладки, но их
применение увеличивает длину моста.
Необсыпные устои чаще применяют в ма-
лых мостах при высотах насыпи Н < 6 м;
обсыпные — в средних и больших (при
> 6 м). Окончательное решение при-
нимают после технико-экономического
сравнения различных вариантов.
Размещение устоя железнодорожного
моста (путепровода) и выбор основных
размеров выполняют в такой последо-
вательности.
При проектировании фасада необсып-
ного устоя (см. рис. 16.9) от торца край-
него пролетного строения откладывают
требуемый зазор и проводят вертикаль-
ную линию шкафной стенки 2. Отметку
подферменной плиты 3 назначают с таким
расчетом, чтобы высота промежутка меж-
ду низом пролетного строения и под-
ферменной плитой 3 равнялась высоте
опорных частей 6. Глубину ниши в устое
обычно принимают равной 1,2 м. За-
тем проводят вертикальную линию
передней стенки устоя. Далее, чтобы
определить левую грань устоя, проводят
из точки А (точка пересечения передней
грани устоя с грунтом) линию откоса
насыпи с уклоном 1 : 1,25 до пересече-
ния в точке Б с горизонтальной линией,
проведенной через отметку бровки насы-
пи (Б.И.). Отметку Б. Н. можно полу-
чить, отняв из отметки подошвы рельса
(П. Р.) высоту балластной призмы (0,75—
0,9 м). При этом меньший размер при-
нимают, если высота насыпи менее 6 м,
а больший — когда высота насыпи свы-
ше 6 м.
Найдя положение точки Б и отложив
влево на рис. 16.9 по горизонтали 0,75—
1 м, получим заднюю вертикальную
грань устоя, которую рекомендуется
166
Рис 1611 Сборные устои большого моста
завести в конус на 1 м (точка В). Из точ-
ки В с целью экономии кладки можно
провести наклонную линию с уклоном
4 : 1—5 : 1 до точки Г.
Обсыпной устой проектируют анало-
гично. Положение откоса конуса насы-
пи в этом случае определяет точка Л,
которая должна отстоять от подфермен-
ной площадки не менее чем на 0,5 м.
Это требование проедохраняет опорные
части от попадания в них грунта насыпи.
На обсыпной устой действуют боль-
шие горизонтальные силы от давления
грунта и чтобы отцентрировать положе-
ние равнодействующей всех сил на пло-
щадку обреза фундамента, размер ее
по фасаду рекомендуется назначать не
менее 0,4 Н. Для выполнения этого тре-
бования передней кромке устоя придают
уклон 3:1, задней — 8:1. Окончатель-
ные размеры устоя устанавливают после
выполнения расчетов и вычисления экс-
центриситета равнодействующей всех
сил.
Ширина устоя (размер поперек оси
моста) зависит от габарита проезжей
части и расстояния между крайними
опорными частями. Для необсыпных
устоев однопутных железнодорожных мо-
стов она может быть принята в первом
приближении 330—400 см, для обсып-
ных — 450—500 см.
В настоящее время часто проектируют
устои из сборных железобетонных эле-
ментов. Устои большого моста под сов-
мещенное движение в одном уровне по-
казаны на рис. 16.11. Левые два устоя —
обсыпные под два железнодорожных
пути. Правый устой — облегченный коз-
лового типа — предназначен для авто-
дорожной части моста.
Широкое распространение получили
устои из центрифугированных железо-
бетонных оболочек (рис. 16.12).
Использование в устоях (рис. 16.13)
железобетонных оболочек малого диа-
метра, например d = 0,6 м, требует уве-
личения их количества как по фасаду,
так и в поперечном направлении.
Фундаментная плита, подферменная
площадка и крылья могут быть как мо-
нолитными, так и сборными.
Вместо оболочек часто применяют же-
лезобетонные стержни сечением 50 X
X 50 см (50 X 60 см).
Для районов вечной мерзлоты в кон-
струкцию устоев могут быть включены
железобетонные столбы сплошного се-
167
Рис 16 12 Устои из центрифугированной же-
лезобетонной оболочки большого диаметра
чения диаметром 80 см, которые вводят-
ся в предварительно пробуренные сква-
жины диаметром 90—100 см (рис. 16.14).
После установки столбов в проектное
положение зазор между скважиной и
грунтом заполняется цементно-песча-
ным раствором. Насадки и шкафные бло-
ки устоя в этих случаях выполняют в
виде сборной конструкции. Крутизну
откосов насыпи принимают более поло-
гой. В зависимости от категории грунта
она может изменяться от 1 : 1,5 до 1 : 3,
1:4, а в отдельных случаях — до
1 : 5.
В тех случаях, когда столбчатые фун-
даменты сооружают из отдельно стоящих
вертикальных столбов, а надземная
Рис. 16 13 Сборный устой козлового типа
168
Рис 16 15 Безростверковая опора
часть столбов является телом опоры,
конструкцию называют безростверковой
(рис. 16.15).
Такие типы опор экономичны как по
расходу материалов, так и по трудовым
затратам. При фундаментах глубокого
заложения безростверковые опоры поз-
воляют уменьшить в 2—4 раза потреб-
ность в бетоне и сократить продолжитель-
ность работ в 1,5—3,0 раза (по срав-
нению с массивным фундаментом).
Столбы обычно сооружают из готовых
сплошных блоков или оболочек, опу-
щенных в предварительно пробуренные
скважины без принуждения. Зазоры
между столбом и грунтом могут быть за-
полнены грунтом, сухой цементно-пес-
чаной смесью или бетонным раствором.
При благоприятных грунтовых услови-
ях такие опоры можно сооружать и с
принудительным погружением оболочек.
Если по тем или иным причинам зат-
руднительно использовать столбы из
готовых блоков или оболочек, применя-
ют буронабивные столбы. Их сооружа-
ют, заполняя предварительно пробурен-
ную в грунте скважину бетонной смесью.
В зависимости от геологических и гидро-
логических условий скважины разраба-
тывают насухо или подводным способом,
принимая меры против обрушения сте-
нок. Обычно буронабивные столбы уст-
раивают под защитой инвентарной сталь-
ной обсадной трубы, извлекаемой по
окончании работ.
Преимущество буронабивных столбов
(по сравнению с принудительно погру-
жаемыми сваями и оболочками) состоит
в возможности изготовлять нестыкован-
ные сваи — столбы большой длины. Вто-
рым преимуществом можно считать га-
рантированное сооружение столба в лю-
бых гидрогеологических условиях.
К наиболее существенным недостаткам
могут быть отнесены следующие: буро-
набивные сваи можно нагружать через
28 сут после их изготовления, т. е. после
набора бетоном расчетной прочности;
возможность появления скрытых дефек-
тов, не поддающихся контролю.
При сооружении мостов в зоне вечной
мерзлоты столбчатые опоры — единст-
венно возможный вариант.
Опыт проектирования больших и вне-
классных мостов убедительно свидетель-
Рис. 16.16. Однорядная опора железнодорож-
ного моста:
Г — насадка; 2 — железобетонные столбы; 3 — про
летное строение
ствует о целесообразности более широко-
го внедрения столбов свай, в том числе и
в фундаментах глубокого заложения.
При предварительном подборе числа
свай или столбов в опоре можно прини-
мать следующие несущие способности:
для призматических забивных свай
(35 х 35, 40 х 40 см) — 750—1250 кН;
для столбов d = 0,6 м — от 900 до
1800 кН; d = 1,6 м — от 3400 до
8500 кН; для прочно-структурного аллю-
вия — до 19 500 кН; для свай-столбов
d — 1,3-4- 1,6 м с уширением до d —
= 3,5 м — 7000 кН.
В последние годы при сооружении
малых и средних мостов часто приме-
няют однорядные конструкции опрр.
В этом случае шесть железобетонных
свай заменяют двумя мощными столбами
0,8— 1,0 м. Столбы погружают в предва-
рительно пробуренные скважины и опи-
рают на плотные грунты. Верх столбов
объединяют насадкой (рис. 16.16). Та-
кие конструкции опор широко исполь-
зовались при строительстве мостов Бай-
кало-Амурской железнодорожной маги-
страли.
Для защиты столбов промежуточных
опор от ледохода их поверхнось покры-
вают стальными листами.
При мощном ледоходе требуются бо-
лее массивные конструкции опор.
169
16.4. Расчет опор
Определение сил, действующих на
опоры. Опоры мостов работают под воз-
действием многих нагрузок, которые в те-
чение длительного срока эксплуатации
(80—100 лет) могут действовать в раз-
личных сочетаниях и с различной про-
должительностью .
Нагрузки обычно делят на три груп-
пы. К первой отнесены постоянные на-
грузки, действующие в течение всего
срока эксплуатации моста. К таким на-
грузкам относится собственный вес
конструкции, давление грунта, воздей-
ствие предварительного натяжения, гид-
ростатическое давление воды и др. Эта
группа нагрузок учитывается при всех
расчетах.
Во вторую группу включены времен-
ные нагрузки от подвижного состава и
пешеходов, действующие на сооружение
периодически. К этой группе относят
вертикальные нагрузки, горизонталь-
ное давление грунта от подвижного сос-
тава, горизонтальное продольное воз-
действие от торможения или силы тяги,
горизонтальное воздействие на сооруже-
ние, вызванное поперечными ударами
подвижного состава и др.
К третьей группе нагрузок (они клас-
сифицируются как «прочие») отнесены
воздействия с меньшей вероятностью их
приложения, в том числе и в неблаго-
приятных сочетаниях с нагрузками пер-
вой и второй групп. Значения нагрузок
третьей группы зависят от климатиче-
ской зоны, ориентации моста, уровня
сейсмичности в районе строительства,
класса реки, рельефа местности и др.
К прочим нагрузкам относят воздейст-
вие ветрового потока, давление льда,
нагрузку от навала судов, температур-
ные, сейсмические нагрузки и некоторые
Другие.
Нормативными документами регла-
ментируются различные сочетания на-
грузок, каждое из которых использует-
ся в расчете в зависимости от того, какое
предельное состояние проверяют.
Промежуточные опоры рассчитывают
отдельно при действии нагрузок поперек
моста (рис. 16.17, а) и отдельно вдоль
(рис. 16.17, б). Силы, воспринимаемые
устоем, даны на рис. 16.18, а Чтобы вы-
170
полнить расчет, необходимо найти все
силы, действующие на опору.
Нормативное значение собственного
веса частей опоры определяют по пред-
варительно назначенным размерам и
удельному весу бетона.
Нормативное значение горизонтально-
го давления грунта от собственного веса
определяют по формуле
Р=тул h19
где т — коэффициент бокового давления,
* равный tg? ^45° — <pn — нормативный
угол внутреннего трения грунта.
Эпюра горизонтального давления е
(рис. 16.18, б) представляет собой тре-
угольник с вершиной у поверхности
грунта. Равнодействующая этого давле-
ния F = bxynh приложена на уровне
центра тяжести треугольника, т. е. на
расстоянии -3 от расчетного сечения
(6 — поперечный размер (ширина)
устоя).
При расчете устоя с гранью, состоящей
из отдельных стоек с просветами между
ними, за расчетную ширину принимают
удвоенную суммарную ширину всех
стоек. Однако этот размер не должен
быть более расстояния между внешними
гранями крайних стоек.
Если за устоем стоит поезд, то дейст-
вие временной вертикальной нагрузки
преобразовывается через призму обру-
шения в горизонтальное воздействие,
которое определяют по формуле ес =
= трг, где pv — вертикальное равно-
мерно распределенное давление в‘рас-
сматриваемом слое грунта от временной
нагрузки, кПа.
При определении pv учитывают рас-
пределение нагрузки в теле насыпи.
Условно принимают, что вертикальное
давление распределяется под углом
arg tg = 0,5 к вертикали.
Эпюра горизонтального давления
грунта от временной нагрузки приведена
на рис. 16.18, в. Здесь следует иметь
в виду, что в пределах высоты hr ширина
распеределения давления меньше, чем
ширина устоя Ь, и оно полностью пере-
дается на заднюю грань устоя.
Рис. 16.17 Силы, учитываемые при расчете опоры
а — поперек моста, б — вдоль моста
В более глубоких слоях часть давле-
ния грунта, вызванного подвижной на-
грузкой, проходит мимо устоя и воспри-
нимается грунтом насыпи. Поэтому эпю-
ра горизонтального давления грунта от
временной нагрузки в пределах высоты
hx остается неизменной, а затем плавно
уменьшается.
Разобьем эпюру на две части и найдем
равнодействующие силы Fr и F2.
На глубине h вертикальное давление
2,7
= Р» 27а горизонтальноеeVfi =
= tpvh. Интенсивность временной на-
грузки > где v — эквивалентная
равномерно распределенная нагрузка,
которую берут для а —0 и I = у. Для
однопутных устоев железнодорожных мо-
стов равнодействующие прямолинейной
и криволинейной частей эпюры могут
быть определены по следующим форму-
лам:
Г1=2,7тЛ1р0; f2 = pBT/>(aA—ctj At).
Плечи их относительно основания
эпюры:
Z = h% a^~hl К1 Ь +^—^1)
2 Aa—Ajat
Значения коэффициентов а и £ при-
ведены в СНиП 2.05.03-84.
Если мост расположен на кривой,
необходимо определить центробежную
силу в виде равномерно распределенной
нагрузки, направленной от центра на-
грузки и приложенной на 2,5 м выше
головки рельса.
Для железнодорожного моста под один
путь нормативное значение центробеж-
ной силы С = 0,008 v, где и — экви-
валентная временная вертикальная на-
грузка, кН/м; V—наибольшая скорость
движения поездов (V = S^R), но не
более 120 км/ч; R — радиус кривой м.
Силы сопротивления ветровому пото-
ку принимают и виде нагрузки, равно-
мерно распределенной по расчетной по-
верхности,
= <7о kh cw,
172
где 70 — скоростной напор ветра, кПа;
Ад — поправочный коэффициент, учитываю-
щий возрастание ветрового потока по высоте;
cw — аэродинамический коэффициент.
Для индивидуальных (нетиповых) кон-
струкций нормативную интенсивность
горизонтальной поперечной ветровой на-
грузки следует принимать не менее
1,23 кПа.
Для ТИПОВЫХ конструкций <7о =
— 0,69 кПа, коэффициент kh — 1,45,
а интенсивность горизонтальной попе-
речной ветровой нагрузки не должна
приниматься менее 1,77 кПа.
Если для места применения типовых
конструкций qokh > 0,98 кПа, то конст-
рукции должны быть дополнительно про-
верены на ветровую нагрузку в районе
эксплуатации. Расчетную ветровую по-
верхность для сплошных частей вычис-
ляют отдельно для каждой части. Вет-
ровую поверхность сквозных конструк-
ций определяют, предполагая вначале,
что она сплошная, а затем умножают
полученное значение на коэффициент
сплошности. Для ферм с двумя несущими
плоскостями, с треугольной и раскосной
решетками этот коэффициент может быть
принят равным 0,2. Боковую поверх-
ность подвижного состава принимают в
виде сплошной полосы высотой 3 м с
центром тяжести, расположенным на
2 м выше головки рельса.
Ветровую поверхность проезжей час-
ти также принимают в виде сплошной
полосы, уменьшенной на площадь поло-
сы высотой 0,5 м (боковая площадь эле-
ментов нижнего пояса фермы, ранее уч-
тенная).
Поперечные горизонтальные нагрузки,
равномерно распределенные по длине
пролета, прикладывают к опоре в виде
равнодействующих сосредоточенных сил,
собирая их с пролетов, примыкающих
к опоре.
Ветровые усилия вычисляют для глав-
ных ферм 1ГГф, проезжей части Ц7ПЧ,
подвижного состава 1ГПС, опор W,.
Давление льда определяют из условия
его разрушения об опору.
Усилие, действующее на опору от
давления льда, вычисляют по формуле
Нл — тКп Rzi bh,
где tn — коэффициент формы опоры (при
полуциркульном очертании передней стенки
он равен 0,9, при заострении —- уменьшает-
ся, — климатический коэффициент, зави-
сящий от района расположения моста (1-?2);
RZ1 ~ нормативный предел прочности льда
на раздробление, принимаемый равным 735
кПа на начальной стадии ледохода (при пер-
вой подвижке), а при ледоходе на наивысшем
уровне — 441 кПа; b — ширина эпюры, м,
h — толщина льда, м, принимаемая равной
0,8 от наибольшей за зимний период.
Тормозную силу вычисляют по форму-
ле Т = vk (0,25—0,002 X), но не менее
7-0,1 цХ, где X — пролет, v — времен-
ная эквивалентная нагрузка для длины
загружения X и а = 0.
Тормозная сила должна передаваться
на опору только через неподвижную
опорную часть. Однако эксперимен-
тально установлено, что изношенные и
загрязненные подвижные опорные части
создают повышенное сопротивление про-
дольным деформациям пролетного строе-
ния, в том числе и при торможении под-
вижного состава. Поэтому условно при-
нято считать, что через скользящие опор-
ные части может передаваться 50 %
полного тормозного усилия, а через кат-
ковые — 25 %.
Если на опоре расположена подвиж-
ная опорная часть одного пролетного
строения и неподвижная другого, то
сумму тормозных усилий принимают рав-
ной полному тормозному усилию от
большего пролетного строения.
Продольное давление ветра на опору
определяют так же, как и поперечное.
Продольное давление ветра на главные
фермы — №Пр ф принимают равным
60 % от соответствующего поперечного
давления ветра, а для сплошных ба-
лок — 20 %. При расчете опор, примы-
кающих к судоходным пролетам, необ-
ходимо учесть нагрузку SHC от навала
судов. Она приложена на 2 м выше рас-
четного судоходного уровня. Нагрузку
от навала судов следует учитывать при
расчете опоры как поперек оси моста, так
и вдоль. При расчете опор несудоходных
пролетов эту нагрузку берут уменьшен-
ной в 1,5—2 раза.
Нагрузка от навала судов может ме-
няться от 150 до 2000 кН и зависит от
класса реки, типа пролета (верховой,
низовой), а также направления воздейст-
вия на опору.
Нормативные значения нагрузок ум-
ножают на соответствующие коэффициен-
ты надежности. Все воздействия, выз-
ванные подвижной нагрузкой, имеют
коэффициенты, принятые для временной
вертикальной нагрузки.
Временную вертикальную нагрузку
при расчете сквозных железобетонных
или стальных конструкций опор учиты-
вают с динамическим коэффициентом.
Определение нормальной силы и
момента М в сечениях опор при различ-
ных сочетаниях нагрузок. Зная силы,
действующие на опору и место их при-
ложения, легко найти внутренние уси-
лия N и М в любом интересующем нас
сечении. Обычно ограничиваются рас-
четом наиболее опасных сечений (напри-
мер, см. рис. 16.17, сечение /—/ по
обрезу фундамента и по подошве фунда-
мента — сечение 2—2). Расчет ведут
как на основные нагрузки, так и на их
дополнительное сочетание.
Примем, что опора расположена в су-
доходном пролете. При расчете опоры
от воздействия сил поперек моста
(см. рис. 16.17) учитывают постоянные
нагрузки от веса фермы Pg и веса частей
опоры, расположенных выше расчетного
сечения Gx и G2, опорное давление про-
летных строений от временной нагрузки
Nv, ветровую нагрузку, передаваемую
с фермы, 1Гсф, с проезжей части —
Ц7ПЧ, с подвижного состава — Ц7Пс,
с опоры— И72; 1F3, давление льда
в уровне нижнего ледохода Нл; в уровне
верхнего Ял, давление от навала судов
SHC, центробежную силу С (если мост на
кривой). При расчете опоры на действие
сил вдоль моста учитывают силы, пока-
занные на рис. 16.17, б. Кроме вышеот-
меченных сил и воздействий, необходимо
учесть тормозную силу 7, прикладывае-
мую в центре опорной части (обычно на
0,5 м выше отметки подферменной пло-
щадки).
Для определения суммарной нормаль-
ной силы в расчетном сечении необходи-
мо учесть все силы, действующие выше
расчетного сечения. Момент вычисляют
умножением силы на плечо (расстояние
от силы до центра тяжести расчетного
сечения) и последующим сложением по-
лученных величин.
173
В одном из рассматриваемых дополни-
тельных сочетаний следует учесть воз-
действие eejpa и льда Нл. При этом
загружают оба пролета подвижной (экви-
валентной) нагрузкой.
Целесообразно рассмотреть и другой
случай в этом расчете, приняв загруже-
ние двух пролетов порожняком (у =
= 14 кН/м).
Необходимо также рассмотреть воз-
действие ветра и льда на опору при от-
сутствии поезда на мосту. Последние два
сочетания могут дать наибольший момент
при уменьшенной нормальной силе и
таким образом выявить наибольший экс-
центриситет.
Давление льда учитывают отдельно
при верхнем и отдельно при нижнем ле-
доходе (Д' и Нл). Если заменить дей-
ствие ветра, и центробежной силы гори-
зонтальными ударами колес, то получим
новое дополнительное сочетание нагру-
зок, действие которых на опору также
должно быть проверено; При расчете
опоры на действие сил вдоль моста необ-
ходимо учесть следующие сочетания на-
грузок.
При расчете на основное сочетание по-
стоянных и временных нагрузок учиты-
вают опорное давление, вес пролетных
строений (обоих пролетов) Ря, Pg, собст-
венный вес частей опоры Gx и G2, опорное
давление от временной нагрузки, стоя-
щей на обоих пролетах, Рв и Рв или на
одном (большем) — Pv.
Как и при расчете опоры на действие
сил поперек моста, проверки ее выпол-
няют не только на основное сочетание
постоянных и временных нагрузок, но
и на дополнительные сочетания.
Одним из возможных дополнительных
сочетаний может быть учет, кроме по-
стоянных нагрузок Ре и SGj, временной
нагрузки на обоих (либо одном) пролете
Pv, тормозной силы Т, продольного
ветра 2Finp, а также давление льда
Нл или Нл. Тормозную силу выбирают
такого направления, при котором она
дает наибольшее значение момента. Зна-
чение тормозной силы зависит от числа
загруженных пролетов и типа опорных
частей, размещенных на оголовке рас-
считываемой опоры.
Чтобы проверить работу опоры на
навал судов SHC, необходимо в любом из
174
интересующих нас дополнительном соче-
тании вывести из расчета тррйозную си-
лу, а также давление, ветра и льда, так
как совместно эти нагрузки не учиты-
вают.
При расчете обсыпного устоя усилия
N и М обычно определяют для трех ха-
рактерных сечений (см. рис. 16.18):
1—1; 2—2; 3—3. При этом стремятся
устой запроектировать так, чтобы при
неблагоприятных сочетаниях нагрузки
равнодействующая всех сил не выходила
из ядра сечения.
При учете только постоянных нагру-
зок в расчет вводят веса частей устоя
2Сг (выше расчетного сечения), вес грун-
та, расположенного над устоем, Grp, го-
ризонтальное давление грунта на зад-
нюю грань устоя е, давление, передавае-
мое с пролетного строения (от собствен-
ного веса) Ng. Устои проверяют также
на действие постоянных и временных
нагрузок (основное сочетание). При этом
следует выполнить расчет для двух под-
вариантов. В первом — подвижную на-
грузку располагают на пролете, устое и
призме обрушения с длиной загружения,
равной во втором — подвижную на-
грузку размещают только за устоем (на
призме обрушения). Чтобы проверить
работу устоя под действием основных и
дополнительных нагрузок, необходимо
к основному сочетанию добавить тормоз-
ную силу, которую можно направить
как в сторону пролета, так и в сторону
насыпи. В последнем случае коэффициент
бокового давления грунта т должен быть
принят минимальным.
Работу устоя проверяют также на
стадии, когда насыпь еще не отсыпана.
При этом учитывают только вертикаль-
ные постоянные нагрузки. Найдя нор-
мальную силу N и момент М, определяют
эксцентриситет е = M]N. Полученную
величину сравнивают с предельными
значениями, приведенными в СНиП
2.05.03-84.
Наибольший относительный эксцент-
риситет (у) для промежуточных опор же-
лезнодорожных мостов при учете только
постоянных нагрузок не должен превы-
шать 0,1, а при учете постоянных и вре-
менных в наиболее невыгодном сочета-
нии — 1,0. Для устоев эта величина не
должна выходить за пределы соответст-
венно 0,5 и 0,7. Величина г — радиус
ядра сечения, равен W/A, где W — мо-
мент сопротивления подошвы фундамен-
та; А — площадь подошвы фундамента.
Проверка прочности, устойчивости и
трещиностойкости опор. В сечениях про-
межуточных опор и устоев действуют
нормальные силы и изгибающие моменты.
Опоры рекомендуется рассчитывать и
конструировать как железобетонные, ес-
ли процент армирования при lbli^ 35
составляет 0,1 %, а при IJi > 35—
0,2 %, где l0/i — гибкость элемента
(Zo — свободная длина; i — наимень-
ший радиус инерции расчетного сечения).
Бетонные и железобетонные конструк-
ции опор можно рассчитывать только на
прочность, если е > 1/400 10, при этом
бетон растянутой зоны в расчете не учи-
тывается. В тех случаях, когда величина
е < г, требуется проверка не только
прочности, но и устойчивости. Здесь г —
радиус ядра сечения.
Расчет на устойчивость выполняют по
формуле N ф/Мь, где ф < 1 — коэф-
фициент продольного изгиба.
Опоры с предварительным напряжени-
ем рабочей арматуры рассчитывают как
предварительно напряженные внецент-
ренно-сжатые конструкции. С целью
упрощения расчета эпюру напряжений
в бетоне сжатой зоны принимают прямо-
угольной, а наибольшее напряжение —
расчетному сопротивлению бетона Rb.
При этом условие прочности
N^RbAb,
где N — нормальная’ сила, — расчет-
ное сопротивление бетона сжатию; Аь —
площадь сечения сжатой зоны бетона, опре-
деляемая из условия, что сила N проходит
через центр тяжести сжатой зоны
Чтобы определить площадь сжатой
зоны, необходимо знать эксцентриситет
нормальной силы. Наибольший эксцен-
триситет е включает в себя эксцентриси-
тет, вызванный внешними силам ен =
= М/N, а также случайными обстоя-
тельствами — есл. Случайный эксцентри-
ситет, если точное значение его неиз-
вестно, может быть задан. Рекомен-
дуется назначать есл > 1/200 h опоры
или есл > 1/80 высоты сечения.
В высоких опорах вычисленный та-
ким образом эксцентриситет может уве-
личиться за счет смещения верха опоры
относительно расчетного сечения. Это
смещение, обусловленное продольным из-
гибом, учитывается коэффициентом
Условная критическая сила опреде-
ляется по формулам:
для бетонных элементов
/ 0J1 I п 1 У ПК п
= т./з КП?-'0’1 ’ °6-1)
для железобетонных элементов
6,4ЕЬ [ Jb / 0,11
0.1+6/Ф,, ‘'“'T'
+«id, (16.2)
где ф/ и фр — коэффициенты, учитываю-
щие влияние длительного действия нагрузки
на размер эксцентриситета; б — поправоч-
ный коэффициент, зависящий от геометриче-
ских параметров опоры и класса бетона;
Еъ — модуль упругости бетона; — момент
инерции расчетного сечения; /0 — свободная
длина опоры; = ; 1$ — момент инерции
ЕЬ
арматуры относительно центра тяжести рас-
четного сечения.
Для невысоких массивных опор крити-
ческая сила
0,65л2 1Ь
Для высоких опор критическая сила
может возрасти в 3—6 раз и ее вычис-
ляют по формулам (16.1) и (16.2).
Кроме расчета на прочность и устой-
чивость, выполняют проверку на опро-
кидывание
где е — эксцентриситет нормальной силы
относительно центра тяжести сечения; у —
расстояние от центра тяжести до наиболее
сжатой грани сечения; у0 — коэффициент на-
дежности, равный 1,2 (для стадии эксплуата-
ции).
В отдельных случаях, кроме расчетов
на прочность и устойчивость, выполняют
расчет на трещиностойкость, который
’ 175
может оказаться определяющим при наз-
начении основных размеров опор.
Категории требований по трещиностой-
кости зависят от применяемой арматуры
и условий работы элемента моста.
Образование продольных трещин не
допускается. Для выполнения этого тре-
бования ограничивается значение сжи-
мающих напряжений оь,шс.
Поперечная трещиностойкость оцени-
вается расчетными значениями растяги-
вающих и сжимающих напряжений в бе-
тоне, расчетной шириной раскрытия тре-
щин и сжимающими в зоне трещины
напряжениями при отсутствии временной
нагрузки.
В составных предварительно напря-
женных элементах мостов растягивающие
напряжения не допускаются. В предва-
рительно напряженных элементах
опор железнодорожных мостов (катего-
рия трещиностойкости 2а) растягиваю-
щие напряжения в бетоне могут быть до-
пущены, но не более 0,4 Rbt,Sej-
При армировании элементов напря-
гаемой стержневой арматурой эта вели-
чина не должна превышать 1,4 Rbt?ser>
а предельно допустимое раскрытие тре-
щины Лсг < 0,015.
При отсутствии временной нагрузки
минимальные сжимающие напряжения
должны быть не менее 0,1 Rh (для классов
ВЗО и ниже) и не менее 1,6 МПа — при
классах В35 и выше.
Элементы опор с ненапрягаемой арма*
турой рассчитывают по категории тре-
щиностойкости Зв, при этом предельное
раскрытие трещины не должно превы-
шать 0,015—0,020 см. Более точно пре-
дельное значение раскрытия трещины
назначают в зависимости от условий ра-
боты данного элемента (например, в зоне
ледохода или промерзания грунта не
более 0,015 см, а вблизи водохранилищ
при числе циклов замораживания и
оттаивания более 50 в год не более
0,010 см).
Раскрытие трещины определяют по
формуле
«с/
где о — наибольшее растягивающее на-
пряжение в арматуре; Е — модуль упруго-
сти арматуры; Ф — коэффициент раскрытия
трещин, зависящий от радиуса армирования;
176
Дсг — предельное значение расчетной шири*
ны раскрытия трещины.
Несущая способность основания под
подошвой фундамента мелкого заложе-
ния или фундамента опускного колодца
будет обеспечена, если выполнены ус-
ловия
R (Яс) wc Я (Яс)
р __ или ртах ,
Тп Уп
где р и ртах “ соответственно среднее и
максимальное давление фундамента на осно-
вание, кПа; R (Rc) — расчетное сопротивле-
ние основания осевому сжатию, кПа, уп —
коэффициент надежности, принимаемый 1,4,
тс — коэффициент условий работы, завися-
щий от типа грунта и учитываемого сочетания
нагрузок и равный 1,0 — 1,2.
Глава 17
ОПОРНЫЕ ЧАСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ БАЛОЧНЫХ
МОСТОВ
17.1. Назначение опорных частей
и их размещение
Опорные части мостов в зависимости
от функций, на них возложенных, де-
лятся на подвижные и неподвижные
(рис. 17.1). Конструкция подвижных
опорных частей должна удовлетворять
следующим требованиям: а) обеспечивать
свободное продольное перемещение опор-
ного сечения пролетного строения, обус-
ловленное деформацией от нагрузки и
температурных воздействий; б) обеспе-
чивать беспрепятственный поворот опор-
ного сечения пролетного строения на
угол а, возникающий от изгиба пролет-
ного строения; в) препятствовать смеще-
нию пролетного строения в поперечном
к оси моста направлении. В широких
мостах при В >15 м требуются опорные
части другого типа, обеспечивающие бес-
препятственную деформацию пролетного
строения не только в продольном, но и
в поперечном направлениях (рис. 17.2);
г) передавать сосредоточенные опорные
давления с пролетного строения на опо-
ру, распределяя его на определенную
расчетом опорную площадку.
Конструкции неподвижных опорных
частей должны обеспечивать требования
б, в, г, предусмотренные для подвижных
опорных частей и, кроме того, фиксиро-
б)
вать пролетное строение на опоре. Этот
тип опорных частей должен обеспечивать
восприятие и передачу на опору гори-
зонтальной силы Т, возникающей от
торможения поезда на мосту, силы тяги,
ветровой и других нагрузок.
Схемы опирания пролетных строений
разных систем на опорные части приве-
дены на рис. 17.1.
Размещать опорные части в плане сле-
дует таким образом, чтобы ожидаемые
деформации пролетного строения вызы-
вали возможно меньшие дополнитель-
ные усилия.
Стальные пролетные строения при
сравнимых условиях легче и податли-
вее, чем бетонные. Поэтому в широких
железобетонных мостах опорные части
должны допускать продольное и попереч-
ное вращения.
Пример опирания пролетного строе-
ния многопролетного моста при ширине
более 15 м приведен на рис. 17.2.
При наличии в консольных системах
подвесных пролетных строений с целью
сохранения неизменным расстояния меж-
ду осями опорных плит опорных частей,
устанавливаемых под подвесным пролет-
ным строением, неподвижные опорные
части анкерных пролетов ставят со сто-
роны консолей (рис. 17.1, а). Изготовле-
ние и установка опорных частей требу-
ют высокой квалификации, так как на-
дежность работы пролетных строений
в значительной степени определяется
условиями их опирания.
17.2. Виды опорных частей
Опорные части изготовляют из раз-
ных материалов: стали, железобетона,
резины и др. С целью снижения сил тре-
ния в современных опорных частях ши-
роко используют фторопласт и другие
синтетические материалы.
Углы поворота опорных сечений, про-
дольные деформации пролетных строе-
ний и опорные реакции зависят от жест-
кости пролетного строения, длины про-
лета и обращающейся нагрузки. Поэто-
му для небольших пролетных строений
(до 9 м включительно) допускается уст-
ройство недорогих, простых в изготов-
лении и эксплуатации плоских опорных
частей из стальных листов толщиной не
менее 20 мм.
В нижний стальной лист впрессовы-
вают штырь диаметром 50 мм, а в верх-
нем листе просверливают круглое от-
верстие в неподвижной опорной части и
вырезают овальное в подвижной.
Для уменьшения сил трения между
листами могут быть проложены асбесто-
вые прокладки. Установка нижнего ли-
ста производится на предварительно вы-
ровненную бетонную поверхность под-
ферменнбй площадки.
Плотность опирания опорной части на
подферменную плиту может быть обес-
печена разными способами: обработкой
бетонной поверхности бучардой, под-
сыпкой сухого цемента, подливкой це-
ментного раствора, применением свин-
цовых прокладок.
177
Рис 17.3 Опорные части тангенциального типа:
а — фасад неподвижной опорной части; б — фасад подвижной опорной
моста подвижной и неподвижной опорных частей
части, в — вид поперек
Для пролетных строений пролетами
9—18 м используют стальные опорные
части тангенциального типа (рис. 17.3).
Толщину стальных листов в этом типе
опорных частей принимают обычно не
менее 50 мм. Нижний лист обрабатывают
по круговой кривой. Фиксация верхнего
балансира, как и в плоских опорных
частях, обеспечивается с помощью сталь-
ного штыря, запрессованного в нижний
балансир Стальные опорные части вы-
пускают двух типов: литые и сварные.
Для литых используют сталь 25Л. Свар-
ные могут быть изготовлены из прокат-
ной стали.
Для опирания железобетонных про-
летных строений длиной более 18 м и
стальных длиной более 25 м используют
катковые опорные части. В зависимости
от опорной реакции число катков может
меняться от одного до четырех. Диаметр
катков обычно принимают 100—200 мм.
В многокатковых опорных частях с
целью уменьшения размеров баланси-
ров применяются срезанные катки.
Подвижные опорные части могут быть
секторными (рис. 17.4, а). В этом типе
опорных частей угол поворота обеспечи-
вается шарниром, а продольное переме-
щение — сектором.
Для пролетных строений больших
длин обычно применяют шарнирно-
катковые подвижные опорные части
(рис. 17.4, б) или опорные части стакан-
ного типа (рис. 17.4, в). В опорных ча-
стях стаканного типа угол поворота обес-
печивается деформацией резинового
вкладыша, а продольное смещение—фто-
ропластовой прокладкой, имеющей низ-
кий коэффициент трения. Подвижные и
неподвижные опорные части могут иметь
различную высоту. В этом случае под-
ферменные площадки одной опоры раз-
мещают на разных отметках, что создает
дополнительные трудности при бетони-
ровании оголовка опоры. Избежать этого
Рис. 17.4. Опорные части под пролетные строения средних и больших пролетов
178
можно, назначив высоты подвижных и
неподвижных опорных частей одинако-
выми.
В настоящее время наряду с тради-
ционными металлическими опорными ча-
стями все чаще применяются опорные
части из полимерных материалов. В за-
висимости от конструктивного оформле-
ния полимерные опорные части могут
быть деформируемыми, скользящими и
комбинированными. Полимерные опор-
ные части обладают большими возмож-
ностями, чем стальные. Легко, например,
обеспечить линейные и угловые переме-
щения во всех направлениях, так как
угловые осуществляются путем измене-
ния формы эластичного материала опор-
ной части — резины. Для увеличения
прочности материалов опорной части ее
армируют тонкими стальными листами
(6 = 0,84-2 мм), завулканизированными
через 5—25 мм (рис. 17.4, г).
Скользящие опорные части имеют ан-
тифрикционную прокладку из фторо-
пласта (рис. 17.4, д). Комбинированные
опорные части выполняют из резиновых
и стальных элементов с включением фто-
ропластовых прокладок (рис. 17.4, е).
Имея много преимуществ, резинометал-
лические опорные части обладают од-
ним существенным недостатком — упру-
гие и прочностные характеристики рези-
ны зависят от температуры окружающей
среды. Это уменьшает надежность их
работы при отрицательных температу-
рах. Поэтому в железнодорожных мо-
стах, как правило, применяют более
надежные стальные опорные части.
17.3. Конструкция опорных частей
Проектными организациями разрабаты-
ваются как типовые,так и индивидуаль-
ные проекты конструкций опорных ча-
стей. Стандартные опорные части, изго-
товленные по типовым проектам, при-
меняются для типовых железобетон-
ных и металлических пролетных строе-
ний.
Конструкция тангенциальных опор-
ных частей приведена на рис. 17.3. Под-
вижная опорная часть отличается от не-
подвижной наличием овального отвер-
Рис. 17 5 Катковые опорные части
стия в верхнем балансире размером вдоль
пролета 100 мм.
Катковая опорная часть (рис. 17.5)
предназначена для опирания балок дли-
ной 24 м из предварительно напряжен-
ного железобетона.
На рис. 17.6 приведена конструкция
секторных литых опорных частей, при-
меняемых при пролете более 18 м.
В неподвижной опорной части отсут-
ствует секторный балансир. Верхняя
плита сопрягается с нижней посредством
стального шарнира.
При незначительных опорных давле-
ниях (до 2000 кН) может быть применена
однокатковая подвижная опорная часть.
Опорная часть в этом случае состоит из
верхнего балансира, катка диаметром
200 мм и нижней опорной плиты. Для
фиксации верхнего балансира относи-
тельно нижней плиты в опорной плите
и балансире предусмотрены шпонки, а в
катке — шлиц.
Для предотвращения угона катков в
продольном направлении служат сталь-
ные планки, приваренные к торцам кат-
ков. Планки входят в пазы верхнего ба-
179
Рис. 17.6 Опорные Части секторного типа:
лансира и нижней плиты. Под пролет-
ные строения больших пролетов (метал-
лических и железобетонных мостов) ус-
танавливают шарнирно-катковые опор-
ные части (рис. 17.7). Опорные части та-
кого типа имеют два балансира (верх-
ний и нижний), которые сопрягаются
с помощью шарнира или аналогично тан-
генциальным опорным частям. Оба типа
сопряжений обеспечивают беспрепятст-
венный поворот конца пролетного строе-
ния. Продольное перемещение обеспечи-
вается катками, на которые опирается
нижний балансир.
Фиксация балансиров и катков от по-
перечного смещения обеспечивается про-
Рис. 17.7. Шарнирно-катковая * опорная часть
большой грузоподъемности
180
дольными шпонками, а также пазами
в катках. На торцах катков прикрепле-
ны (сваркой или болтами) стальные план-
ки, предотвращающие завал катков.
Защита опорных частей от загрязне-
ния осуществляется с помощью футляра
из листовой стали.
17.4. Основные положения расчета
опорных частей
Минимальные размеры опорных ча-
стей определяют расчетом на прочность.
Обычно наибольший размер опорной
части вдоль пролета назначают не более
удвоенного размера опорной площадки
до линии опирания верхнего балансира
(С < 2 Я, рис. 17.8, б).
Размер опорной части поперек оси
моста зависит от ширины нижнего поя-
са пролетного строения.
Опорные части, устанавливаемые под
типовые железобетонные пролетные
строения, имеют размеры, равные ширине
нижнего пояса. Опорные части для
типовых металлических ферм имеют
размер на 10—30 см больше ширины ниж-
него пояса. ~
В других случаях размер опорных
частей в поперечном направлении опре-
деляется расчетом, как правило, на смя-
тие бетона над опорной частью и под
ней.
Расчет опорных частей носит условный
характер с применением упрощенных
расчетных схем (рис. 17.8, а—д).
Достаточность назначенного размера
верхнего балансира устанавливается рас-
четом на изгиб его консольной части
(см. рис. 17.8, а).
После определения изгибающего мо-
мента вычисляют нормальные напря-
жения
М
где М наибольший изгибающий момент;
W — момент сопротивления расчетного сече-
ния балансира, — расчетное сопротивле-
ние на изгиб стали балансира.
Размер а верхнего балансира опреде-
ляют из условия смятия материала про-
летного строения (стали или железобе-
тона).
Длина нижнего балансира зависит от
числа катков и их смещения (вдоль про-
лета моста).
Расстояние в свету между катками на-
ходят из условия надежной работы кат-
ков, т. е. обеспечения возможности их
поворота в безопасных пределах (при
наибольшем наклоне от линии касания
до края катка должно оставаться ре-
зервное расстояние не менее 25 мм). Ис-
комое расстояние зависит также от от-
ношения ширины катка к его диаметру.
Обычно расстояние между катками в
свету назначают равным 25 мм для круг-
лых и 50 мм для срезных.
Напряжения по линии касания ци-
линдрической поверхности катка с пло-
скостью определяют по формуле
1,25г/ </?срт’
где — нагрузка на один каток; г — ра-
диус катка, I — длина катка или шарнира;
Rcp — расчетное сопротивление при смятии
стали.
Диаметр катка или радиус закругле-
ния шарнирного сопряжения верхнего
и нижнего балансиров можно определить
по наибольшему диаметральному на-
пряжению сжатия при свободном каса-
нии
cr = PK/2rZ^m/?cd,
где — нагрузка на один каток (балан-
сир), кН; г — радиус катка или цилиндриче-
ского закругления нижнего балансира, см;
I — длина катка (или линии соприкоснове-
ния), см; т — коэффициент условий работы;
/?cd — расчетное сопротивление материала
катка (балансира), МПа.
Площадь нижней подушки определяют
по условию смятия бетона подфермен-
ника. Размере должен быть достаточным
для размещения катков и анкерных
болтов.
Толщину нижней опорной плиты на-
значают, как правило, не менее 50—
70 мм и проверяют расчетом, рассматри-
вая плиту как балку с опорами в месте
опирания катков и с нагрузкой — реак-
цией подферменной плиты.
Расчет неподвижных опорных частей
выполняют аналогично.
Глава 18
КОНСТРУКЦИЯ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ
18.1. Общие сведения
Трубы представляют собой малые во-
допропускные сооружения, расположен-
ные в насыпях дорог. Они, как правило,
состоят из следующих основных частей:
входного и выходного оголовков (для
плавного ввода и вывода водного пото-
ка), секций трубы (для возможности
независимой осадки) и фундамента
(рис. 18.1).
Водопропускная способность труб за-
висит от формы и размера отверстия,
181
Таблица 18.1
Показатели
Размер отверстия, м
Глубина воды перед трубой, м
Скорость течения воды на выходе из
трубы, м/с
Расход воды, м3/с
типа оголовков, глубины воды перед
трубой, скорости течения воды на вы-
ходе из трубы и других условий.
В табл. 18.1 приведены гидравлические
характеристики наиболее распростра-
ненных безнапорных труб с круглым и
прямоугольным отверстиями с раструб-
ными оголовками и повышенными вход-
ными звеньями.
Величину отверстия трубы определяют
гидравлическим расчетом в зависимости
от расчетного расхода водного потока,
допускаемой скорости течения воды и
других условий.
Длина средней части трубы опреде-
ляется шириной насыпи по подошве и
длиной входного и выходного оголов-
ков. Для исключения изгиба трубы рас-
членяют на секции длиной не более 5 м.
Швы между секциями и звеньями запол-
няют упругим гидроизоляционным мате-
риалом, чтобы вода из труб не проникала
в насыпи и не разжижала грунт. Сопри-
касающиеся с грунтом поверхности труб
покрывают гидроизоляцией, чтобы вода
из насыпи не разрушала кладку труб.
Во избежание застоя воды после осад-
ки секции трубы укладывают со строи-
тельным подъемом по круговой кривой;
при этом отметку лотка посередине тру-
бы назначают меньше отметки лотка
входного оголовка и больше — выход-
ного.
Высоту насыпи у труб принимают не
менее высоты трубы плюс толщина за-
сыпки, которая должна быть не менее
1,0 м, считая от верха звена трубы до
подошвы рельсов. Кроме того, высота
насыпи должна быть не менее глубины
воды (подпора) перед трубой с учетом
высоты волны плюс возвышение бровки
земляного полотна, которое принимают
Рис. 18.1. Схема водопропускной трубы и формы ее отверстия:
а — продольный разрез трубы; б — круглая; в — прямоугольная; г — трапецеидальная; д — треуголь-
ная; е — овоидальная; ж — с вертикальными стенами и сводом; з — эллиптическая; и — арочная;
/ — поверхность потока при безнапорном режиме протекания воды; II — то же при полунапорном
режиме; III — то же при напорном режиме; 1 — подводящее русло; 2 — входной оголовок; 3 —
секция трубы; 4 звено трубы; 5 — деформационный шов; 6 — гидроизоляция; 7 — выходной ого-
ловок; 8 — фундамент; 9 — укрепление отводящего русла; 10 — ковш с камнем
182
не менее 0,5 м, а при полунапорном и
напорном режимах — не менее 1 м
(см. рис. 18.1).
В зависимости от скорости течения
воды на выходе из трубы отводное русло
и откосы насыпи у трубы укрепляют
одерновкой, каменным мощением или
бетонными плитами. Для сокращения
размеров укрепления устраивают ковш,
заполненный камнем. Глубину ковша
принимают равной глубине местного раз-
мыва грунта у конца укрепления. При
необходимости перед входом в трубу уст-
раивают сквозное ограждение для за-
щиты трубы от засорения. У каждого
конца трубы при высоте насыпи более
2 м на железных дорогах устраивают,
как правило, один постоянный лестнич-
ный сход шириной 0,75 м.
Трубы применяют в любых климати-
ческих, топографических и геологиче-
ских условиях, на любых участках Плана
и профиля дорог, при весьма значитель-
ной высоте насыпи для пропуска малых
периодически действующих и постоян-
ных водотоков, но при отсутствии ледо-
хода или корчехода. Трубы также при-
меняют для пешеходных переходов и
скотопрогонов, для проезда автотранс-
портных средств и сельскохозяйствен-
ных машин, для прокладки трубопрово-
дов и других коммуникаций.
Водопропускные трубы имеют неслож-
ную, надежную и долговечную конструк-
цию. Их можно возводить индустриаль-
ным, комплексно-механизированным, по-,
точно-скоростным методом, существенно
снижающим трудоемкость и продолжи-
тельность строительства.
Выбор между трубой и мостом произ-
водят на основании сравнения их тех-
нико-экономических показателей. На ма-
лых водотоках трубы обычно имеют мень-
шую стоимость, чем мосты. С увеличени-
ем высоты насыпи выгодность примене-
ния труб, как правило, возрастает.
Эксплуатация труб проще и дешевле,
чем мостов. Путь над трубами имеет
такую же конструкцию, как на приле-
гающей насыпи, что упрощает его содер-
жание. Трубы менее, чем мосты, чувстви-
тельны к динамическому воздействию и
увеличению временной подвижной на-
грузки. Усиление и реконструкция труб
сложнее и дороже, чем мостов, поэтому
проектирование труб требует повышен-
ного внимания.
Благодаря хорошим строительным и
эксплуатационным качествам трубы яв-
ляются наиболее распространенными во-
допропускными сооружениями. В зави-
симости от рельефа местности на 1 км
дороги приходится от 0,4 до 1,2 трубы.
Количество труб на дорогах нашей стра-
ны составляет примерно 70 % всех во-
допропускных сооружений.
Виды труб. В зависимости от режима
протекания воды трубы делятся на без-
напорные, работающие неполным
сечением, аналогично водосливу с ши-
роким порогом; полунапорные,
работающие полным сечением на входе
в трубу и неполным на остальном протя-
жении подобно истечению воды из-под
щита, и напорные, работающие пол-
ным сечением на всем протяжении
трубы, как насадки большой длины
(см. рис. 18.1).
По форме отверстия трубы разделяют-
ся на круглые, прямоугольные, трапе-
цеидальные, треугольные, овоидальные,
с вертикальными стенками и сводами,
эллиптические и др. (см. рис. 18.1). Пря-
моугольные трубы имеют большую во-
допропускную способность, чем круглые
(см. табл. 18.1).
По числу отверстий трубы бывают од-
но-, двух- и трехочковыми. Многоочко-
вые трубы не рекомендуются из-за воз-
можной неравномерности пропуска воды
их, отверстиями, увеличения скорости
сечения на выходе из некоторых отвер-
стий и размыва русла.
Трубы могут быть с оголовками и без
них. Применение оголовков повышает
водопропускную способность труб.
В зависимости от положения откосных
стенок (крыльев) оголовки делятся на
портальны е — со стенкой, перпен-
дикулярной оси водотока (рис. 18.2, а);
раструбные — со стенками, рас-
положенными под углом к продольной
оси трубы (рис. 18.2, б), и кори-
дорные — со стенками, параллель-
ными оси трубы (рис. 18.2, в). Раструб-
ные оголовки обеспечивают плавйый
ввод водного потока в трубу, оказывают
меньшее сопротивление потоку, что по-
вышает водопропускную способность
труб. Верх стенок может быть горизон-
183
тальным или наклонным, срезанным
в плоскости откоса насыпи, что сокра-
щает расход материалов.
По виду входного звена оголовки бы-
вают с нормальным звеном, вы-
сота которого равна высоте звеньев сред-
ней части трубы (рис. 18. 2, в); с п о -
в ы ш е н н ы м звеном (рис. 18.2, <?) и
с коническим звеном (рис. 18.2, е).
Трубы с повышенным и коническим вход-
ным звеном имеют большую водопропу-
скную способность, чем с нормальным
звеном.
На водотоках с незначительными рас-
ходами трубы могут быть без оголовков
с вертикальным срезом, высту-
пающим из насыпи (рис. 18.2, ж) или
иметь воротниковые оголовки с
наклонным срезом в плоскости откоса
насыпи (рис. 18.2, з), а также с п о в ы -
щенным или коническим
звеном без откосных сте-
нок (рис. 18.2, и). Водопропускную
способность труб без оголовков с верти-
кальным торцом (см. рис. 18.2, ж) мож-
но увеличить примерно на 18 % устрой-
ством горизонтальной * диафрагмы на
входном звене.
По материалу трубы делятся на дере-
вянные, каменные, бетонные, железобе-
тонные и металлические. Кроме того,
трубы могут быть из пластмассы и дру-
гих материалов.
В зависимости от инженерно-геологи-
ческих условий трубы могут быть с фун-
даментами на естественном основании
или со свайными фундаментами, а также
без фундаментов с укладкой звеньев на
железобетонные плиты или лекальные
блоки либо на грунтовые подушки или
ложе, спланированные по очертанию
трубы.
По способу постройки трубы разде-
ляются на сооружаемые из материалов
184
на месте и сборные из блоков, изготов-
ляемых на заводе. /
В зависимости от климатических усло-
вий эксплуатации трубы бывают обыч-
ного и северного исполнения.
Для пропуска небольших водотоков
через неглубокие выемки устраивают
дюкеры, состоящие из двух колодцев,
соединенных трубой, проходящей под
полотном дороги. Иногда трубы заклады-
вают в фильтрующие насыпи для пропус-
ка высоких вод.
Трубы, как правило, располагают пер-
пендикулярно коси дороги, но при косом
пересечении глубоких оврагов устраи-
вают косые или криволинейные трубы,
а на крутых склонах местности — косо-
горные трубы.
Косые трубы. Эти трубы могут иметь
индивидуальные оголовки (рис. 18.3, а)
или клиновидные звенья в средней час-
ти (рис. 18.3, б). Применение индиви-
дуальных оголовков улучшает гидрав-
лические характеристики, но усложняет
конструкцию и увеличивает длину труб.
Трубы с клиновидными звеньями име-
ют простые оголовки, но меньшую водо-
пропускную способность.
Косогорные трубы. Такие трубы уст-
раивают на пересечениях дорог с малы-
ми бурными водными потоками с про-
дольным уклоном русла более 0,02. Эти
Рис. 18.3. Схемы косых труб:
а — с индивидуальными оголовками; б — с клино-
видными звеньями;
1 — ось дороги; 2 ось трубы; 3 — откосная стенка
оголовка; 4 — клиновидное звено
трубы обычно имеют следующие конст-
руктивные части: быстроток с входным
участком, переходное устройство от бы-
стротока к трубе, среднюю часть трубы,
гаситель энергии водотока на выходе из
трубы и отводное русло с укреплением
(рис. 18.4). В зависимости от местных
условий некоторые из этих частей могут
отсутствовать. При больших уклонах
русла трубы обычно имеют на входе и
выходе водобойные колодцы или шахты.
Быстротоки представляют со-
бой сборные железобетонные Или моно-
литные бетонные лотки с вертикальными
или наклонными стенками и обычно с ше-
роховатым дном для уменьшения ско-
рости течения воды. Переход от быстро-
185
Рис. 18.5. Поперечные разрезы деревянной и каменных труб:
а — прямоугольная деревянная труба; б — каменная овоидальная труба; в — то же с вертикальны-
ми стенками и Сводом;
/ — подготовка из щебня или гравия с глиной; 2 — лежень; 3—-рама; 4 — обшивка, 5 — слой мятой
глины; £ —фундамент; 7 — свод; 8 — гидроизоляция; 9 — стена; 10 — лоток
токов к трубе осуществляют плавным
уменьшением поперечного сечения пото-
ка с помощью прямолинейных или кри-
волинейных, вертикальных или наклон-
ных стенок.
Для уменьшения скорости течения
воды создают повышенную шерохова-
тость поверхностей труб устройством сту-
пеней, порогов и ребер. Не допускаются
устройства, способствующие отложению
наносов, застою и замерзанию воды.
Пороги должны иметь прорези для пол-
ного стока воды. Трубы с повышенной
шероховатостью не применяют на водо-
токах, несущих гравийно-галечные грун-
ты. Поперечные пороги и ребра допу-
скаются на быстротоках и в трубах от-
верстием не менее 1,25 м, если это не
вызывает больших затрат на очистку от
наносов и льда.
Гасители энергии потока устраивают
для уменьшения скорости течения воды
на выходе из трубы и сокращения раз-
меров укрепления отводящего русла.
Гасители представляют собой раструб
с вертикальными стенками из сборного
железобетона или монолитного бетона.
Применяют следующие типы гасителей
энергии потока: I — с водобойными по-
рогами у выхода из трубы и в конце га-
сителя; II — с одним порогом в конце
гасителя (см. рис. 18.4); III — с повы-
шенной шероховатостью лотка. Длину й
высоту стенок гасителя назначают в со-
ответствии с очертанием поверхности
воды на выходе из трубы.
Для железных и автомобильных дорог
разработан типовой проект косогор-
ных унифицированных сборных железо-
186
бетонных, круглых и прямоугольных
труб, быстротоков, водобойных колод-
цев и гасителей энергии потоков для раз-
личных климатических, топографиче-
ских и геологических условий.
Деревянные трубы. Эти трубы обычно
имеют прямоугольное, трапецеидальное
или треугольное отверстие. Они состоят
из лежней, рам и обшивки (рис. 18.5, а).
Лежни из бревен укладывают на сплани-
рованный грунт или глинистую подушку
толщиной 0,5—0,75 м. Рамы изготовля-
ют из бревен или брусьев и ставят на
расстояниях 1,0—1,5 м. Элементы труб
соединяют простейшими врубками с ми-
нимальным применением металлических
скреплений. Обшивку делают из пластин
или толстых досок. Поверху обшивки
укладывают слой мятой глины толщиной
0,2—0,3 м. Круглые трубы состоят из
кольцевых кружал, обшитых горбылем
или досками. Оголовки труб представ-
ляют собой портальные или раструбные
стенки из свай и обшивки. Перед трубой
в грунте устраивают шпунтовую стенку.
Деревянные трубы имеют малую стои-
мость, трудоемкость и продолжитель-
ность строительства. Их можно возводить
из местных материалов и в любое время
года. Из-за гниения деревянные трубы
имеют незначительный срок службы
(4—6 лет). Ремонт и замена их сопряже-
ны со значительными трудностями. Поэ-
тому деревянные трубы могут применять-
ся только на временных дорогах.
Каменные трубы. Эти трубы име-
ют овоидальные (рис. 18.5, 6) или с
вертикальными стенками и сводами
(рис. 18.5, в) отверстия шириной от 1 до
6 м. Они бывают одно- или двухочковыми
водопропускной способностью до 130м3/с.
Своды труб принимают параболическо-
го, эллиптического, коробового или дру-
гого очертания, приближающегося к кри-
вой давления от нагрузок на трубу, для
уменьшения изгибающих моментов в се-
чениях сводов. В зависимости от геологи-
ческих и климатических условий своды
опирают на сплошные или раздельные
фундаменты или на вертикальные стены
(см. рис. 18.5). Трубы состоят из секций
длиной от 3 до 6 м, покрытых гидроизо-
ляцией. Каменные трубы имеют пор-
тальные, раструбные, коридорные и во-
ротниковые оголовки с нормальными
или повышенными входными звеньями.
Видимые поверхности оголовков обычно
облицовывают тесаным камнем.
Овоидальные трубы имеют
суживающиеся кверху отверстия, что
снижает их водопропускную способ-
ность. Для большого объема сложной
кладки сводов требуется труд высоко-
квалифицированных каменщиков. Глу-
бокий лоток этих труб увеличивает объем
работ по планировке и укреплению под-
водящего и отводящего русел, поэтому
работа по постройке овоидальных труб
очень трудоемка и продолжительна.
Трубы с вертикальными
стенками обычно имеют пологие
своды кругового очертания и небольшой
лоток, отделенный от стен деформацион-
ными швами. Эти трубы имеют большую
водопропускную способность, меньший
объем кладки сводов, простую кладку
стен, что снижает трудоемкость и про-
должительность строительства.
Каменные трубы являются надежными
и долговечными сооружениями с малыми
эксплуатационными расходами, но не
удовлетворяющими современным требо-
ваниям индустриального строительства.
Они могут быть целесообразны в трудно-
доступных районах при наличии местно-
го природного камня.
18.2. Сборные железобетонные
и бетонные трубы
Сборные трубы состоят из звеньев,
блоков фундаментов и элементов ого-
ловков, которые изготовляют на заводах
или полигонах, доставляют на строи-
тельные площадки обычным транспортом
и монтируют легкими мобильными кра-
нами. Эти трубы соответствуют требова-
ниям индустриального строительства,
имеют' сравнительно малую стоимость,
незначительную трудоемкость и продол-
жительность возведения, обладают хо-
рошими эксплуатационными качествами
и большим сроком службы. Марки бета-
на по прочности и морозостойкости, а
также класс и марки арматурной стали
принимают в соответствии с климати-
ческими условиями эксплуатации труб.
Конструкция железобетонных звень-
ев. Сборные трубы состоят из круглых
цилиндрических, круглых с плоским ос-
нованием (пятой), овоидальных и пря-
моугольных звеньев (рис; 18.6). Толщину
стенок звеньев принимают не менее
10 см. Длина звеньев, как правило, рав-
на 1 м. Удлинение звеньев до 2—3 м
снижает затраты труда на монтаж трубы
и устройство гидроизоляции стыков меж-
ду звеньями на 15—25%.
Круглые цилиндричес-
кие звенья (рис. 18.6, а) имеют
Рис. 18.6. Виды железобетонных звеньев труб:
а т- круглое цилиндрическое; б ~ круглое с плоским основанием; в — овоидальное; г — прямоугсль-
187
отверстия до 2 м. Толщину и армирова-
ние звеньев принимают в зависимости от
высоты насыпи, временной и подвижной
нагрузки и положения звена в трубе.
При действии давления грунта насы-
пи верхняя и нижняя части звеньев про-
гибаются внутрь, а боковые — наружу.
Поэтому в верхней и нижней частях ра-
бочая арматура должна размещаться
у внутренней поверхности звеньев, а в
боковых — у наружной, но в связи с тем
что цилиндрические звенья могут быть
установлены в любое положение, их
арматуру делают двойной.
Арматурный каркас круглых звеньев
состоит из наружной и внутренней спи-
ралей из арматурной стали диаметром
8—10 мм и продольных стержней диа-
метром 6 мм, соединенных сваркой или
вязальной проволокой. Наружную и
внутреннюю сетки соединяют скрепками
и получают жесткий пространственный
каркас' (рис. 18.7).
Круглые звенья с пло-
ским основанием (рис. 18.6, б)
занимают в трубе строго определенные
положения и поэтому имеют более эко-
номичное одиночное армирование и пере-
менную толщину стенок в соответствии
с эпюрой моментов, что сокращает рас-
ход арматуры почти в 2 раза. Кроме того,
они не нуждаются в лекальных блоках,
благодаря чему существенно уменьшает-
ся число блоков в средней части трубы,
снижается стоимость, трудоемкость и
продолжительность строительства.
Овоидальные звенья
(рис. 18.6, в) состоят из свода и плиты
лотка, соединенных в замкнутую конст-
рукцию с плоским основанием. Ось свода
имеет очертание, близкое к кривой дав-
ления грунта, поэтому моменты в сече-
ниях свода невелики, что позволяет сде-
лать свод небольшой толщины и с незна-
чительным армированием. Современные
овоидальные звенья имеют одиночные
арматурные каркасы, что сокращает рас-
ход стали до 50 % и бетона до 20 %.
Прямоугольные железо-
бетонные звенья (рис. 18.6, г)
представляют собой замкнутые рамы
отверстиями 2 и 2,5 м высотой 2 м и от-
верстиями 3 и 4 м высотой 2,5 м. Толщина
стенок звеньев составляет 13—30 см,
верхней двухскатной плиты — 17—40 см
в зависимости от отверстия трубы и высо-
ты насыпи.
При действии давления грунта насы-
пи стенки и плиты прямоугольных
звеньев прогибаются внутрь, поэтому в
середине стенок и плит рабочую армату-
ру располагают у внутренних поверхно-
стей, а в углах — у наружных. Арма-
турный пространственный каркас пря-
моугольных звеньев состоит из наруж-
ных и внутренних сеток, соединенных
скрепками, а в углах, кроме того, —
наклонными стержнями (рис. 18.8).
Конструкция секций труб. Из круглых
и овоидальных звеньев собирают одно-,
двух- и трехочковые секции длиной 2—
3 м (рис. 18.9). Пространство между
Рис. 18 7. Армирование круглого звена.
1 — наружная сетка; 2 ~ внутренняя сетка; 3 — скрепка
188
стержень, 4 — наружная сет-
звеньями в трубах с фундаментами за-
полняют тощим бетоном, а в бесфун-
даментных — дренирующим грунтом.
Верхней поверхности заполнения при-
дают двухскатный уклон не менее 0,03.
Секции из прямоугольных звеньев
могут быть одно- и двухочковыми при
условии тщательного заполнения шва
между стенками смежных звеньев
(рис. 18.10).
Между секциями устраивают дефор-
мационные швы шириной не менее 3 см.
Фундаменты секций. В обычных кли-
матических условиях при пластичных
глинистых и мелких песчаных средней
плотности грунтах основания применяют
сплошные фундаменты из монолитного
бетона (рис. 18.11, а), из бетонных бло-
ков (рис. 18.11, 6) или свайные фунда-
менты (рис. 18.11, в); при твердых и по-
лутвердых глинистых и песчаных сред-
ней плотности грунтах звенья диамет-
ром до 1,5 м укладывают на железобетон-
ные лекальные блоки или плиты
(рис. 18.11, г), на гравийно-песчаные или
глино-щебеночные подушки толщиной не
менее 0,4 м (рис. 18.11, д); при плотных
песчаных, крупнообломочных и скаль-
ных грунтах — на профилированное уп-
лотненное грунтовое ложе (рис. 18.11, е).
При этом уровень' грунтовых вод
в период отрицательных температур
должен находиться ниже подушек на
0,3 м для предохранения труб от
деформаций при замерзании воды.
Рис. 18.9. Трехочковая труба из круглых
звеньев:
/ — подготовка, 2 — фундамент; 3 — лекальный блок,
4 — звено; 5 — заполнение; 6 — гидроизоляция
189
Рис 18.10. Секции прямоугольной трубы
а — одноочковая; б — двухочковая;
1 — звенья трубы; 2 — блоки фундамента
Трубы без фундаментов не применяют
на железных дорогах из-за опасности
недопустимых деформаций под действи-
ем временной подвижной нагрузки.
Фундаменты средних секций заклады-
вают на глубину 0,5—1,5 м независимо
от глубины промерзания грунтов осно-
вания. Глубину заложения фундаментов
крайних секций и оголовков труб при
скальных, крупнообломочных, гравели-
стых и крупнопесчаных грунтах при-
нимают независимо от глубины промерза-
ния, а при всех других грунтах — на
0,25 м ниже глубины промерзания.
В суровых северных климатических
условиях при наличии вечномерзлых и
пучинистых грунтов применяют сборно-
монолитные фундаменты, состоящие из
железобетонных стенок Т-образной или
Г-образной формы длиной на секцию,
пространство между которыми заполня-
ют монолитным бетоном (см. рис. 18.10).
При глубине промерзания грунта осно-
вания 2 м глубину заложения фундамен-
Рис 18.12. Оголовок круглой двухочковой, трубы:
тов средней части трубы назначают не
менее 0,8—1 м, а при глубине промерза-
ния 4 м — не менее 1—2 м, где меньшая
глубина заложения относится к трубам
отверстием 2 м, а большая — 4 м.
В слабых талых и при оттаивании в
вечномерзлых грунтах применяют фунда-
мент типа плита-экран, представляющий
собой криволинейный в профиле брус,
расположенный на расчетной глубине
промерзания под трубой. Поверх пли-
ты-экрана отсыпают слой гравия, щеб-
ня или гравийно-песчаной смеси, а за-
тем сооружают бетонный фундамент.
Размеры плиты-экрана зависят от от-
верстия трубы и высоты насыпи, очер-
тание ее принимают по дуге круга. При-
менение плиты-экрана снижает объем
кладки фундаментов примерно на 20 %
и расход арматуры на 10 %, сокращает
трудоемкость сооружения фундаментов
в 5—7 раз.
Конструкция оголовков труб. Ого-
ловки круглых труб состоят
из откосных стенок (крыльев), располо-
женных под углом к оси труб, попереч-
ной стенки с отверстиями, косых кони-
ческих звеньев и лекальных блоков
(рис. 18.12). Наружный диаметр кони-
ческого звена в 1,2 раза больше внутрен-
него диаметра цилиндрического звена
трубы; при этом нижняя образующая
внутренней поверхности звена горизон-
тальна. Конические звенья укладывают
на железобетонные лекальные блоки,
расположенные на фундаменте или гра-
вийно-песчаной подушке в зависимости
от вида и глубины промерзания грунта
основания. Поперечная стенка имеет
внизу уширение для увеличения пло-
щади опирания ее в грунт. Откосные
стенки имеют трапецевидную форму с
верхней гранью параллельной плоско-
сти откоса насыпи. Стенки, имеющие
значительные размеры, разделяют вер-
тикальным швом на две части для умень-
шения размеров и массы монтажных
блоков. Откосные стенки ставят на же-
лезобетонные плиты, уложенные на ще-
беночную подготовку. Лоток между стен-
ками бетонируют на месте на гравийно-
песчаной подготовке.
Оголовки прямоуголь-
ных труб также состоят из откосных
стенок (крыльев) и повышенных вход-
ных звеньев (см. рис. 18.2 б, б).
В северных условиях при талых и
слабых грунтах крайние секции и от-
косные стенки оголовков обычно уст-
раивают на свайных фундаментах
(рис. 18.13). При этом учитывают, что
свайные фундаменты повышают жест-
кость основания, увеличивают давление
грунта насыпи на звенья и предохраня-
ют трубы от растяжения. Для повыше-
ния анкерующей способности против сил
морозного пучения фундаменты крайних
секций и оголовков засыпают на высоту
не менее половины глубины заложения
смесью щебня с песком с тщательным
послойным уплотнением
191
5nZ37tZ1
Рис. 18 13. Прямоугольная труба на свайном фундаменте в северных условиях
Рис 18 14. Конструкция бетонной трубы
а - поперечный разрез двухочковой трубы; б — секция трубы; в — фасад оголовка одноочковой
/ — фундамент; 2 — бетонный стеновой блок; 3 — насадка; 4 — железобетонная плита, 5 — гидроизо
ляция; 6 — лоток; 7 — монолитная насадка; 8—блок откосной стенки
Типовые сборные железобетонные
унифицированные трубы. Их применяют
при высоте насыпи до 20 м для пропуска
периодически действующих и постоян-
ных водотоков, но при отсутствии налед-
ных явлений, потому что при очистке от-
верстий железобетонных труб ото льда
возможно повреждение (скол) защитного
слоя бетона, быстрая коррозия арматуры
и разрушение трубы.
Конструкция бетонных труб. Эти тру-
бы имеют прямоугольные отверстия ши-
риной 1,5; 2 и 3 м при высоте 2 м и шири-
ной 2—6 м через 1 м при высоте 3 м.
Они могут быть одно- и двухочковыми;
водопропускная способность их дости-
гает 150 m3/Zc.
Средняя часть бетонных труб состоит
из секций длиной 3—4 м, которые могут
быть монолитными или сборными. Сбор-
ные секции состоят из железобетонных
плит перекрытия отверстия, бетонных
блоков стен, насадок, лотка и фундамен-
та (рис. 18.14). Железобетонные плиты
шириной 1 м не только перекрывают от-
верстия труб, но и служат распорками
между стенками труб. Бетонные блоки
стен имеют массивную фигурную конст-
рукцию длиной 1 м и высотой 1,8 и
2,6 м. Поверху стеновые блоки объеди-
няют железобетонными насадками дли-
ной 3—4 м, на которые укладывают пли-
ты покрытия. Трубы отверстием 1,5;
2 и 3 м имеют сплошные фундаменты,
а остальные — раздельные на естествен-
ном основании, монолитные или сбор-
ные, или свайные фундаменты. Лотки
бетонируют на песчаной подготовке.
Трубы имеют раструбные оголовки с по-
вышенным входным и нормальным вы-
ходным звеном (рис. 18.14, б).
Бетонные трубы имеют большое коли-
чество блоков разной формы и размеров,
что осложняет их изготовление. Большой
объем кладки блоков на цементном раст-
воре, гидроизоляционных и других ра-
бот требует значительных трудовых зат-
рат и времени строительства. Эти трубы
имеют малые эксплуатационные расходы
и большой срок службы.
Бетонные трубы применяют при высо-
те насыпи до 20 м, для пропуска периоди-
чески и постоянно действующих водопо-
токов на всей территории страны. Тру-
бы отверстием не менее 3 м можно при-
7 Зак 1048
менять на водотоках с наледями, но обя-
зательно в комплексе с противоналедны-
ми устройствами, гарантирующими пре-
дотвращение вредного влияния наледей
на конструкцию труб и условия пропуска
воды (см. п. 25.5).
Гидроизоляция труб. Для защиты бе-
тона и арматуры от коррозии наружные
поверхности и стыки труб покрывают
гидроизоляцией. Она должна быть теп-
ло-, морозо-, био- и химически стойкой,
а также сплошной, эластичной и надеж-
ной при длительных воздействиях воды
и давления грунта насыпи, при деформа-
ции бетона и образовании трещин с рас-
крытием, допускаемым нормами проекти-
рования. Гидроизоляция бывает: битум-
ной, тиоколовой, резинобитумной и дру-
гой, оклеенной — с армирующими мате-
риалами и обмазочной — неармирован-
ной. Оклеенная изоляция более надежно,
чем обмазочная, защищает трубы от
проникновения воды в бетон, но устрой-
ство ее сложнее и стоимость выше. Тип
гидроизоляции принимают в зависимости
от назначения и особенности конструк-
ции труб и климатических условий
строительства и эксплуатации.
Наружные поверхности железобетон-
ных звеньев и плит, а также стыки между
звеньями и секциями труб во всех клима-
тических зонах покрывают оклеенной
гидроизоляцией, состоящей из битумной
грунтовки и двух слоев стеклянной или
льно-джуто-кенафной ткани, пропитан-
ной масляным антисептиком, располо-
женных между тремя слоями битумной
мастики толщиной 2—3 мм каждый
(рис. 18.15, а), или изольной рулонной
гидроизоляцией, состоящей из изольной
грунтовки и двух слоев рулонного изола
между двумя слоями изольной мастики
толщиной по 2 мм (рис. 18.15, б). Гидро-
изоляцию верхних поверхностей звень-
ев и плит покрытий труб защищают сло-
ем цементно-песчаного раствора толщи-
ной 30- мм, а боковых поверхностей
труб — асбоцементными плитами тол-
щиной 8—10 мм или засыпкой грунтом.
Соприкасающиеся с грунтом поверх-
ности стен бетонных труб и оголовков
покрывают обмазочной гидроизоляцией,
состоящей из грунтовки и двух слоев
битумной мастики толщиной 2—3 мм
каждый (рис. 18.15, в).
193
Рис 18.15. Гидроизоляция поверхностей.и стыков труб.
Стыки между торцами звеньев и бло-
ков оголовков труб конопатят паклей,
пропитанной раствором битума в бен-
зине, а затем заделывают цементно-пес-
чаным раствором на глубину 3 см. При
оклеечной гидроизоляции поверхностей
и расположении звеньев на фундаментах
стыки перекрывают сплошной оклеечной
изоляцией, а в бесфундаментных тру-
бах — с компенсирующим выгибом изо-
ляции кверху. При обмазочной гидрои-
золяции поверхностей стыки между
звеньями перекрывают полосой оклееч-
ной изоляции шириной 25—30 см сим-
метрично оси стыка (рис. 18.15, г).
Деформационные швы между секция-
ми труб перекрывают полосой оклееч-
ной гидроизоляции с компенсатором, рас-
положенным внутри шва (рис. 18.15, д).
18.3. Металлические трубы
Первые металлические трубы были чу-
гунными. Они состояли из круглых
звеньев отверстием до 2,1 м, длиной не
более 3,2 м и толщиной стенок до 30 мм.
194
Чугунные трубы имели малую стоимость
и трудоемкость строительства, хорошие
эксплуатационные качества, но большой
расход металла.
В конце XIX в. начали применять
более экономичные трубы из тонколисто-
вой гофрированной (волнистой) стали с
повышенной стойкостью против кор-
розии. Характерная особенность этих
труб состоит в том, что при действии дав-
ления грунта насыпи они немного сплю-
щиваются и деформируются в стороны,
при этом возникает упругий отпор грун-
та, который повышает несущую способ-
ность труб и тем значительнее, чем выше
качество и степень уплотнения окру-
жающего грунта.
Отверстия гофрированных труб имеют
круглую, эллиптическую или арочную
форму (см. рис. 18.1). Отверстия круглых
труб достигают 9 м, а эллиптических—
12 м.
Гофрированные трубы, как правило,
не имеют оголовков и выступают из на-
сыпи с вертикальным (несрезанным)
или наклонным (срезанным) торцом
(см. рис. 18.2, ж, з), что существенно
снижает их водопропускную способ-
ность. Вертикальный торец труб должен
выступать из насыпи на уровне ее подош-
вы не менее чем на 0,2 м, а наклонной —
не менее 0,5 м„ Эти трубы бывают много-
очковыми и многоярусными. При много-
ярусном. расположении верхние отвер-
стия пропускают только весенние павод-
ковые воды и поэтому большую часть
времени эксплуатации остаются сухими,
что повышает их долговечность, позво-
ляет применять на водотоках с нале-
дями.
Наибольшее отверстие имеет построен-
ная в Канаде труба, состоящая из пяти
эллиптических отверстий по 10,8 м каж-
дое. Общее отверстие ее 54 м. Наиболь-
шее число очков имеет двухъярусная
труба, построенная там же и состоящая
из 14 круглых отверстий по 2,6 м в ниж-
нем ярусе и 7 круглых отверстий по
1,5 м в верхнем; всего 21 отверстие.
Стальные трубы состоят из гнутых
гофрированных листов толщиной 1,5—
7 мм с кольцевыми или спиральными гоф-
рами. Для защиты от коррозии листы
после механической обработки покры-
вают на заводе тонким слоем цинка. Эле-
менты труб имеют небольшие габарит-
ные размеры и малый вес. Их можно
перевозить любым транспортом, в том
числе воздушным. Листы соединяют
внахлестку, бандажами или фланцами,
заклепками, обычными или высокопроч-
ными болтами с фигурными головками и
гайками или шайбами, а также сваркой
или пайкой, специальными замковыми
швами или скрепами.
Гофрированные трубы могут значи-
тельно деформироваться без поврежде-
ний, поэтому их укладывают без фунда-
ментов на грунтовые подушки или ложе
со строительным подъемом. При повы-
шенной агрессивности среды поверхно-
сти труб дополнительно покрывают би-
тумом, эпоксидной смолой или полимер-
ной эмалью. Для защиты от абразивного (
действия наносов и коррозии лотки труб
покрывают бетоном или асфальтобетон-
ными блоками, применение которых сок-
ращает стоимость, трудоемкость и сроки
работ. Толщина покрытия лотков долж-
на быть на 2 см выше гофр.
Трубы засыпают песчаным, супесча-
ным или суглинистым грунтом послойно
7*
равномерно с обеих сторон трубы и тща-
тельно уплотняют для обеспечения на-
дежной совместной работы гибкой сталь-
ной трубы с окружающим грунтом. Коэф-
фициент уплотнения грунта должен быть
не менее 0,95 максимальной стандарт-
ной плотности. Толщина засыпки над
трубой на железных дорогах должна
быть не менее 1,2 м. Горизонтальный
диаметр труб в процессе засыпки грун-
том не должен уменьшаться более чем
на 0,03 диаметра.
Благодаря малой массе, транспорта-
бельности элементов, незначительной
трудоемкости и быстроте сборки сталь-
ные гофрированные трубы соответству-
ют современным требованиям индуст-
риального строительства, имеют высо-
кую эксплуатационную надежность.
Применение их особенно эффективно в
отдаленных районах, при бездорожье
и в суровых северных климатических
условиях.
Типовые гофрированные
круглые трубы имеют отверстия
1—3 м и могут быть многоочковыми и
многоярусными. Они не имеют оголов-
ков, поэтому водопропускная способ-
ность их примерно в 2,5 раза меньше
круглых железобетонных труб такого
же отверстия, но с раструбными оголов-
ками и коническими звеньями.
Типовые трубы изготовляют из меди-
стой стали марки 15сп для районов с
обычным климатом и из низколегирован-
ной стали марки 09Г2Д для северных
районов. Основным элементом труб яв-
ляется гофрированный лист резмером
1760 X 910 мм, толщиной 1,5—2,5 мм
с гофрами 130 X 32,5 мм, изогнутый
по заданному радиусу трубы и с отвер-
стиями для болтов (рис. 18.16, а). Длина
элемента позволяет собирать круглые
трубы с интервалом отверстия 0,5 м.
Количество элементов по периметру тру-
бы п = 2 Z), где D — диаметр трубы, м.
Продольные и поперечные стыки эле-
ментов выполняют внахлестку обычными
болтами нормальной точности диаметром
16 мм с плосковыпуклыми и плосковог-
нутыми квадратными шайбами, обеспе-
чивающими плотное прилегание шайб
к поверхностям гребней и впадин волн
стыкуемых гофрированных листов
(рис. 18.16, б).
195
Трубы защищают от коррозии,
укладывают на грунтовые основания
(рис. 18.16, в) и засыпают грунтом, как
указано выше. По концам труб устраи-
вают противофильтрационные экраны из
глины или бетона (рис. 18.16, г). Важным
преимуществом гофрированных труб яв-
ляется возможность укрупнительной
сборки и нанесения дополнительного
защитного покрытия в теплом помещении
на центральном полигоне с последующей
доставкой на объекты готовых секций
длиной до Юм, что существенно сокра-
щает трудоемкость и сроки монтажа
труб, особенно в холодное время года.
Типовые трубы применяют при высоте
насыпи до 20 м во всех районах страны и
на любых водотоках. Применение сталь-
ных гофрированных труб по сравнению
с железобетонными снижает стоимость
строительства в 1,5—2 раза, массу при-
возимых материалов в 30—40 раз, тран-
спортные расходы более чем в 8 раз,
трудоемкость работ в 2—4 раза, но уве-
личивает расход стали на 10—15 %,
Разработан проект опытных гофриро-
ванных труб отверстием 5—7,5 м круг-
лого и эллиптического поперечного сече-
ния, а также с бетонными или железо-
бетонными стенами и сводом из гофри-
Рис. 18.16 Конструкция металлической гофрированной трубы:
196
рованной стали. Эти трубы отверстием
5 м можно применять при высоте насыпи
до 20 м, а отверстием более 5 м — при
высоте насыпи до 15 м, в обычных и се-
верных районах для пропуска водото-
ков с расчетным расходом до 60 м3/с,
а также автотранспортных средств.
Технико-экономические показатели
стальных труб больших отверстий луч-
ше, чем железобетонных труб, эстакад и
путепроводов.
Глава 19
РАСЧЕТ ТРУБ
19.1» Основные положения
Расчет водопропускных труб слагает-
ся из гидравлического и статического
расчетов.
Гидравлический расчет состоит из оп-
ределения отверстия трубы, скрости те-
чения и глубины воды на входе и выходе
из трубы, типа укрепления русла и дру-
гих характеристик, обеспечивающих бе-
зопасный пропуск возможных паводков.
Эти расчеты выполняют по методам, из-
ложенным в курсе «Гидравлика», с ис-
пользованием графиков и таблиц гид-
ротехнических характеристик типовых
труб, а также ЭВМ.
Трубы рассчитывают на максималь-
ные расходы расчетных паводков с ве-
роятностью превышения, установлен-
ной СНиПу в зависимости от вида и ка-
тегории дороги. На железных дорогах
общей сети, кроме того, трубы рассчиты-
вают на максимальные расходы наиболь-
ших паводков.
При расчете по ливневому стоку учиты-
вают аккумуляцию воды у трубы.
Уменьшение расходов при этом допу-
скается не более чем в З раза. При нали-
чии вечномерзлых грунтов аккумуляция
воды у труб не допускается.
Водопропускные трубы проектируют,
как правило, на безнапорный режим ра-
боты. Полунапорный и напорный режи-
мы допускаются на железных дорогах
общей сети только для пропуска наи-
большего расхода, а на всех остальных
дорогах — расчетного расхода.
Размеры отверстий труб определяют
в зависимости от расчетного расхода
водного потока и средней скорости тече-
ния воды на входе и выходе из трубы,
допустимой для грунта и укрепления
русла.
Для удобства осмотра и очистки от-
верстия труб назначают, как правило,
не менее 1 м при длине трубы до 20 м и
1,25 м при длине трубы 20 м и более.
В районах со средней температурой воз-
духа ниже минус 40 °C отверстия труб
назначают не менее 1,5 м независимо от
длины трубы.
Возвышение высшей точки внутрен-
ней поверхности трубы в любом попереч-
ном сечении над поверхностью воды при
максимальном расчетном расходе и без-
напорном режиме работы должно быть
в свету: в круглых и сводчатых трубах
высотой до 3 м — не менее высоты
трубы, а высотой более 3 м — не менее
0,75 м; в прямоугольных трубах высотой
до 3 м — не менее высоты трубы, а вы-
сотой более 3,0 м — не менее 0,5 м
(см. рис. 18.6).
Расчет несущих конст-
рукций и оснований труб
выполняют по методу предельных сос-
тояний на действие постоянных нагрузок
от собственного веса конструкций и
грунта насыпи, временной вертикальной
подвижной, строительной и сейсмиче-
ской нагрузок с учетом коэффициентов
сочетаний и надежности по нагрузке.
Нормальную вертикальную нагрузку
от собственного веса конструкций опре-
деляют по проектным объемам и норма-
тивным удельным весам материалов эле-
ментов и частей конструкции. Эту наг-
рузку разрешается не учитывать при
расчете тонкостенных железобетонных,
металлических и деревянных звеньев
труб.
Нормативное давление
грунта от веса насыпи на
звенья труб определяют по следующим
формулам:
а) вертикальное давление
Po = CpYnft; (19 1)
б) горизонтальное давление
ph~xn^nhx, (19.2)
197
где Ср — коэффициент вертикального дав-
ления грунта; уп — нормативный удельный
вес грунта насыпи; h — толщина слоя грун-
та от подошвы рельсов до верха звена трубы;
hx — то же до расчетного уровня; хп — коэф-
фициент нормативного бокового давления
грунта, вычисляемый по формуле
Tn = tgs(45»--|2-j, (19.3)
где фп — нормативный угол внутреннего
трения грунта.
При типовом проектировании труб
принимают уп += 17,7 кН/м3; <рп = 30°
для звеньев и <рЛ — 25° для оголовков
труб.
Коэффициент CD, учитывающий силы
трения грунта, возникающие при осадке
насыпи рядом с трубой, определяют сле-
дующим способом.
Активное горизонтальное давление
грунта на 1 м длины плоскости, ограни-
чивающей столб грунта над трубой
(рис. 19.1, а),
F = 0,5yn Л2 тп.
Сила трения по двум плоскостям, от-
несенная к 1 м2 горизонтальной проекции
трубы шириной d,
27 = tg фЛ или 27 = —— № хп tg фп
а а
Отсюда коэффициент Cv для невысокой
насыпи.
27 * , h
Cv = 1 + -Г = 1 + — Tn tg фи .
d
При высокой насыпи, когда осадка
грунта над трубой и по сторонам трубы
на некоторой высоте выравнивается, и
с учетом жесткости основания труб коэф-
198
фициент Ср при расчете железобетонных
и бетонных звеньев определяют по фор-
муле:
Ср = 1+В^2 — B-yj тп tgфn,
Tn tg Фп h
d — внешний диаметр (ширина) звена, м;
а — расстояние от основания насыпи до верха
звена трубы, м, s — коэффициент, учитываю-
щий жесткость основания трубы, равный 1,2
для скальных оснований и свай-стоек; 1,1 для
малоподатливых оснований и висячих свай; 1,0
для'грунтовых нескальных оснований.
Если В > ~, то принимают В==~.
При расчете гибких (например, из
гофрированной стали) звеньев труб коэф-
фициент Ср равен единице.
Нормативное давление
грунта от железнодорож-
ного подвижного состава,
расположенного на насыпи, определяют
с учетом распределения временной на-
грузки в грунте (рис. 19.1, б) по форму-
лам:
а) вертикальное давление
(ИМ)
б) горизонтальное давление
Рлл = Р<’кТ„, (19.5)
где v — интенсивность временной верти-
кальной нагрузки от подвижного состава же-
лезных дорог, принимаемая по СНиПу для
длины загружения X = d + hx и положения
вершины линии влияния а - 0.5, но не более
19.6 кН/м.
Строительные нагрузки,
действующие на конструкцию труб при
монтаже от строительных машин, дав-
ления грунта при засыпке и других,
а также при изготовлении и транспорти-
ровании элементов, принимают в соот-
ветствии с условиями производства ра-
бот.
Сейсмические нагрузки
учитывают для труб, расположенных
в районах, подверженных землетрясе-
ниям от 6 баллов и выше.
Нагрузки и воздействия принимают
при расчетах в наиболее невыгодных по-
ложениях и сочетаниях, возможных при
строительстве и эксплуатации труб.
Средние секции труб обычно рассчиты-
вают на вертикальное и горизонтальное
давления грунта от веса насыпи и вре-
менной подвижной нагрузки, а крайние
секции — только на давление грунта от
веса насыпи (см. рис. 19.1, б). В необхо-
димых случаях, например при малой вы-
соте насыпи, трубы рассчитывают на
одностороннее горизонтальное давление
грунта от временной подвижной на-
грузки.
19.2. Статический расчет труб
Конструкции труб рассчитывают, как
правило, условно расчленяя их на пло-
ские системы и учитывая взаимодейст-
вие частей труб между собой и основа-
нием.
В железобетонных трубах рассчиты-
вают замкнутые звенья, фундаменты и
стенки оголовков; в бетонных — плиты
покрытия отверстий, стенки звеньев и
оголовков, фундаменты; в стальных гоф-
рированных — гибкие звенья; в камен-
ных — своды, стены секций и оголовков,
фундаменты; в деревянных — обшивку,
ригели и стойки рам, лежни.
Расчетные схемы элементов труб при-
нимают в соответствии с их конструк-
цией и условиями работы при эксплуа-
тации и строительстве.
Усилия в элементах труб определяют
по правилам строительной механики
в предположении упругой работы.
Конструкции труб рассчитывают на
прочность, устойчивость формы и поло-
жения против опрокидывания и скольже-
ния, трещиностойкость и деформации.
Расчеты на выносливость не выполняют.
Основания труб рассчитывают на проч-
ность и осадку по СНиПу.
Расчет железобетонных труб. Круглые
жесткие звенья рассчитывают на нерав-
номерное радиальное давление грунта
насыпи (рис. 19.2, а).
Изгибающие моменты допускается оп-
ределять по формулам:
а) для средних звеньев
Af = 6г* Ру + У/ ,r (1 + р)pvk 1 (1 — Tn);
б) для крайних звеньев
= у/ру(1—Тп),
где 6 — коэффициент, учитывающий ус-
ловия опирания звена, равный 0,22 для звень-
ев, уложенных на фундамент, и 0,25 — на
грунтовую подушку; гс — средний радиус
звена, м; yf — коэффициент надежности по
нагрузке от' веса насыпи, равный 1,3 (0,8);
Уу, v — то же от подвижного состава, равный
1,2; 1 + р — динамический коэффициент,
принимаемый при общей толщине балласта
Рис. 19.2. Расчетные схемы труб:
а — эпюра моментов круглого звена:
1 — плита, 2 —стена; 3 —фундамент
199
с засыпкой (считая от подошвы рельсса) 0,4 м
и меньше равным 1 + ; при толщине
1 м и больше—1,0; для промежуточных значе-
ний толщины — по интерполяции.
Значения давлений грунта pv, рьк и
коэффициента тп определяют по форму-
лам соответственно (19.1), (19.4) и (19.3).
Прямоугольные звенья рассчитывают
как замкнутые рамы (рис. 19 2, б), за-
груженные равномерно распределенным
вертикальным и горизонтальным давле-
ниями грунта. Стенки звеньев, кроме
того, рассчитывают как стойки П-образ-
ных рам с жесткими заделками. Гори-
зонтальное давление грунта определяют
на уровне середины высоты звена трубы.
Подбор арматуры и проверку прочно-
сти и трещиностойкости железобетонных
сечений выполняют по указаниям
СНиПа.
Основания фундаментов звеньев рас-
считывают на вертикальное давление
/V = (Yy pv + t v pvk) d + Yy Pg,
где d — наружная ширина трубы, м, Pg —
нормативный собственный вес звена и фунда-
мента длиной 1 м.
Прочность грунтового основания про-
веряют по формуле
а свайного фундамента
где b — ширина подошвы фундамента;
пс — число свай на 1 м длины фундамента;
R — расчетное сопротивление грунта; PQ —
расчетная несущая способность сваи по грун-
ту.
Строительный подъем труб при высоте
насыпи более 12 м назначают в соответ-
ствии с расчетом ожидаемых осадок от
веса грунта насыпи. При высоте насыпи
12 м и менее трубы укладывают со строи-
тельным подъемом (по лотку), равным:
/г/80 — при фундаментах на песчаных,
галечниковых и гравелистых грунтах
основания; h/50 — при фундаментах на
глинистых, суглинистых и супесчаных
грунтах основания и h/40 — при грунто-
вых подушках из песчано-гравелистой
или песчано-щебеночной смеси, где h —
высота засыпки над трубой
200
Расчет бетонных труб. Железобетон-
ную плиту покрытия отверстия трубы
рассчитывают как простую балку, за-
груженную равномерно распределен-
ным вертикальным давлением грунта
(рис. 19.2, в).
Изгибающий момент в сечении посе-
редине пролета плиты
^=[т/pv+y/,v (i+н) ppdy;
поперечная сила в сечении на опоре
Q = + (1+p) Pvk]
где I — расчетный пролет плиты. Зна-
чения остальных величин указаны раньше.
Подбор арматуры и проверку прочно-
сти и трещиностойкости плиты выпол-
няют по указаниям гл. 10.
Стенки звеньев рассчитывают как под-
порные стены на горизонтальное давле-
ние грунта, вертикальное давление пли-
ты и собственный вес. Бетонные стенки
проверяют в сечении по обрезу фунда-
мента на прочность, положение равнодей-
ствующей нормативных нагрузок и ус-
тойчивость против опрокидывания и
скольжения — по указаниям гл. 17.
Сплошные фундаменты под стенками
звеньев рассчитывают так же, как фун-
даменты под железобетонными звеньями.
Раздельные фундаменты рассчитывают
на вертикальное давление N и момент М
от нагрузок, расположенных выше по-
дошвы фундамента (см. рис. 19.2, в).
Прочность грунтового основания фун-
дамента проверяют по формуле
N Ш
~~~ ± —г: R,
b Ъ1
а свайного фундамента
* Му
пс ± Sc/f
где у, — расстояния от главной оси
фундамента до оси каждой сваи
Кроме того, проверяют невозможность
выпирания грунта в отверстие трубы.
Аналогично рассчитывают откосные
стенки оголовков труб и их основания.
Расчет стальных гофрированных труб.
Тонкостенные гибкие трубы образуют
с окружающим их грунтом сложную сис-
тему гр у ба — грунт.
Расчетную сжимающую силу Nc в се-
чении стенки круглой гибкой трубы от
давления грунта насыпи pv и временной
подвижной нагрузки pLk на единицу дли-
ны трубы допускается определять по
формуле:
М~0,5(у/ Pv + yf,v pvk) d,
где d — диаметр трубы.
Расчет на прочность и
устойчивость круглых гофриро-
ванных труб выполняют по формуле
< m2R,
срЛ
где А — площадь продольного сечения
стенки на единицу длины трубы; т2 = 0,7—
коэффициент условий работы; R — расчет-
ное сопротивление стали; = — коэффи-
ат
циент понижения несущей способности, вво-
димый для предотвращения потери устойчивой
формы равновесйя гибкой трубы в упругой
грунтовой среде; от — предел текучести ста-
ли; окр — критическое напряжение в стенке
трубы.
Расчет болтовых соеди-
нений продольных стыков листов вна-
хлестку (см. рис. 18.16, б) выполняют
в предположении равномерного распре-
деления сжимающего усилия между все-
ми болтами поровну и без учета трения по
контактным поверхностям соединения.
Требуемое число обычных болтов пб —
= где а = 1,2 — коэффициент,
учитывающий действие изгибающего мо-
мента; Nъ — расчетная несущая способ-
ность одного болта нормальной точно-
сти, определяемая по формулам:
на смятие кромок отверстия
Лб — tdb ^см #см;
на срез болта
— 0,785if ь ЯСр ^ср >
где t — толщина листа; — диаметр бол-
та; шеМ — коэффициент условий работы сое-
динения на смятие, равный 1,3; /пср — то же
на срез, равный 0,9, 7?см и /?ср — расчетные
сопротивления стали на смятие и срез.
Деформация поперечно-
го сечения трубы от экс-
плуатационных нагрузок
должна удовлетворять условию Д <
< 0,05 d, где Д — уменьшение верти-
кального диаметра трубы d, вычисляе-
мое по формуле:
. = kt (Pv + Pvh) dr3
~ EZ+0,061E'r2 ’
где kQ — 0,1 — коэффициент, учитываю-
щий условия опирания трубы на основание;
kt — коэффициент, учитывающий нарастание
деформации по времени, равный 1,25 для пес-
чаных грунтов и 1,50 для глинистых грунтов;
г — средний радиус кольца трубы; EI —
жесткость кольца при изгибе; Е' — модуль
деформации грунта.
Деформация поперечно-
го сечения трубы при от-
сыпке и уплотнении боковых
призм грунта должна удовлетворять ус-
ловию е < етр,
где е — интенсивность горизонтального
давления на трубу от уплотненного грунта бо-
ковых призм и строительных машин, вычисля-
емая по формуле е — 2,5'l/^c’» dc — средний
диаметр трубы, см; етр—интенсивность пре-
дельно допустимого горизонтального давле-
ния на трубу, определяемая по формуле етр =
_ —П2 . __ изгибающий момент в стен-
d
ке трубы, соответствующий образованию плас-
тического шарнира, вычисляемый по формуле
Л4ПЛ " ^плат’ ^пл — пластический момент
сопротивления продольного сечения стенки;
от — предел текучести стали.
Если указанное выше условие дефор-
мации трубы не удовлетворяется, то
следует предусмотреть установку внутри
трубы временного крепления, рассчитан-
ного на действие перемещающейся
вдоль трубы горизонтальной нагрузки
интенсивностью екр = е — fTp, дейст-
вующей на длине 0,5 м на поверхности
трубы симметрично относительно гори-
зонтального диаметра. Крепление долж-
но включаться в работу только после
уменьшения горизонтального диаметра
трубы на величину 0,03 d.
Глава 20
ПОСТРОЙКА ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ
20.1. Изготовление конструкций
Материалом сборных конструкций де-
ревянных мостов служит древесина,
удовлетворяющая требованиям (сучкова-
тость, свилеватость, влажность и др.)
201
нормативных документов (ТУ, ГОСТ и
др.). Древесина повышенной влажности
проходит сушку естественную в штабе-
лях или искусственную в специальных
сушильных камерах.
Защита древесины от гниения. Изго-
товленные на заводах детали защищают
от гниения антисептировани-
е м (глубокой пропиткой водораствори-
мыми и маслянистыми антисептиками, в
основном креозотовым маслом). Пропит-
ка производится под давлением в авто-
клавах, в ваннах или длительным выма-
чиванием.
Пропитка под давлением
производится на заводах. При этом дре-
весина должна иметь ограниченную
влажность (не более 30 %). Такой спо-
соб обеспечивает наиболее стойкую за-
щиту древесины от гниения. Примером
может служить пропитка креозотом
шпал, находящихся в пути в неблаго-
приятных условиях переменной влажно-
сти до 15 лет.
/Пропитка в ваннах может
быть применена на строительных пло-
щадках. Она производится вначале в ван-
не с горячим (до температуры 80—90 °C)
антисептиком. При этом находящийся
в древесине воздух расширяется и выхо-
дит из пор. Через 3—5 ч деталь переносят
в ванну с холодным антисептиком (тем-
пература 40—45 °C), в которой он запол-
няет поры древесины.
Пропитка длительным
вымачиванием производится в
ваннах в течение 3—5 сут при положи-
тельной температуре.
Следует отметить, что антисептик про-
никает в древесину на глубину только
3—4 см. Поэтому пропитываются анти-
септиком готовые детали, подогнанные
в узлах и имеющие врубки (шипы, гнез-
Рис. 20.1. Схема изготовления пакетов с гиб-
кими шпонками с образованием строительного
подъема:
1 — клинья, 2 — брус
202
да, стыки и др.), так как последующая
обработка обнажит незащищенную дре-
весину.
Для защиты древесины от гниения при
строительстве применяют поверх-
ностную обмазку. Способ мало-
эффективный, применяется для защиты
врубок и сопряжений деталей. Наиболее
уязвимые места конструкций в зоне пе-
ременной влажности, например сваи на
уровне меженных вод, защищают, об-
мазывая древесину антисептической пас-
той, которая при увлажнении растворя-
ется и проникает в поры древесины. Об-
мазку защищают бандажом из мешкови-
ны и рубероида.
Изготовление сборных конструкций.
Сборные конструкции опор изготовляют
в виде плоских рам или пространствен-
ных башенных опор со всеми узловыми
соединениями. После разборки детали
антисептируют, маркируют и отправля-
ют на строительство.
Пакетные пролетные
строения на гибких стальных шпон-
ках собирают из брусьев на стеллажах
(рис. 20.1) в горизонтальном положении
с образованием строительного подъема
путем изгиба брусьев клиньями 1. На
строительство моста поступает готовое
пролетное строение из двух пакетов со
связями.
Дощатые фермы с гвоздевыми соедине-
ниями собирают из антисептированных
досок и брусьев в горизонтальном поло-
жении на стеллажах. Из двух ферм, ук-
ладывая поперечные и продольные свя-
зи, собирают пролетное строение, после
чего его маркируют и отправляют на
склад готовой продукции.
Клееные деревянные,
конструкции опор и пролетных
строений (см. гл. 3) изготовляют на за-
водах из древесины (сосны, ели) пони-
женной (не более 15 %) влажности с сое-
динениями специальными клеями, обла-
дающими высокой прочностью и влаго-
устойчивостью. Клей приготовляют в ме-
ханизированных мешалках, наносят
на склеиваемые поверхности, детали об-
жимают прессами и выдерживают под
давлением до 24 ч. После склеивания
конструкции антисептируют.
20.2. Постройка деревянных мостов
Постройка деревянных мостов осуще-
ствляется либо сборкой конструкций
опор и пролетных строений из элементов,
изготовленных на заводах или полиго-
нах, либо непосредственно на мостовом
переходе из лесоматериала местной за-
готовки, Последний способ часто приме-
няется при строительстве притрассовых
дорог в лесистых районах при строитель-
стве новой дороги, когда транспорт
готовых элементов моста затрудните-
лен. Такой способ широко применяется
также при постройке временных мостов
на обходе строительства постоянного
моста.
Постройка опор начинается с
устройства свайного или лежневого фун-
дамента. Забивка деревянных свай про-
изводится дизель-молотами, паровоздуш-
ными молотами одиночного или двойного
действия. При небольшом объеме работ
возможно применение механического мо-
лота. Сваебойное оборудование подвеши-
вают к копру или крану, используемо-
му в дальнейшем для сборки конструк-
ций опор и пролетных строений
(рис. 20.2). К стреле крана подвешивают
направляющую стрелу 1. Забивка свай
производится до получения определен-
ного по расчету «отказа», т. е. такого зна-
чения погружения сваи от «залога»
(числа ударов молота или времени ра-
боты), при котором обеспечивается ее
проектная несущая способность.
На лежневом основании опоры соору-
жают на суходолах при малопросадоч-
ных грунтах в основном на временных
мостах на обходах.
Сборные опоры, рамные и башенные,
монтируют из готовых или изготовляе-
мых на месте конструкций, устанавли-
ваемых на фундамент при помощи копра
(рис. 20.3, а) или краном (рис. 20.3, б)
с постановкой связей. Свайные опоры
сооружают на месте, наращивая сваи
бревнами, обработанными «под скобу»,
т. е. с удалением их коничности. В этом
случае необходимо устраивать подмости
для укладки насадки и постановки свя-
зей.
Пролетные строенияс про-
гонами собирают из готовых элементов
Рис. 20.2. Забивка свай молотками, подвешен-
ными*
а — к копру; б — к крену;
1 — копер; 2 — направляющая стрела; 3 — молот
Рис. 20.3 Установка на свайный фундамент:
а — рамной опоры копром; б — башенной опоры кра-
1 — копер, 2 — рамная опора; 3— кран, 4—башен-
ная опора
Рис. 20.4. Сооружение балочных пролетных
203
Рис. 205. Сооружение подкосного моста
1 — подмости, 2 — подкосы
заводского или местного изготовления
(рис. 20.4, а) с устройством настила
(подмостей) 2 или укладывают на опоры
краном собранное пролетное строение
из прогонов с поперечинами (рис.
20.4, б).
Пакетное на шпонках или клееное
пролетное строение 4 в собранном виде с
мостовым полотном укладывают на опоры
краном (рис. 20.4, в). Пролетное строение
с дощатыми фермами 5 может быть уста-
новлено в пролет краном или продольной
надвижкой (рйс. 20.4, г). Для обеспече-
ния устойчивости против опрокидывания
в процессе надвижки в пролете соору-
жают временную опору или устанавли-
вают качающуюся раму 9. Тяговое и
тормозное усилия создаются лебедками
с полиспастами 6 и 7. Надвижка произ-
водится на уровне проезжей части по де-
ревянным каткам из бревен, обтесанных
«под скобу».
Опускание на опоры производится
при помощи домкратов.
Подкосные пролетные строения изго-
товляют в пролете (рис. 20.5) из бревен
или брусьев с двухъярусных подмостей
1. После изготовления врубок и подгон-
ки деталей узлы смазывают антисепти-
ком.
Такие конструкции имеют большое
число врубок, для изготовления которых
необходимы высококвалифицированные
плотники и большая затрата труда и
времени.
Поэтому они применяются редко.
Глава 21
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ
СТРОЕНИЙ
21.1. Изготовление блоков сборных
пролетных строений
Основным способом сооружения желе-
зобетонных пролетных строений являет-
ся сборка конструкции из элементов
промышленного изготовления.
' Цельноперевозимые блоки предва-
рительно напряженных пролетных строе-
ний с продольным членением изготовля-
ют на заводах мостовых железобетонных
конструкций (МЖБК), имеющих капи-
тальные помещения цехов, современное
технологическое оборудование, механиз-
мы и транспортные средства. Это позво-
ляет изготовлять блоки современных
мостовых конструкций высокой степени
готовности и хорошего качества.
Наряду с заводами большое количе-
ство сборных конструкций (около 40 %,
в том числе пролетные строения) изготов-
ляется на приобъектных полигонах*
которые отличаются временным харак-
тером (на время строительства моста)
всех помещений и устройств, менее слож-
ными оборудованием и механизмами. На
полигонах организовано производство
блоков пролетных строений автодорож-
ных мостов с поперечным членением,
блоков сборных и сборно-монолитных
опор, призматических свай и других
конструкций.
Предварительно напряженные блоки
типовых пролетных строений с продоль-
ным членением изготовляют на заводах
МЖБК по технологии «натяжение на
упоры». Пучковая арматура из проволок
диаметром 5 мм натягивается в специаль-
ном устройстве и после сборки всего ар-
матурного каркаса ребер и плиты блок
бетонируется. После приобретения бето-
ном необходимой прочности, обычно
0,8 Rb, пучки обрезают кислородной рез-
кой и усилие в них через сцепление и кар-
касно-стержневые анкеры обжимает бе-
тон блока.
В качестве натяжного устройства на
заводах широко применяются передвиж-
204
7 n* j ~ > дг у 1 ж
Рис. 21.1. Схема пятипостовой поточно-агрегатной линии
ные агрегаты, перемещаемые на тележ-
ках по рельсам вдоль цеха. Это позволяет
применить поточно-агрегатную органи-
зацию изготовления блоков, при кото-
рой блок последовательно поступает на
посты-участки (рис. 21.1), на которых
специализированные звенья комплексной
бригады с применением специальных
механизмов и оборудования выполняют
свои операции всего производственного
процесса. При такой организации пол-
нее используются механизмы и техноло-
гическая оснастка, выше качество работ
и производительность труда. Недостат-
ком является большой расход металла на
агрегат и потребность большой площади
цеха.
На рис. 21.2, а показана схема устрой-
ства, позволяющая наклоном оголовков
при подъеме средней стойки (на рисунке
показано стрелкой) плавно передавать
усилия в пучках на бетон, тем самым
снизить динамическое воздействие при
обрезке пучков кислородной резкой.
Опалубка блоков стальная щитовая.
В последнее время в качестве натяж-
ного устройства применяются железобе-
тонные р а м н о-б алочные стен-
д ы, особенно целесообразные при изго-
товлении блоков с ортогональным (без
полигональных пучков) армированием
(рис. 21.2, б). При этом сокращается
расход металла, возникает возможность
группового (не отдельных пучков) на-
тяжения напрягаемой арматуры и плав-
ной групповой передачи усилий на бетон
(рис. 21.3).
Натяжение пучков производится дом-
кратами одиночного и двойного дейст-
вия (рис. 21.4). Контроль натяжения осу-
205
Щёствляется показанием манометра при
домкрате. После укладки и уплотнения
бетонной смеси глубинными с гибким
шлангом вибраторами блок выдержи-
вается в цехе 15—18 ч, после чего посту-
пает в пропарочную камеру для ускоре-
Рис. 21.3. Устройство для группового натяже-
ния пучков и плавного обжатия бетона:
Рис. 21.4. Гидравлические домкраты для на-
тяжения пучковой арматуры:
ния набора бетоном прочности. По окон”
чании охлаждения в цехе пучки обреза-
ют, заделывают торцы и раковины, укла-
дывают гидроизоляцию, и блок посту-
пает на склад. Блоки пропаривают в
стендах под защитой съемных колпаков.
Оклеенную гидроизоляцию блоков ук-
ладывают на подготовительный выравни-
вающий слой бетона. Вначале его покры-
вают слоем битумного лака и уклады-
вают три-четыре слоя оклеенного рулон-
ного материала с прослойками горячего
битума.
•Блоки коробчатого се-
чения пролетных строений балочных
мостов с поперечным членением изготов-
ляют, как правило, на полигонах. Ос-
новное требование — точное совпадение
торцов смежных блоков при сборке про-
летного строения. Это требование успеш-
но выполняется при изготовлении блоков
способом «отпечатков». На строитель-
ной площадке или на полигоне на под-
мостях с проектным очертанием бетони-
руются нечетные блоки (рис. 21.5). Пос-
ле набора бетоном прочности (0,24-0,3) х
X торцовую опалубку удаляют, торцы
смазывают известковым молоком для
предотвращения сцепления со свежим
бетоном и бетонируют четные блоки. Их
опалубкой служат торцы нечетных забе-
тонированных блоков. Длина блока оп-
ределяется его массой, которая связана
с грузоподъемностью монтажного крана
обычно в пределах 60—65 т.
При армировании блоков укладывают
каналообразователи из полихлорвини-
ловых толстостенных (6—8 мм) труб, лег-
ко извлекаемых из затвердевшего бето-
на. Через эти каналы при монтаже про-
пускают пучковую преднапрягаемую ар-
матуру, натягиваемую гидродомкратами
с упором на б е т о н торца блока.
Рис 21.5. Изготовление блоков способом «от-
печатков»:
1 — блоки пролетного строения, 2 — подмости; I —
VII — камера блоков
21.2. Монтаж сборных пролетных
строений
Блоки пролетных строений с продоль-
ным членением устанавливают на опо-
ры автомобильными или гусеничными
(одним или двумя) стреловыми кранами,
расположенными на насыпи или на-земле
(рис. 21.6). При пролетах I = 24-М2 м
автодорожных мостов применяют кон-.
сольно-шлюзовые краны (см. рис. 21.6).
В железнодорожных мостах блоки про-
летных строений пролетом до 27,6 м
устанавливаются железнодорожными
консольными кранами грузоподъемно-
стью до 130 т (см. рис. 21.6).
Однопролетные балочные конструкции
с поперечным членением собираются на
подмостях стреловыми, козловыми или
портальными кранами, перемещаемыми
по пути, уложенному на земле или на
рабочем мосту (рис. 21.7). Получает ши-
рокое распространение сборка неразрез-
ных плитно-ребристых пролетных строе-
ний (ПРК) пролетом до 62 м с примене-
нием инвентарных подмостей в виде
двух стальных балок, по которым перед-
вигают лебедками блоки открытого ко-
робчатого сечения (см. рис. 21.7).
Торцы блоков смазывают эпоксидным
клеем, через каналы протягивают пуч-
ковую арматуру, которую натягивают
домкратами, упирающимися в торцы
пролетного строения. После полимериза-
ции клея и натяжения всех пучков кана-
лы заполняются под давлением (инъекти-
руются) цементно-песчаным раствором
для защиты пучков от коррозии.
Собранные на подмостях пролетные
строения после набора бетоном или клеем
стыков необходимой прочности подвер-
гаются раскружаливанию — постепен-
ному включению конструкции в работу
от собственного веса, затем подмости
разбираются. В качестве раскружалива-
ющих приборов применяются клинья,
песочницы (рис. 21.8).
Неразрезные балочные пролетные
строения собираются навесным способом.
При односторонней сборке (от берега)
первый (анкерный) пролет собирается на
подмостях, далее — в навес (рис. 21.9, а).
При двусторонней уравновешенной сбор-
ке (рис. 21.9, б) надопорные блоки мон-
тируются на инвентарных приопорных
подмостях. При большой высоте моста
Рис. 21 7 Сборка пролетного строения с поперечным членением
пролетного строе
207
80
Рис 21.8 Приборы для раскружаливания
а — клинья, б — песочница,
1 — прогон, 2 — подмости; 3 — стальной стаскан,
поршень; 5 — песок; 6 — отверстие с пробкой
////^///777 777 77/
Рис. 21.10. Конвейерно-тыловая сборка
пролетного строения с продольной надвиж-
кой:
а — схема сооружения пролетного строения, б —
устройство скольжения;
1 — гидродомкраты; 2 — кран; 3 — устройство
скольжения; 4 — аванбек, 5 — тяговый полиспаст,
6 — стапель; 7 — надвигаемое пролетное строение;
s ~ лист фанеры; 9 — стальной полированный
ЛИСТ, 10 — антифрикционная прокладка; 11 —
г Опорная плита; 12 — резиновая прокладка; 13 —
обойма, 14 — опора
Рис. 21 11. Расчетные схемы проверки устойчивости пролетного строения против опро-
кидывания:
вместо подмостей сооружается обстрой-
ка опор (рис. 21.9, в), создающая базу
для двусторонней сборки. Устойчивость
против опрокидывания монтируемого
пролетного строения небольшого
(до 80 м) пролета может быть обеспечена
закреплением анкерами надопорных бло-
ков за оголовок опоры (рис. 21.9, г).
Сборка ведется с опережением одной
консоли не более чем на один блок.
Применяется сооружение неразрезных
балочных пролетных строений способом
конвейерно-тыловой сбор-
ки с продольной над-
вижкой в пролет (рис. 21.10).
Сборка производится на стапеле 6, уст-
раиваемом из железобетонных плит на
насыпи, козловым или стреловым кра-
ном. По мере сборки и обжатия напрягае-
мой арматурой секция пролетного строе-
ния надвигается в пролет по устройствам
скольжения 3 толканием гидродомкрата-
ми 1 в торце собранной секции.
Устройства скольжения (рис. 21.10, б)
состоят из стального полированного ли-
ста 9, лежащего на антифрикционной
прокладке 10 из нафтлена или фторо-
пласта. Между листом и прокладкой ко-
эффициент трения составляет всего
0,03—0,04, а при смазывании снижается
до 0,02.
Для обеспечения устойчивости про-
тив опрокидывания и снижения усилий
в корне консоли (рис. 21.11) путем умень-
шения опрокидывающего момента к
переднему концу пролетного строения
прикрепляется стальной аванбек^, имею*
ющий малый (со 10 кН/м) вес.
Устойчивость пролетного строения
против опрокидывания определяется ус-
ловием
где Mz и Ми — удерживающий и опроки-
дывающий моменты относительно оси враще-
ния 0; т — коэффициент условий работы,
равный 0,95 Расчетная схема показана на
рис. 21.11.
В качестве нагрузок принимают: соб-
ственный вес пролетного строения g.
кН/м, v и vf вес 1 м монтажного и
транспортного оборудования, людей и
инструмента; Р — вес противовеса или
усилие в анкере, при расчете которых
принимают уп -- 2 — коэффициент, учи-
тывающий их ответственность в обеспе-
чении устойчивости пролетного строе-
ния; QKp — вес крана
M^^fggtaiCi+y^ v -у+Т/Р (21.1)
ZK
u'i c'i+y^v1 —+y'tQQcf' (21.2)
Для Mz принимают коэффициент на-
дежности уу < 1,0: для Ми — Т/ > 1,0.
Если позволяют местные условия
(глубина воды, грунты дна, судоходство
и др,), устойчивость, кроме постановки
анкеров или укладки противовеса, мо-
жет быть обеспечена постановкой проме-
жуточной опоры 4, т. е. применением
полунавесной сборки (рис. 21.11, а).
209
Рис: 21.12. Способы обеспечения прочности
опорного сечения при навесной сборке.
F
Усилие в узле обстройки опоры при
уравновешенной сборке определяют по
формуле
Л>п = -^- g- а; с; +0,5yf'a, V'
— ^IfgSi aiCi—O,&tjv vx
x (21.3)
В приведенных формулах I — расстоя-
ние между опорной частью на постоян-
ной опоре и опорным узлом временной
опоры со стороны длинной консоли;
У/g' и Т/р» Vfg' и Vfp' — коэффициенты на-
дежности по собственному весу пролет-
ного строения g и g' и монтажного
и транспортного оборудования v и
v' в пределах анкерной и кон-
сольной частей пролетного строения;
g и g' — вес пролетного строения в пре-
делах участков I и Г, кН/м; а и а' —
длина участков, м; с и с' — расстояния
от центров участков до центра опоры,
м; /т и — длины анкерной и консоль-
ной частей пролетного строения, м;
Уде — коэффициент надежности по весу
крана; у/р — то же по весу противовеса
или усилию в анкере.
При навесной сборке пролетных строе-
ний обязательна проверка прочности
в опорном сечении при наибольшем вы-
лете консоли. Если при этом момент ока-
жется больше расчетного при эксплуата-
ции, необходимо усиление сечения ук-
ладкой по плите монтажной напрягае-
мой арматуры (рис. 21.12) или постанов-
кой опорной рамы 2 с вантами Л усилия
в которых регулируются в процессе мон-
тажа гидродомкратами 3. Обеспечение
прочности при монтаже может быть
также достигнуто уменьшением длины
консоли за счет постановки временной
промежуточной опоры, наличие которой
одновременно обеспечивает устойчи-
вость на опрокидывание и прочность при
монтаже, почему и находит широкое
применение в строительстве.
Временные опоры, как и подмрсти,
сооружают из инвентарных конструкций
МИК, заменивших конструкции УИКМ.
Элементы имеют трубчатое сечение из
легированной стали 15ХСНД с соеди-
нениями на высокопрочных болтах. Это
позволило уменьшить число элементов,
применить их в районах с низкими тем-
пературами без ограничений, сократить
время и трудоемкость монтажа. Фунда-
ментом опор служат деревянные или же-
лезобетонные сваи.
Монтаж неразрезных и консольных
пролетных строений (см. рис. 21.9) ве-
210
дется консольными кранами СПК-65,
консольно-шюзовыми кранами (на
рис. 21.13) приведен кран МСШК 2 X
X 50) или кранами-агрегатами, позво-
ляющими собирать неразрезные пролет-
ные строения пролетом до 128 м.
Рис. 21.15 Сооружение пролетного строения
комбинированной системы'
а — сборка на подмостях; б — сборка на насыпи с
продольной надвижкой в пролет;
1 — блок арки: 2 — портальный кран; 3 — подмости,
4 — временная промежуточная опора; 5 — тормозной
полиспаст; 6 -- перекаточные устройства; 7 -- тяговый
полиспаст
Арочные пролетные строения собира-
ют на инвентарных арочных кружалах
ИАК, монтируемых в виде трехшарнир-
ной арки (рис. 21.14). В целях равномер-
ной загрузки кружал блоки арок укла-
дывают в очередности, указанной на ри-
сунке римскими цифрами. После замы-
кания арки производится раскружали-
вание путем опускания кружал при по-
мощи приборов (клиньев, песочниц, дом-
кратов), установленных в замке кружал,
после чего собирается надсводное строе-
ние. Если проектом предусмотрена сов-
местная работа арки и надсводного строе-
ния, раскружаливание производится
после окончания сооружения всего про-
летного строения, тем самым включая
всю конструкцию в работу от собствен-
5 — бе-
211
кого веса. Сооружение пролетного
строения в пределах пойм производится
козловым или башенным краном
(см. рис. 21.14), в пределах реки — пла-
вучим краном.
При сооружении виадуков эффектив-
ны кабель-краны (рис. 21.14, в), обеспе-
чивающие горизонтальное и вертикаль-
ное перемещения элементов вдоль оси
сооружения весом до 200 кН.
Сооружение пролетного строения ком-
бинированной системы — арки с пред-
варительно напряженной балкой жест-
кости, как и неразрезного пролетного
строения, может производиться сборкой
на подмостях или насыпи с продольной
надвижкой в пролет (рис. 21.15).
21.3. Сооружение монолитных
пролетных строений
В особых условиях строительства но-
вой линии в неосвоенных районах, когда
доставка конструкций затруднена, а в
районе строительства имеются заполни-
тели, могут оказаться технически целе-
сообразными и экономичными монолит-
ные, бетонируемые в пролетах железобе-
тонные пролетные строения. Способ со-
оружения выбирают, сравнивая возмож-
ные решения с учетом местных условий,
ресурсов (транспортных средств, меха-
низмов, рабочих и др.).
Пойменные и анкерные части пролет-
ных строений неразрезных систем бето-
нируют на подмостях в деревянной опа-
лубке (рис. 21.16).
Речные пролетные строения неразрез-
ных систем бетонируют на подмостях,
если это позволяют условия судоходст-
ва, и при малой высоте моста. При ин-
тенсивном судоходстве, большой глуби-
не воды, скальных грунтах целесообраз-
но навесное бетонирова-
ние по схемам, аналогичным схемам
навесной сборки (см. рис. 21.9). Работы
ведутся в специальных агрегатах, кото-
рые являются подмостями и опалубкой.
На рис. 21.17, а показан агрегат с на-
клонной рамой (шевром). К балкам 7 на
тяжах 5 подвешены подмости с опалуб-
кой. Рамой 4 поднимается с плавучих
средств арматурный каркас блока и бе-
тонная смесь.
На рис. 21.17, б приведен агрегат
с консольными балками. Для удобства
подачи бетонной смеси по готовой части
пролетного строения применяют агрегат
с консольными фермами, расположен-
ными под пролетным строением
(рис. 21.17, в).
Бетонирование производится секция-
ми длиной 2—3 м. После набора бетоном
необходимой прочности пучки, пропу-
-В—В -Е-
Рис. 21 18 Сборка пролетного строения на бе-
реговых подмостях с перевозкой в пролет на
плавучих опорах:
щенные в каналах, натягиваются с упо-
ром домкратов в торец секции (натяже-
ние на бетон), после чего производят
раскружаливание, и агрегат переме-
щается для бетонирования следующей
секции.
Арочные пролетные строения с ездой
поверху бетонируют на кружалах ИАК.
В целях равномерной загрузки приме-
няется секционное бетонирование по
схеме и в том же порядке, как и укладка
блоков сборных пролетных строений
(см. рис. 21.14). Надсводное строение
после раскружаливания целесообразно
собирать из готовых элементов, имеющих
небольшие размеры и массу и изготов-
ляемых на заводе или приобъектном по-
лигоне. Для подачи бетона и элементов
применяются такие же краны, как и при
сооружении сборного пролетного
строения.
В отечественном мостостроении ши-
роко применяется сборка конструкций
213’
массой до 5 тыс. т на подмостях, распо-
ложенных на берегу, и перевозка их
в пролет на плавучих опорах
(рис. 21.18) особенно эффективна при
сооружении многопролетного моста.
Плавучая опора (рис. 2149) состоит из
плашкоута, составленного из понтонов
КС (см. гл. 1), нижнего ростверка, рас-
пределяющего давление обстройки на
понтоны, обстройки из инвентарной
конструкции МИК С и верхнего рост-
верка, воспринимающего давление про-
летного строения.
Глава 22
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ
СТАЛЬНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
22.1. Изготовление стальных
пролетных строений
Стальные мостовые конструкции, р том
числе пролетные строения, изготовляют
в основном на специализированных за-
водах Минтрансстроя, оснащенных сов-
ременным оборудованием. Весь техно-
логический процесс определяется типом
конструкции — сплошностенчатые или
решетчатые. Элементы конструкций, как
правило, изготовляют сварными, в от-
дельных случаях — клепаными или бол-
товыми. Процесс изготовления органи-
зуется по поточному методу по элемен-
там, в соответствии с которыми созда-
ются цехи завода и технологический
процесс.
Подготовка металла со-
стоит из очистки от прокатной окалины
пескоструйными аппаратами и в дробе-
струйных установках, правки погнуто-
стей, образовавшихся в процессе прока-
та, транспортирования, складирования.
Правка листовой стали производится
в листоправйльных вальцах, уголков —
в углоправйльных (рис. 22.1), профиль-
ного металла (швеллеров, двутавровых
балок) — на прессах.
Обработка металла на-
чинается с разметки (переноса контуров
и центров отверстий соединительных за-
клепок или болтов с чертежа на металл)
или наметки их по шаблонам. При раз-
метке применяются специальные инст-
рументы (стальные ленты, линейки, цир-
кули, чертилки и др.), при наметке —
шаблоны картонные, деревянные, сталь-
ные в зависимости от требуемой точности
и объема выполняемой на шаблоне ра-
боты. Намеченные на металле контуры и
центры отверстий закрепляются керна-
ми — углублениями в металле, образуе-
мыми ударами, наносимыми по кернеру
(стержню с острым коническим концом).
Резка металла толщиной до
20 мм производится механическим спо-
собом ножницами или кислородной рез-
кой. После механической резки кромка
металла получается рваной, с нарушен-
ной структурой металла, который уда-
ляется на кромкострогальных или фре-
зерных станках.
Широкое применение находит кисло-
родная резка при любой форме реза и
любой толщине металла. При этом кром-
ка металла при специальной конструк-
ции резака получается чистой. Кроме
того, кислородная резка позволяет ав-
томатизировать процесс, применять од-
Рис. 22.1. Листоправйльные вальцы.
повременную резку металла нескольки-
ми резаками.
Изготовление элементов
производится по технологии, зависящей
от конструкции элемента, типа соедине-
ния деталей (листов, уголков).
Основным типом являются сварные
элементы, отличающиеся высоким каче-
ством соединений деталей, малой тру-
доемкостью изготовления по сравнению
с клепаными. Изготовление сварных эле-
ментов начинается со сборки в кондук-
торе деталей обычно из листов. Приме-
ром может служить кондуктор, приме-
няемый для сборки элементов коробча-
того сечения (рис. 22.2). Детали собран-
ного элемента соединяются короткими
(40—50 мм) сварными швами — прих-
ватками, накладываемыми вручную. По-
сле этого элемент из кондуктора выни-
мается и поступает на сварку.
Накладка соединительных сварных
швов производится автоматическим спо-
собом при помощи сварочного агрега-
та — трактора (рис. 22.3), в котором
автоматизированы согласованные между
собой перемещения трактора и подача
электродной проволоки. Сварка ведется
под слоем флюса — стекловидного по-
рошка светло-коричневого цвета. Флюс
изолирует расплавленный металл шва
от реакции с кислородом и азотом возду-
ха, содержит легирующие добавки, улуч-
шающие качество металла шва, защища-
ет работающего сварщика от светового
воздействия пламени дуги. Автоматиче-
ская сварка обеспечивает высокое ка-
чество шва, прочность которого не усту-
пает прочности основного металла эле-
мента. Более высокое качество углового
сварного шва получается при сварке
в «лодочку». При таком положении эле-
мента лучше формируется шов без рас-
плывания расплавленного металла. Для
этого применяют различные кантовате-
ли, один из которых приведен на
рис. 22.4.
При изготовлении элементов коробча-
того сечения применяют двухдуговые
автоматы (рис. 22.5). Симметричный на-
грев элемента в процессе сварки позво-
ляет избежать его деформации при осты-
вании металла шва, уменьшает трудоем-
кость и сокращает продолжительность
изготовления элемента.
Полуавтоматическая сварка, при ко-
торой агрегат перемещается вручную
(см. рис. 22.3), а проволока поступает
автоматически, применяется при нало-
жении коротких швов или сварке в стес-
ненных условиях. Ручная сварка ис-
пользуется при наложении потолочных
Рис 22.3. Сварочное оборудование:
а —сварочный трактор, б — шланговый аппарат для полуавтоматической сварки;
1—сварочная головка; 2 — бункер с флюсом: 3 — кассета с электродной проволокой;
ходная тележка; 5 — держак, 6— шланг с проволокой
215
Рис. 22.4. Кантователь
1 — электрод, 2 — валик флюса
и коротких швов (прихваток). При этом
флюс заменяется обмазкой электродной
проволоки, а сварщик работает с защит-
ным щитком. На заводах находит при-
менение сварка под защитой струей уг-
лекислого газа.
В клепаных элементах образование
отверстий для соединительных заклепок
производится при сборке «по дырам» или
по «бездырной» технологии. В первом
случае в каждой детали (листах, угол-
ках) по намеченным кернером центрам
образуются продавливанием или свер-
лением отверстия диаметром на 2—3 мм
меньше проектного, после чего элемент
собирается в кондукторе, обеспечиваю-
щем проектные размеры (рис. 22.6). Де-
тали соединяются монтажными болтами
диаметром 16—20 мм и конусными оп-
равками, предотвращающими взаимный
сдвиг деталей. Затем отверстия рассвер-
ливают на сверлильных станках на про-
ектный диаметр, оправки заменяют проб-
ками, диаметр которых равен диаметру
отверстия, и элемент поступает на клеп-
ку, которая производится в клепальной
скобе (рис. 22.7). Заклепки, нагретые
до температуры 650 — 700 °C, заклады-
Рис 22 5 Сварка элемента коробчатого сечения двухдуговым автоматом
Рис 22.6 Сбороч-
ная кондукторная
рамка клепаного
элемента
Рис 22.7. Клепаль-
ная скоба:
1 — оправка,
2 — Привод
Рис. 22.8. Накладной кондуктор для образо-
вания монтажных отверстий*
216
вают в отверстия и опрессовывают уси-
лием до 800 кН.
При «бездырной» сборке центры от-
верстий намечаются только на внешних
деталях элементов. Элемент собирается
в кондукторе, просверливается несколь-
ко «маячных» отверстий, заполняемых
монтажными болтами и пробками, эле-
мент вынимается из кондукторов и по-
ступает на сверление отверстий сразу на
проектный диаметр, а затем на клепку.
При таком способе уменьшается объем
разметочных работ, сокращается коли-
чество операций, улучшается качество
соединений при полном совпадении от-
верстий в деталях. Вместе с тем несколь-
ко увеличивается продолжительность и
стоимость изготовления элементов.
В настоящее время, как правило, при-
меняется технология «бездырной» сбор-
ки.
Вместо заклепок возможно примене-
ние высокопрочных болтов, не требую-
щих квалифицированных рабочих, но
такие соединения несколько дороже за-
клепочных.
Образование монтажных
отверстий в элементах является
ответственной операцией, обеспечиваю-
щей проектный строительный подъем и
совпадение отверстий при монтаже про-
летного строения.
Взаимное расположение отверстий на
концах элемента со стандартным моду-
лем 80 мм обеспечивается применением
стальных плоских накладных кондукто-
ров (рис. 22.8). Расположение кондук-
торов на концах элемента и правильная
ориентация их относительно оси элемен-
та обеспечиваются разметкой, при кото-
рой возможны ошибки и требуется при-
менение труда высококвалифицирован-
ных рабочих. По разбивке кондукторы
прикрепляются струбцинами к элемен-
ту, сверлятся «маячные» отверстия с за-
полнением их болтами и пробками, на
станке просверливаются остальные от-
верстия по проектному рисунку поля.
По другому способу образования мон-
тажных отверстий применяется объем-
ный кондуктор, в котором плоские кон-
дукторы жестко соединены между собой.
При этом обеспечивается проектное рас-
положение полей монтажных отверстий,
но необходимо изготовление крупнога-
ВВ1 ВВ2 ввз вв*
баритных кондукторов высокой степени
точности и занимающих большие про-
изводственные площади.
Маркировка и грунтов-
к а элементов производятся в малярном
цехе с применением краскораспылителей.
Маркировка каждого элемента соответ-
ствует принятой в проекте и практике
отечественного мостостроения схеме
(рис. 22.9). Марки ставятся на концах
элементов и обводятся яркой краской.
Перед грунтовкой элемент тщательно
очищается от грязи и шпаклюется для
заполнения щелей между деталями. Кон-
тактные поверхности монтажных соеди-
нений не грунтуются. Для защиты метал-
ла от коррозии их покрывают слоем спе-
217
циального состава, не снижающего фрик-
ционных свойств соединения и исключа-
ющего необходимость очистки перед мон-
тажом.
В процессе изготовления стальных
конструкций на заводе проводится сис-
тематический контроль каче-
ства производимых работ и точность
соблюдения проектных размеров эле-
ментов. Контроль проводится по окон-
чании отдельных операций (поопера-
ционный контроль) и по окончании из-
готовления конструкции. Особое внима-
ние обращается на соблюдение габарит-
ных размеров элементов, на качество
сварных швов, особенно швов, высокой
категории ответственности, и на точность
образования монтажных отверстий. Кон-
троль сварных швов производится внеш-
ним осмотром и просвечиванием гамма-
лучами или с помощью ультразвуковых
дефектоскопов.
Качество изготовленных конструкций
проверяют контрольной сборкой: мало-
габаритных конструкций, например про-
летных строений со сплошной стенкой
малых пролетов в сборочном цехе, круп-
ногабаритных — на сборочной площадке
вне цеха. При изготовлении серии одно-
типных конструкций контрольная сбор-
ка согласно требованиям СНиП произ-
водится каждой пятой изготовленной
конструкции.
22.2. Монтаж стальных пролетных
строений
Цельноперевозимые
сплошностенчатые пролетные
строения пролетом до 33,6 м устанавлива-
Рис. 22.10. Монтаж пролетного строения I—
= 55 м
а и б — стадий монтажа консольным краном;
1 — противовес; 2 — консольный кран ГЭПК-130; 3 —
блок пролетного строения; 4 — временная промежу-
точная опора
218
ются в пролет консольными кранами
(рис. 22.10). Если имеется возможность
подхода (при строительстве путепровода,
эстакады, сборке пролетного строения на
пойме), применяются стреловые и козло-
вые краны. Балочные пролетные строе-
ния пролетом 45 м устанавливают кон-
сольным краном после объединения пе-
ревозимых с завода блоков монтажными
стыками.
При монтаже сталежелезобе-
тонных пролетных строений вначале
кранами устанавливается только несу-
щая стальная конструкция. Железобе-
тонные плиты укладывают стреловым
краном с объединением их с балками ан-
керными устройствами и оформлением
поперечных швов между плитами.
Пролетные строения пролетом 55 м,
состоящие из трех блоков, устанавли-
ваются консольным краном с устройст-
вом временной промежуточной опоры 4
последовательно один, затем два объеди-
ненных блока (см. рис. 22.10).
Пролетные строения со сквозны-
ми фермами пролетом 66 м и более
в однопролетных мостах или в анкерном
(крайнем) пролете многопролетного мо-
ста собираются на инвентарных подмос-
тях (рис. 22.11, а) или в сочетании с на-
весной сборкой (рис. 22.11, б). При
сплошных подмостях сборка ведется по
ярусам или секционным способом. При
сборке по ярусам вначале собирается
нижний ярус пролетного строения, сос-
тоящий из нижних поясов, проезжей
части и нижних продольных связей.
Затем монтируются элементы ферм, попе-
речные и верхние продольные связи.
При таком способе нижний ярус воспри-
нимает давление от монтажного крана,
перемещающегося по продольным бал-
кам. При секционной сборке сразу со-
бирается полностью панель. Это позво-
ляет после проверки положения собран-
ной полной секции из двух панелей од*
повременно оформлять монтажные сое-
динения (клепку или затяжку высоко-
прочных болтов).
Монтаж ведется стреловым краном,
расположённым на проезжей части или
портальным краном, передвигающимся
по подмостям. Находят применение при
сборке пролетных строений на поймах
и строительстве путепроводов порталь-
ные краны, перемещаемые по пути, уло-
женному на земле или рабочем мостике.
Основным способом монтажа пролет-
ных строений многопролетного моста
является навесной способ
(рис. 22.11, в), особенно целесообразный
при неразрезных или консольных про-
летных строениях. Разрезные пролет-
ные строения при навесной сборке объ-
единяются соединительными элементами
и образуют неразрезную систему.
Для обеспечения устойчивости на оп-
рокидывание хвостовой конец пролетно-
го, строения закрепляется за постоянную
опору анкером 5 или укладывается про-
тивовес 6. Рациональным является со-
оружение временной опоры 10
(рис. 22.11, г), т. е. переход на полуна-
весную сборку, если это позволяют ме-
стные условия. Такая опора, кроме ус-
тойчивости пролетного строения, обес-
печивает прочность приопорных элемен-
тов ферм. Это может быть достигнуто
также усилением элементов дополни-
тельным металлом, что технологически
сложно и неэкономично, или постанов-
кой на опоре рамы с вантами 7. Усилия
в вантах регулируются в процессе
сборки гидродомкратами S, установлен-
ными под стойками рамы.
Временные промежуточные опоры со-
оружают на свайном фундаменте из
инвентарных конструкций МИК
(рис. 22.12). При больших глубинах
воды и нагрузке опора может быть соору-
жена в виде безростверковой конструк-
ции из железобетонных оболочек 6 и ри-
геля 5
Устойчивость монтируемой системы
обусловливается неравенством
Опрокидывающий момент Ми относи-
тельно оси вращения 0 — 0 определяют от
нагрузки, расположенной на консоли:
Рис 22.12 Временная промежуточная опора:
а — из инвентарных элементов; б — из железобетонных оболочек,
/ — нижний ростверк;, 2 —верхний ростверк; 3 — опора; 4 — свайный фундамент;
оболочка
219
собственного веса пролетного строения
g, риштований, путей подкранового и
для подвозки элементов, людей, инстру-
мента v и монтажного крана Qhp. Все
эти нагрузки принимают с соответствую-
щими коэффициентами надежности, боль-
шими единицы (y'f> 1,0).
Удерживающий момент Mz определя-
ют от нагрузок, расположенных на ан-
керном пролете (g и v) с коэффициентами
надежности, меньшими единицы yt <
< 1,0. Расчетная схема приведена на
рис. 22.13, а
0,5Zf (gyfg+2vyfv)
(22.1)
Давление на временную опору опре-
деляется по расчетной схеме, приведен-
ной на рис. 22.13, б,
D _ (gVfg+ 11 .
Р °п -= - +
+ (^i+0>5/K) /к
При сборке многопролетного нераз-
резного пролетного строения или соеди-
ненных разрезных пролетных строений
давление на опору определяется по
формуле
(O/g + S^Hx
Р°п = ~ +
( + (/1-|-0,5ZK) ZK
+ - + _
+ (22 3)
Zi Zj
где Л40 — момент, воспринимаемый эле-
ментами неразрезного или соединительны-
ми элементами разрезного пролетного строе-
ния при сборке в пределах пролета Zt
(рис. 22.13, в, г).
При действии поперечного ветра под
подветренным узлом пролетного строе-
ния возникает дополнительное усилие
Ру3 (рис. 22.13, в, г):
Р' _ w»12
У3 2ZX [ 2 В
. №i4~~1 .
+ В Г
. ^кр &кр (# + &пЧ~0>5#Кр) ZKp
1гВ ’ ( '
где wn — интенсивность» давления ветра,
принимаемая в зависимости от района строи-
тельства, высоты сооружения и аэродинами-
ческого коэффициента (см. по СНиПу п. 2.24);
Zzn — высота пояса; //пЧ — высота проезжей
части с временным мостовым полотном; —
коэффициент заполнения фермы, Лпч — плечо
приложения давления ветра на проезжую
часть.
Монтаж ведется от одного берега со
стороны строительной площадки. В це-
лях сокращения продолжительности
строительства применяется навесная
сборка уравновешенным спо-
собом от одной из промежуточных
опор в обе стороны двумя кранами
(см. рис. 22.11, д). Для обеспечения
устойчивости монтируемого пролетного
строения у опоры сооружаются подмости
10, на которых собираются опорные
панели.
Перед началом сборки в монтажном
цехе на берегу производится подготовка
конструкции. Поступившие с завода эле-
менты очищаются от грязи, контактные
поверхности обрабатываются песко-
струйными аппаратами, производится ук-
рупнительная сборка: к узлам прикреп-
ляются болтами накладки, прокладки,
фасонные листы. После укрупнительной
сборки монтажный блок проезжей части
состоит из двух продольных балок со
связями, что облегчает работы по монта-
жу и сокращает продолжительность
сборки.
Навесной монтаж ведется специаль-
ными монтажными кранами УМК-2 и
МАС-16, перемещаемыми по верхним
поясам. Подача элементов производится
на тележках по проезжей части смон-
тированного пролетного строения
(см. рис. 22.11). i
Соединение элеменюв при сборке осу-
ществляется высокопрочными болтами и
пробками, обеспечивающими необходи-
мую прочность соединения и проектную
геометрию ферм, строительный подъем,
который обусловлен точностью располо-
жения монтажных отверстий, образован-
ных на заводе. Натяжение болтов конт-
ролируется специальным динамометри-
ческим ключом.
При строительстве больших мостов в
трудных условиях перехода (большая
220
a)
Рис. 22 13 Расчетные схемы определения давления на промежуточную опору.
/ —- соединительные элементы, 2 — временная опора
глубина и скорость течения, скальные
грунты дна, интенсивное судоходство и
др.) в последнее время часто применяет-
ся конвейерно-тыловая
сборка пролетных строений на ста-
пеле с продольной надвижкой в пролете
(рис. 22.14). Стапель 1 представляет
собой площадку из бетонных плит, уло-
женных на насыпи подхода. Сборка ве-
дется козловым краном, передвигаемым
по насыпи. По мере сборки пролетное
строение перемещается по каткам 6
(при решетчатых фермах) или по устрой-
ствам скольжения (при сплошностенча-
Рис. 22 14 Конвейерно-тыловая сборка с продольной надвижкой пролетного строения:
1 — стапель; 2 — гидродомкраты; 3 — козловой кран; 4 — аванбек; 5 — полиспасты тяговых лебе
док; 6 — катки, 7 — нижний накаточный путь; 3 — верхний накаточный путь
221
fl--—-fl Ось моста
Рис. 22.15. Перевозка пролетного строения.
тых конструкциях). Схема устройства
скольжения приведена на рис. 21.10.
Тяговое усилие (см. рис. 22.14) создает-
ся лебедками с полиспастами 5, толкаю-
щее— гидродомкратами 2, Для обеспе-
чения устойчивости надвигаемой систе-
мы и уменьшения усилий в элементах
ферм к пролетному строению прикреп-
ляется аванбек 4, представляющий собой
легкую (массой 1 т) пространственную
решетчатую конструкцию. Длину аван-
бека принимают около 0,6 длины проле-
та. При больших пролетах даже при на-
личии аванбека не всегда удается избе-
жать сооружения промежуточной опоры
с накаточным устройством.
В практике отечественного мосто-
строения широко применяется сборка
пролетного строения на подмостях на
берегу с последующей перевозкой его
в пролет на плавучих опорах (рис. 22.15).
Чем больше в сооружении пролетных
строений, тем целесообразнее и эконо-
мичнее такой способ.
После сборки пролетное строение 2
перемещается обычно на тележках или
катках по пирсам в сторону русла реки.
Под него подводятся плавучие опоры,
на которые после разбалластировки (уда-
ления. из понтонов воды) передается вес
пролетного строения. Вся плавучая сис-
тема перевозится буксирами в пролет и
при помощи балластировки (заполнения
понтонов водой) опускается на опорные
части.
Конструкция плавучей опоры приве-
дена в гл. 21
222
Глава 23
ПОСТРОЙКА ОПОР
23.1. Изготовление элементов опор
Элементы сборных и сборно-монолит-
ных опор, имеющие несложную конфи-
гурацию и не требующие сложного тех-
нологического оборудования, изготовля-
ют на полигонах.
Призматические сваи раз-
мерами 35 х 35, 40 X 40 см обычно из-
готовляют с применением деревянных и
металлических форм (рис. 23.1). Арма-
турный каркас (продольные стержни и
хомуты) вяжут на козелках вручную.
Механизированное изготовление карка-
са заключается в навивке на продольные
стержни спиральной арматуры взамен
хомутов. При такой технологии целесо-
образно шести- и восьмигранное сечение
Сваи. Такие сваи позволяют успешно
применять инвентарные формы, приве-
денные на рис. 23.1, б. При помощи съем-
ного щита образуется камера, в которой
сваи пропаривают для ускорения набора
бетоном прочности.
С в а и-о б о л о ч к и диаметром
60—100 см и .о бо л о ч к и диаметром
120—160 см изготовляют звеньями дли-
Рйс. 23.1. Формы для изготовления призмати-
ческих свай:
а и б ~ в деревянных формах; в — то же в инвен-
тарных металлических (римскими цифрами показа-
на очередность бетонирования);
/ — вкладыш; 2..щит при пропаривании, 3 -- объем-
Рис. 23 2. Центрифуга для изготовления оболочек:
форма; 4 — прижимной
ной до 8 м на заводах МЖБК способом
центрифугирования. Центри-
фуга (рис. 23.2) представляет собой
стальной цилиндр из двух половин,
скрепляемых болтами. После укладки в
него арматурного каркаса из продольной
и спиральной арматуры и бетонной сме-
си с водо-цементным отношением 0,5—0,6
форму вращают с частотой, изменяемой
ступенями от 80 до 200 оборотов в мину-
ту. Вначале смесь под влиянием центро-
бежных сил равномерно распределяется
по стенкам центрифуги, затем при уве-
личении частоты вращения уплотняется
с удалением несвязной воды. В результа-
те получается оболочка из бетона высо-
кой плотности, прочности, с хорошей
гладкой поверхностью. Эти качества по-
зволяют сократить расход цемента и
обеспечить высокую морозостойкость.
Оболочки большого диаметра (2 м и
более) изготовляют на полигонах в виб-
роформах в вертикальном положении
(рис. 23.3). Длина звена оболочки 4—
5 м. Бетонную смесь уплотняют тиско-
выми вибраторами 5, прикрепляемыми
к наружной форме 2.
При изготовлении оболочек для сты-
кования звеньев выпускаются стержни
продольной арматуры или к ним прива-
риваются закладные детали. Имеется
три типа стыка, приведенные на
рис. 23.4.
Производство контурных блоков сбор-
но-монолитных опор организуется на
полигонах. Из большого числа типов и
конструкций широкое распространение
при строительстве БАМа получили мас-
сивные бетонные блоки. Чтобы обеспе-
чить бетонной поверхности высокую мо-
розостойкость, прочность на истирание,
плотность, т. е. качества, необходимые
для облицовки опор на реках с ледохо-
дом и способные заменить облицовку
опор из естественного камня, успешно
применяется ударно-вибра-
ционное уплотнение на спе-
Рис. 23.3. Виброформа для изготовления
оболочек большого диаметра:
223
Рис. 23.4. Стыки звеньев оболочек
циальном станке (рис. 23.5). Эксцентрич-
но насаженные валки при вращении
поднимают поддон, на котором располо-
жена оцдлубка блока лицевой поверх-
ностью вниз. При падении бетонная
смесь испытывает удары, под влиянием
которых приобретает большую плот-
ность.
К материалам и технологии изготов-
ления блоков опор, как и других мо-
стовых конструкций, предназначенных
для эксплуатации в условиях сурового
климата (конструкций северного испол-
нения), предъявляются дополнитель-
ные требования. К ним относятся при-
менение портландцементов, ограничение
загрязненности крупных и мелких за-
полнителей, ограничение водо-цемент-
ного отношений, включение в смесь пла-
стифицирующих и воздухововлекающих
1500
Рис. 23.5. Изготовление блока опор
/ — блок; .2 — арматурные петли, 3 — опалубка, 4 —
поддон; 5 — станина; 6 — валок
224
добавок, мягкий режим пропаривания и
другие требования, обеспечивающие не-
обходимую прочность и морозостойкость
не ниже F300.
23.2. Постройка монолитных опор
Монолитные опоры бетонируют в опа-
лубке, обеспечивающей проектные фор-
мы, размеры и ровную поверхность.
Конструкция опалубки зависит от фор-
мы опоры и степени ее оборачиваемости.
Стационарная опалубка (рис. 23.6)
применяется при бетонировании устоев
сложной формы и промежуточных опор
малых и средних мостов. Наиболее упот-
ребительная конструкция с вертикальны-
ми досками, позволяющими создать кри-
волинейную поверхность торцовых ча-
стей речных опор. В пределах торцовых
поверхностей доски прибивают к кру-
жальным ребрам /, составленным из
двух-трех слоев досок, скрепленных
гвоздями. Для обеспечения проектных
размеров и неизменяемости формы стой-
ки скрепляются тяжами 3 из стальных
стержней диаметром 18—20 мм. Рядом
с тяжами устанавливаются распорки 5
из бревен d 14-4-16 см, удаляемые по
мере бетонирования. Доски опалубки
сплачиваются в четверть для предотвра-
щения вытекания раствора при бетони-
ровании. Их строгают на станках для
создания ровной поверхности опоры. .
Щитовая опалубка приме-
няется при оборачиваемости не менее
4—5 раз. Размеры щита определяются
размерами опор и условиями транспор-
тирования. В целях уменьшения числа
горизонтальных сопряжений щитов це-
лесообразно применять щиты с верти-
кальными досками и размерами (24-
4-2,5) X (4-~-5) м (рис. 23.7). Щитовая
опалубка кр иво л и ней ных повер х ностей
ввиду сложности конструкции не нашла
применения. На практике предпочитают
делать ее стационарной (см. рис. 23.6).
При сооружении высоких опор виаду-
ков применяется передвижная стальная
опалубка (рис. 23.8). Она представляет
собой две обвязки из балок 5, к которым
крепятся щиты стальной опалубки 2
высотой 1,2 м. Вся конструкция крепит-
ся к продольным стержням 5, располо-
Рис 23 6 Стационарная опалубка монолитной опоры
/ — кружальное ребро, 2 — горизонтальное ребро; 3 — тяж; 4 — стойка; 5 —распорка; 6 — верти-
кальные доски опалубки, 7 — диагональные поперечные связи, 8 — болтовое соединение кружаль
ного и горизонтального ребер, 9 — сплачивание досок в четверть
женным по периметру опоры через 2—
2,5 м, при помощи гидродомкратов 4 ,
прикрепленных к кронштейнам опалуб-
ки и опирающихся посредством зажимов
на стержни. Этими домкратами подни-
мают опалубку с такой скоростью, чтобы
выходящий из-под нее бетон имел про-
должительность твердения не менее 2 ч.
Подача бетонной смеси производится
тельфером 6,
Расчет опалубки состоит из
проверки прочности и деформативности
ее элементов. В качестве нагрузки при
расчете на прочность принимают давле-
2-2,5М
8 Зак 1048
Рис 23 8. Передвижная опалубка опоры
/ — отделываемая поверхность опоры; 2 — стальная щитовая опалубка; 3 — обвязка из балок; 4 —
гидродомкраты, 5 — стальные стержни d=25 мм; 6 — тельфер; 7 — кубло с бетоном, 8 — подмости
ние бетона по эпюре на рис. 23.9, а.
Высота скошенной части эпюры опреде-
ляется радиусом действия вибратора Лв,
под влиянием которого нарушаются свя-
зи между частицами и бетонная смесь
уподобляется тяжелой жидкости. Высо-
та эпюры равна высоте слоя несхватив-
шегося бетона, укладываемого в опору
в течение 4 ч — расчетный срок начала
схватывания цемента. Максимальное дав-
ление бетона определяют по ВСН 136-78
Hmax = T/u(vA + *MB), (23 1)
гДе 7fu — коэффициент надежности, рав-
ный 1,30; тд — динамическое воздействие
от сбрасываемого бетона, принимаемое в зави-
симости от емкости кубла; уо — удельный
вес бетонной смеси, равный 23,5 кН/м3; hB—
радиус действия вибратора (внутреннего —
0,75 м, площадочного — 0,4 м).
Рис. 23.9. Эпюры давления бетонной смеси.
а — при расчете на прочность; б — при расчете на
деформативность
226
Темп бетонирования определяется тре-
бованием, заключающимся в том, чтобы
зона вибрирования не затрагивала начав-
шийся схватываться бетон, т. е. слой,
уложенный 4 ч назад. Это условие мо-
жет быть выражено неравенством
Ао (4 — /тр)>Лв, (23 2)
где hQ — высота слоя, укладываемого за 1 ч
и зависящая от производительности бетонного
завода и площади опоры; /тр — время от мо-
мента затворения бетонной смеси до момента
укладки бетона в опалубку.
Проверку элементов опалубки на де-
формативность выполняют для предот-
вращения вытекания цементного раст-
вора и получения ровной поверхности
опоры. При этом эпюру расчетной на-
грузки принимают по рис. 23.9, б без
учета динамической добавки и при коэф-
фициенте перегрузки yfu = 1,0, т. е.
^тах — Тб^в (23.3)
Бетонную смесь укладывают слоями
20—30 см с уплотнением поверхностны-
ми (площадочными) и глубинными (с гиб-
ким шлангом) вибраторами. Если пло-
щадь опоры большая и отсутствует бе-
тонный завод большой производитель-
ности, для выполнения требований не-
прерывности бетонной кладки [см. ус-
ловие (23.2)] применяют блочное
бетонирование, при котором
опора разбивается на блоки площадью
Рис. -23.10 Блочное бетонирование Монолитной
опоры-
3 — обшивка
опора,
не менее 50 м2 каждый и высотой 2—
2,5 м (рис. 23.10).
При постройке опоры в зимний период
необходимо обеспечить положительную
температуру бетонной смеси на время
схватывания и твердения с набором проч-
ности не менее 70 %, а в зоне перемен-
ной влажности — 100 % проектной. Для
этого при постройке массивных опор
применяют способ «термоса». Заклю-
чается он в укладке подогретого бетона
в утепленную опалубку, что с использо-
ванием экзотермии обеспечивает доста-
точно высокую температуру при тверде-
нии. Нагреву подвергаются заполнители
до температуры + 60° С. Утепление опа-
лубки достигается устройством второй
наружной обшивки 2 стационарной опа-
лубки 4 (рис. 23.11) с заполнением па-
зух утеплителем (опилками или шлаком)
5. Щитовая опалубка утепляется об-
шивкой слоем войлока или шевелина с
защитой его наружным слоем толя или
рубероида.
В массивных опорах, не имеющих ар-
матуры, допускается применять «хо-
лодный бетон», в котором с помощью
химических добавок понижается темпе-
ратура замерзания смеси. В качестве до-
бавок служит нитрат кальция или хло-
рид кальция.
23.3. Сооружение сборных
и сборно-монолитных опор
Монтаж сборных опор состоит
из подготовки и укрупнительной сбор-
ки элементов, подготовки фундамента
8*
или ростверка к установке элементов
с временным их закреплением и омоноли-
чиванием стыков после окончания мон-
тажа.
Сборные опоры эстакад и путепроводов
монтируют самоходными стреловыми
или козловыми кранами. Стойки уста-
навливают в пазухи фундамента или
железобетонного подколонника 5
(рис. 23.12) и временно закрепляют де-
ревянными клиньями 4, а по окончании
сборки пазухи 6 заполняют бетоном. На
стойки тем же краном укладывают ри-
гель 1 с омоноличиванием стыка, уклад-
227
Рис 23 13 Постройка сборно-монолитной опо
ры
1 — инвентарные подмости; 2 — рештак: 3 — стяжка
диаметром 12 мм; 4 — подмости, 5 — контурный
блок, 6 — монолитный бетон
кой бетона в пазухи ригеля 2. Для уста-
новки ригеля и омоноличивания стыков
к стойкам прикрепляются подмости 3.
При безростверковых столбчатых опо-
рах ригель укладывают на сваи или обо-
лочки с аналогичной описанной конст-
рукцией стыка
При работах в зимний период бетон
стыка до его замерзания должен иметь
100 °о проектной прочности. Способ
«термоса» при малом объеме бетона не-
приемлем. Теплозащита осуществляется
электропрогревом смеси электродным
способом на переменном токе или уст-
ройством тепляков. В бетонную смесь
погружают стержневые электроды диа-
метром 6—10 мм, которые включают
в электрическую сеть с постепенным по-
вышением напряжения по мере увеличе-
ния электрического сопротивления твер-
деющего бетона.
Контурные блоки сборно-монолитных
опор (рис. 23.13) укладываются кранами
на цементно-песчанйй раствор по яру-
сам до четырех рядов в каждом. Блоки
скрепляются стяжками 3 диаметром
12 мм, приваренными к петлям диамет-
ром 22 мм, выпущенным из блоков.
Положение блоков регулируется с внут-
ренних подмостей 4. Ядро опоры запол-
няется бетоном. В зимнее время тепло-
изоляция бетона осуществляется верх-
228
ним щитом и боковыми матами. Внутрь
опоры калорифером нагнетается теплый
воздух.
23.4. Сооружение опор в северной
климатической зоне
Основной дефект опор в зоне с низкими
температурами—пучение как результат
воздействия замерзающего и оттаиваю-
щего водонасыщенного дисперсного
грунта. Эффективным способом борьбы
с этой деформацией является примене-
ние столбчатых и свайных фундаментов.
Применяются два принципа проектиро-
вания фундаментов в вечномерзлых грун-
тах с соответствующей технологией их
сооружения Первый принцип — сохра-
нение природного температурного режи-
ма грунта, второй — допускается оттаи-
вание грунта в процессе эксплуатации
сооружения. Второй принцип приме-
няется при малосжимаемых грунтах —
скальных, гравийно-галечных, песча-
ных, в свайных фундаментах и столбча-
тых опорах
При дисперсных водонасыщенных
грунтах целесообразен первый прин-
цип, позволяющий использовать проч-
ность мерзлого слабого грунта и соору-
жать свайные и столбчатые фундаменты
в пробуренных скважинах. Для сохране-
ния природного состояния мерзлого
грунта восстанавливают нарушенный в
процессе строительства растительный по-*
кров, укладывают теплоизолирующий
слой торфа,, мха, укрепляют русло водо-
тока. Для усиления мерзлоты приме-
няются охлаждающие установки —
термосифоны (рис. 23.14). Система замк-
нутых труб заполняется незамерзающей
жидкостью, обычно керосином. Охлаж-
даясь в верхней части системы, жидкость
имеет большую плотность и, опуска-
ясь, вытесняет вверх жидкость меньшей
плотности, так как температура вечно-
мерзлого грунта значительно выше тем-
пературы воздуха. Летом циркуляция
прекращается.
Столбчатые опоры сооружают
бурением скважин, заполнением их це-
ментно-песчаным раствором и опускани-
ем в них железобетонных столбов диа-
метром 80 см. В вечномерзлых грунтах >
Рис 23 14. Охлаждающая установка (термо-
сифон) •
1 — система труб, 2 — незамерзающая жидкость,
3 — направления циркуляции жидкости
скважины образуются бурением. Буро-
забивные сваи погружаются сваебойным
оборудованием в скважину, заполнен-
ную на — х/4 глубины раствором из
бурового шлама и местного грунта. Та-
кой способ, применяемый в зимний пе-
риод, обеспечивает сохранность вечной
мерзлоты, что способствует быстрому
вмораживанию сваи в грунт, повышает
ее несущую способность уже в процессе
сооружения опоры и препятствует выпу-
чиванию.
К бетону северного исполнения предъ-
являются особые требования, изложен-
ные в п. 23.1.
Г лава 24
ПОСТРОЙКА ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ 1
24.1. Изготовление элементов труб
По сложности изготовления элементы
сборных железобетонных водопропуск-
ных труб можно разделить на две груп-
пы: 1) фундаментные плиты и блоки, ле-
кальные блоки, откосные крылья, пор-
1 При написании гл 24 использованы дан-
ные, полученные канд. техн, наук В Б Боб-
риковым.
тальные стенки; 2) звенья труб прямо-
угольные, цилиндрические и конические.
Элементы первой группы имеют пло-
скую форму, простое армирование, эле-
ментарную опалубку и обычные для та-
кого рода конструкций технологические
приемы; организация технологии их про-
изводства проста.
Звенья труб изготовляют на заводах
и полигонах по стендовой (при малой пар-
тии блоков) и поточно-агрегатной схе-
мам.
Для изготовления арматурных карка-
сов круглых звеньев из проволоки диа-
метром до 10 мм применяют станки, ра-
ботающие по принципу непрерывной на-
вивки и сварки спирали с продольными
стержнями, а также стандартные сетки
заводского изготовления — плоские (ши-
риной до 2,5 м) и в рулонах (шириной до
3,5 м) при рабочей арматуре диаметром
10—20 мм. Каркасы круглых и прямо-
угольных звеньев изготовляют из плос-
ких сварных сеток, а при большем диамет-
ре арматуры (для прямоугольных зве-
ньев большого размера), кроме того, —
из отдельных стержней с помощью руч-
ной сборки.
Основные особенности изготовления
звеньев водопропускных труб заключают-
ся в различных способах формова-
ния, распалубки и тепловой обработки
(рис. 24.1).
Первый способ формования испоЛьзу-
ют в основном при изготовлении прямо-
угольных звеньев. Бетонную смесь уплот-
няют навесными вибраторами с после-
дующим доуплотнением глубинными.
Формование железобетонных труб в
виброформах не обеспечивает равномер-
ную плотность бетона, не позволяет про-
работать даже умеренно жесткие (40—
50 с) бетонные смеси и сопряжено с
большими затратами времени и труда.
Распространены виброустройства раз-
личных видов, располагаемые внутри сер-
дечника. При изготовлении звеньев круг-
лых труб вибросердечником служит внут-
ренняя цилиндрическая опалубка. Для
прямоугольных звеньев обычно приме-
няют сердечники, внутри которых для
прикрепления вибраторов приваривают
диафрагмы жесткости и уголки. Общий
недостаток вибросердечников — слож-
ность их обслуживания и недолговечность.
229
классификация
признака,
Жслез°бетонные звенья водопропускных труб\
. Группа
конструкции
Технологически*
схема
Способ
формования
Способу
распалубки
Способ
тепловой
обработки
Рис. 24.1. Классификация методов изготовления звеньев железобетонных труб
Более совершенное механизированное
изготовление конструкций водопропуск-
ных труб связано с применением вибро-
площадки и формовочных станков.
Для формирования прямоугольных
звеньев могут быть использованы вибро-
площадки. Наиболее рациональна вибро-
площадка, передающая на формуемое из-
делие горизонтальные колебания и позво-
ляющая одновременно изготовлять не-
сколько типоразмеров прямоугольных
звеньев по поточно-агрегатной техноло-
гии (рис. 24.2). Для такой виброплощад-
Рис. 24.2. Схема поточно-агрегатного изготов-
ления звеньев прямоугольных труб с приме-
нением виброплощадки с горизонтальными
крутильными колебаниями:
ки не нужен массивный фундамент, ее
потребляемая мощность в 2—4 раза
меньше, чем площадки той же грузоподъ-
емности с вертикально направленными
колебаниями. Увеличение жесткости бе-
тонной смеси до 60 с позволяет снизить
расход цемента на 50—70 кг/м3.
Для изготовления круглых звеньев же-
лезобетонных труб применяют станковое
оборудование, в частности, формовоч-
ный станок СМ-210 К, который пред-
назначается для вертикального формова-
ния звеньев труб диаметром 1—1,5 м,
длиной до 2 м в металлических неразъем-
ных формах со сменным вибросердечни-
ком.
При изготовлении звеньев труб малых
и средних диаметров на некоторых пред-
приятиях ЖБК применяется способ прес-
сования бетона (вертикальное или гори-
зонтальное), который заключается в сле-
дующем: через вертикально стоящую или
медленно вращающуюся форму (в нее
сверху загружается бетонная смесь) про-
ходит вращающийся шток, на котором
насажена головка с насадками, прессу-
ющими бетон.
Качество труб во многом зависит от
способа их распалубки и соблюдения ус-
тановленного режима тепловой обработ-
ки. Лучшие показатели достигаются при
распалубке изделий после тепловор об-
230
работки. Однако такой метод приводит к
значительному увеличению парка и сни-
жению оборачиваемости опалубочных
форм и, кроме того, весьма усложняет
операции по извлечению внутренней час-
ти формы из трубы. Ввиду этого полная
распалубка после пропаривания приме-
няется при стендовой технологии и ма-
лых объемах производства.
Наибольшее распространение получи-
ла (полная или частичная) распалубка
изделий после их формования и предва-
рительной выдержки, применяемая при
поточно-агрегатном изготовлении звень-
ев труб, так как благодаря станковому
вибрированию можно использовать жест-
кие бетонные смеси (60—80 с).
Режим тепловлажностной обработки
звеньев труб должен гарантировать по-
лучение бетона требуемой прочности на
различных технологических этапах, до-
стижение проектной прочности, морозо-
стойкости и водонепроницаемости бето-
на и исключать возможность возникнове-
ния технологических трещин в конструк-
циях. При обработке звеньев в пропа-
рочной камере относительная влажность
должна быть не ниже 98 %.
Исходным материалом для изготовле-
ния элементов металлических гофриро-
ванных труб служит плоский гофриро-
ванный лист, поступающий с металлур-
гических заводов на специализирован-
ные предприятия, где он подвергается
соответствующей механической обработ-
ке. Технологический процесс этой обра-
ботки состоит из следующих операций:
резка гофрированных листов на заготов-
ки требуемой длины; подгибка и гибка
заготовок по заданному радиусу с одно-
временным профилированием волнисто-
го листа; образование отверстий в гоф-
рированных листах. На последнем этапе
в специальном цехе производится анти-
коррозийная защита конструкций в виде
цинкового покрытия толщиной 8 мкм,
наносимого в горячем состоянии на внут-
реннюю и наружную поверхности эле-
ментов.
В зависимости от коррозийной актив-
ности (агрессивности) грунтов основа-
ния, насыпи и протекающей через соору-
жения воды назначают средства допол-
нительной защиты от коррозии. В каче-
-стве такой дополнительной защиты при-
меняют битумные, полимерные и красоч-
ные покрытия трубы.
24.2. Постройка труб
Водопропускные трубы по количеству
и объему кладки — самые массовые со-
оружения в общем комплексе строитель-
ства железной дороги. Подавляющее
большинство труб однообразно по своему
назначению, однотипные конструкции
многократно повторяются. Эти факторы
являются благоприятными предпосылка-
ми сооружения водопропускных труб
индустриальными методами, основа ко-
торых — поточная организация строи-
тельства.
В комплекс работ по сооружению
сборных железобетонных
водопропускных труб вхо-
дят: подготовительные работы, разработ-
ка котлована и устройство подготовки,
сооружение фундамента, монтаж надфун-
даментной части трубы, гидроизоляцион-
ные работы, засыпка трубы грунтом, ук-
репление русла и откосов насыпи. Для
металлических гофрированных труб, не
имеющих ярко выраженной фундамент-
ной части (ее заменяет фундаментная
подушка), отсутствуют работы по разра-
ботке котлована и сооружению фундамен-
та.
Все эти работы должны быть закон-
чены, кроме укрепительных, до начала
работ по отсыпке земляного полотна,
чтобы машинный комплекс механизиро-
ванных колонн имел возможность бес-
препятственно выполнять свои функции.
В состав подготовительных
работ входят расчистка и планировка
площадки, геодезические и разбивоч-
ные работы. До начала строительства
проектная организация закрепляет в на-
туре и передает строителям ось трассы и
точки ее пересечения с осями труб, а так-
же высотные реперы (по одному на каж-
дую трубу). Поверхность строительной
площадки предварительно расчищают от
растительного слоя грунта и планируют
бульдозером. Площадка должна быть
укомплектована необходимым оборудо-
ванием (растворо- или бетономешалкой,
электростанцией, битумоваркой), на ней
231
Рис 24 3 План строительной площадки сооружения трубы*
обеспечивается свободное перемещение
транспортных средств и монтажного
крана (рис. 24.3).
Разработка котлованов под фундамен-
ты сборных железобетонных труб про-
изводится в большинстве случаев без
крепления стенок. В неустойчивых и во-
доносных грунтах и отсутствии возмож-
ности обеспечить устойчивость стенок
крепления, а также при постройке труб
в непосредственной близости от эксплуа-
тируемых сооружений (строительство
вторых путей, реконструкция труб) грунт
Рис 24.4. Последовательность устройства
сборного фундамента:
разрабатывают под защитой ограждения.
Основной тип ограждения котлована —
шпунтовое, но возможно применение зак-
ладного крепления. Разрабатывают кот-
лованы с применением бульдозеров (при
заложении тела фундаментов и оголовков
на одной отметке), экскаваторов с обрат-
ной лопатой или драглайнов (при неог-
ражденных котлованах) или грейферов
(при огражденных котлованах).
При монтаже фундаментов из сборных
элементов, масса которых 0,8—1,4 т, в
первую очередь укладывают блоки ого-
ловков до уровня подошвы фундамента
тела трубы. Затем до того же уровня за-
сыпают пазухи котлована с тщательным
уплотнением. Последующие ряды блоков
укладывают последовательно во всех
секциях фундамента в направлении от
выходного оголовка к входному на це-
ментный раствор толщиной 1—2 см с пере-
вязкой швов (рис. 24.4).
Технологический процесс по устройст-
ву монолитных фундаментов включает ус-
тановку опалубки, доставку и укладку
бетонной смеси, уход за бетоном, распа-
лубку и обратную засыпку пазух фунда-
мента Достаточно простое очертание
фундаментов труб позволяет применять
в качестве опалубки инвентарные (ме-
таллические или деревянные) щиты, ис-
пользуемые на нескольких объектах
Между секциями фундамента для об-
разования вертикальных деформацион-
ных швов устанавливаются неудаляемые
после бетонирования деревянные щиты.
Все поверхности многократно оборачи-
ваемой опалубки, соприкасающиеся с бе-
тоном, смазываются солидолом, отрабо-
тавшим машинным маслом и т. п Моно-
литные фундаменты бетонируют посек-
ционно, на всю высоту каждой секции без
перерыва, в направлении от выходного
к входному оголовку
Монтаж надфундамент-
ной части сборных железобетон-
ных труб ведут с помощью самоходных
кранов и начинают, как правило, с ус-
тановки элементов выходного оголовка.
Затем последовательно монтируют звенья
тела трубы и элементы входного оголов-
ка Прямоугольные звенья и блоки с
плоским основанием устанавливают на
цементный раствор, а цилиндрические—
на деревянные неудаляемые подкладки,
соблюдая требуемый зазор между зве-
ном и фундаментом для возможности даль-
нейшего образования бетонной подуш-
ки
Монолитность конструкции трубы на
участках между деформационными шва-
ми обеспечивается заполнением верти-
кальных и горизонтальных швов. С внут-
ренней стороны трубы швы заделывают-
ся цементным раствором с предваритель-
ной конопаткой (для предотвращения вы-
текания раствора), а снаружи заполня-
ются битумом. Деформационные швы
конопатятся с обеих сторон пропитанной
битумом паклей.
Гидроизоляционные по-
крытия железобетонных труб устра-
иваются двух типов — обмазочное (не-
армированное), состоящее из двух слоев
(толщиной 1,5—3 мм каждый) горячей
или холодной битумной мастики по слою
битумной грунтовки, и оклеенное
(армированное) из двух слоев армирован-
ного материала (гидроизола» битантина
и др.) между тремя слоями битумной ма
стики также по слою грунтовки. Битум-
ную грунтовку (битумный лак) приго-
товляют. растворяя расплавленный би-
тум в бензине, нигроле, керосине и дру-
гих растворителях в пропорции 1:3—Г.2
по массе. Битумные мастики включают,
кроме битума, машинное масло и асбест
Обмазочной гидроизоляцией покрывают
оголовки, элементы сборных и сборно-
монолитных фундаментов, боковые по-
верхности прямоугольных звеньев Окле-
енной гидроизоляцией защищают звенья
кругль/х и ригели прямоугольных труб.
Гидроизоляцию устраивают при темпера-
туре воздуха не ниже +5° С, а при более
низких температурах эти работы выпол-
няют в специально оборудованных теп-
ляках.
После окончания всех работ по соору-
жению трубы та же строительная орга-
низация производит начальную засыпку
трубы на высоту, равную ее диаметру
(высоте), плюс 0,5 м с тщательным уп-
лотнением грунта Пазухи котлована за-
полняют грунтом сразу же после прием-
ки кладки фундамента, чтобы по возмож-
ности избежать затопления дождевыми
или грунтовыми водами. Уплотнение
грунта на всех стадиях производится
равномерно с обеих сторон трубы послой-
но машиной ударно-вибрационного дей-
ствия для стесненных условий, а при ее
отсутствии — пневмокатками. Дальней-
шая отсыпка насыпи до ее проектной от-
метки производится механизированной
колонной при сооружении земляного по-
лотна.
Укрепительные и от-
делочные работы выполняют после
отсыпки земляного полотна железной
дороги, как правило, при положитель-
ных температурах воздуха.
Металлические гофри-
рованные трубы являются бес-
фу ндаментной конструкцией, работаю-
щей совместно с окружающим ее грун-
том насыпи. Трубы укладывают (после
удаления почворастительного слоя) на
естественный грунт основания (если этот
грунт песчаный) или на подушку из
песчано-гравийной смеси, когда основа-
ние сложено глинистыми, скальными или
пылеватыми грунтами. Принципиальные
233
Рис 24.5. Конструкция основания металлических гофрированных труб.
а — с устройством верхней части подушки после укладки трубы; б — с предварительным устрой
ством ложа; в —с отсыпкой нулевого слоя и устройством ложа; г —с заменой грунта;
1 — часть подушки, отсыпанная до укладки трубы; 2 — то же после укладки трубы; 3 — нулевой
слой; 4 — крупнообломочный грунт; 3 — угол опирания трубы при установке ее на плоское основа
ние, принимаемый 120°; 01 — угол опирания трубы на грунтовое ложе, принимаемый равным 90°
конструктивные схемы оснований приве-
дены на рис. 24.5.
В зависимости от конкретных усло-
вий строительства металлические гофри-
рованные трубы монтируют из отдель-
ных стандартных элементов (стальных
оцинкованных волнистых листов, изог-
нутых по заданному радиусу) или из сек-
ций, предварительно собираемых из стан-
дартных элементов на объекте или поли-
гоне с последующим транспортировани-
ем к месту установки.
Секционный способ монтажа более
предпочтительный, так как сокращаются
сроки строительства, уменьшается его
трудоемкость.
Установка секций в проектное поло-
жение осуществляется, как правило, кра-
ном. При доставке конструкций со сбо-
рочного полигона монтаж ведется «с ко-
лес», т. е. непосредственно с транспорт-
ных средств. При основании, спланиро-
ванном без устройства ложа (рис. 24.5,
а), допускается монтаж трубы в целом
виде рядом (параллельно проектной оси
сооружения ) с последующей перекаткой
ее в проектное положение.
Тщательно выполненная засыпка
металлической гофрированной трубы во
много раз увеличивает способность гиб-
г>34
кой конструкции сопротивляться дейст-
вующим нагрузкам. Для засыпки труб
без каких-либо ограничений и во всех
климатических зонах применяют грун-
ты: щебеночно-галечные и дресвяно-гра-
вийные с крупностью частиц не более
50 мм, пески гравелистые, крупные и
средней крупности, а также мелкие пес-
ки.
На заключительном этапе сооружения
металлических гофрированных труб
внутри них снизу по периметру дуги при
центральном угле 120—150° устраивают
бетонный или асфальтобетонный за-
щитный лоток (сборный или монолит-
ный).
Работы выполняются, как правило,
после возведения насыпи над трубой до
проектной отметки и при положительной
температуре воздуха
24.3. Постройка труб на вечномерзлых
грунтах и в зимний период
Сооружение водопропускных труб на
вечномерзлых грунтах производится с
учетом местных климатических и мерз-
лотно-грунтовых условий и учетом прин-
ципа использования грунтов с сохране-
ниём вечномерзлого состояния в течение
всего времени, в том числе летнего перио-
да строительства и эксплуатации (прин-
цип I) и с допущением оттаивания грун-
тов (принцип II).
Сохранение в летний период мерзлого
состояния грунта в пределах строитель-
ной площадки обеспечивается подготови-
тельными мероприятиями — строитель-
ную площадку располагают с низовой
стороны сооружения, сохраняя при этом
естественный растительный и моховой
покровы; подъезды к строительной пло-
щадке и места работы кранов устраива-
ют на подсыпке толщиной не менее 0,5 м;
на весь период строительства обеспечи-
вается надежный водоотвод.
Для поддержания наиболее низкой
температуры основания при сооружении
фундаментов труб в летний период
(I принцип использования грунта) при-
меняются специальные технологические
приемы. На начальном этапе разработки
котлована бульдозером удаляют верх-
ний слой талого грунта. Дальнейшая
разработка ведется непрерывно с послой-
ным механическим рыхлением и немед-
ленным удалением грунта, не допуская
его оттаивания и дальнейшего разрыхле-
ния. В случае появления непредвиден-
ных перерывов в работе или иных факто-
ров, приведших к оттаиванию верхнего
слоя основания, разжиженный слой уда-
ляют до плотного грунта и заменяют его
щебнем или местным грунтом, ранее уда-
ленным из котлована, с тщательным уп-
лотнением. Взрывной способ разработки
грунта применяют в основном в зимнее
время.
К сооружению фундамента присту-
пают сразу вслед за окончанием земля-
ных работ и укладкой на грунтовое осно-
вание слоя щебня. Наибольшие техноло-
гические трудности возникают при воз-
ведении монолитных и сборно-монолит-
ных фундаментов при необходимости со-
хранения основания в мерзлом состоя-
нии (принцип I). В этом случае темпера-
тура бетонной смеси, укладываемой не-
посредственно на основание, не должна
превышать 4- 10 °C. Если температура
бетона выше + 10 °C (при бетонирова-
нии по методу «термоса»), то на грунт ус-
танавливают термоизоляционную подуш-
ку, состоящую их двух слоев песка: ниж-
него, уплотняющего и промороженного,
толщиной 4—5 см, и верхнего, толщина
которого определяется расчетом Чтобы
избежать дополнительных работ по уст-
ройству подушки, целесообразно не по-
вышать температуру бетонной смеси,
а применять противоморозные добавки
(холодный бетон). Технология монтажа
сборных фундаментов такая же, как и
для районов вне распространения веч-
ной мерзлоты.
Обратная засыпка котлована (запол-
нение пазух) производится, как правило,
теми же грунтами, которые удалялись
при. разработке котлована. Укладку ве-
дут слоями толщиной не более 20 см
с тщательным уплотнением каждого
слоя.
В период отрицательных температур
воздуха допускается использовать смесь
из 70 % талого грунта и 30 % мерзло-
го (по объему).
При строительстве водопропускных
труб на вечномерзлых грунтах, исполь-
зуемых по принципу II, желательно обес-
печить предпостроечное оттаивание
грунта на расчетную глубину путем сня-
тия мохового и растительного покровов с
последующим естественным или искус-
ственным прогревом
Работы выполняют в соответствии с
требованиями для обычных грунтов осно-
ваний.
При сооружении труб в зимний период,
учитывая возникающие технологические
сложности, необходимо выполнять толь-
ко те работы, которые обеспечивают не-
прерывность и своевременность всего
технологического процесса по строитель-
ству дороги.
Укрепительные и отделочные работы
обычно относят на теплый период года.
Особенность зимних работ — необ-
ходимость выполнения непрерывного и
краткосрочного производства всего их
комплекса, включая засыпку труб.
В обычных (невечномерзлых) грун-
тах котлованы разрабатывают с соблю-
дением мер, предупреждающих промер-
зание основания. Для этого сразу по
окончании земляных работ по дну кот-
лована укладывают различные утеплите-
ли (мешки с поролоном, пенопласт, лап-
235
ник хвойных деревьев, соломку), удаля-
емые непосредственно перед подготов-
кой основания и устройством фунда-
мента.
В зимнее время наиболее целесообраз-
но возведение сборных крупноблочных
фундаментов с заполнением швов сухой
цементно-песчаной смесью, т е полным
исключением «мокрых» процессов
При омоноличивании блоков цемент-
ным раствором элементы фундаментов
монтируют, обогревая их непосредствен-
но перед укладкой раствора до темпера-
туры от + 5 до 4- 45 СС (кроме участков
с вечномерзлым грунтом, используемым
по принципу I) или с применением про-
тивоморозных добавок.
Сборно-монолитные и монолитные кон-
струкции фундаментов труб в зимних ус-
ловиях сооружают с применением спосо-
ба, «термоса» или тепляков, если нет
вечномерзлого грунта, низкотемператур-
ное состояние которого надо сохранить,
а также бетонов с противоморозными до-
бавками
К моменту замерзания прочность бето-
на, укладываемого с искусственным обо-
гревом, должна составлять не менее 70 %
марочной, а в случае применения про-
тивоморозных добавок — не менее
7,5 МПа.
Несмотря на определенные сложносги,
возведение фундаментов труб в зимнее
время может оказаться весьма эффектив-
ным, так как отпадает необходимость уст-
ройства ограждения, исключаются ра-
боты по водоотливу, облегчается подъезд
к трубам, что особенно важно в необжи-
тых районах и на заболоченных участ-
ках
Гидроизоляционные работы выполня-
ют в зимнее время на открытом воздухе
при температуре не ниже — 20 °C. По-
следовательность зимних работ такая
же, как и летних.
Основное требование — нанесение изо-
ляции на сухую поверхность конструк-
ций, которую осушают горячим возду-
хом, паяльными лампами или другими
приборами.
Работы по засыпке труб в период от-
рицательных температур воздуха выпол-
няются аналогично отсыпке железнодо-
рожных насыпей в зимнее время
236
Глава 25
ЭКСПЛУАТАЦИЯ МОСТОВ И ТРУБ
25.1. Краткая характеристика
эксплуатируемых мостов и труб
Мосты и трубы — сооружения долго-
срочной эксплуатации, срок службы ко-
торых достигает 100 лет и более. В связи
с этим на железных дорогах СССР эксп-
луатируется немало мостов и труб, по-
строенных в прошлом веке Старые мосты,
сооруженные в прошлом столетии и на-
чале текущего столетия, имеют, как
правило, металлические клепаные про-
летные строения и массивные опоры из
каменной и бутовой кладки
До 1883 г. металлические пролетные
строения железнодорожных мостов из-
готовляли только из сварочного железа,
которое получалось пудлинговым спо-
собом из чугуна - сырца без переплава
В связи с этим сварочное железо имеет
неоднородную слоистую структуру со
значительным различием сопротивления
разрыву вдоль и поперек направления
проката С 1883 г по инициативе проф.
Н. А Белелюбского для изготовления про-
летных строений стали применять литое
железо Литое железо как по способам
изготовления, так и по механическим ха-
рактеристикам близко к современным
малоуглеродистым сталям. Сварочное
железо в мостостроении применяли до
начала текущего столетия
МоОты, построенные в различное вре-
мя, отражают уровень инженерных зна-
ний и опыта, накопленных к моменту их
сооружения Развитие мостостроения в
последние 100 лет характеризовалось не
только совершенствованием конструк-
тивных форм, методов расчета, строи-
тельных материалов, но и сопровожда-
лось непрерывным повышением расчет-
ных нагрузок.
Первой, обязательной для всех желез-
ных дорог России, была расчетная на-
грузка, введенная в 1875 г., которая
представляла собой поезд из трехосного
паровоза с нагрузкой на ось 117,7 кН,
трехосного тендера с нагрузкой на ось
78,5 кН и вагонной нагрузки интенсив-
ностью 25,8 кН /м.
В 1884 г. вводят новую расчетную на-
грузку, состоящую из трех четырехос-
ных паровозов с трехосными тендерами
и вагонной нагрузки интенсивностью
21,6 кН/м. Нагрузку на ось паровоза
принимали от 117,7 до 147,2 кН в зави-
симости от длины пролета. Затем расчет-
ные нагрузки были изменены в 1896 г.
Расчетная нагрузка по нормам 1896 г.
представляла собой два четырехосных
паровоза с нагрузкой на ось 147,4 кН с
трехосными тендерами с нагрузкой на
ось по 117,7 кН и вагонной нагрузкой
интенсивностью 25,8 кН/м.
В 1907 г. в качестве расчетной нагруз-
ки принимали два пятиосных паровоза с
четырехосными тендерами (нагрузка на
ось паровоза 196,2 кН, тендера — 137,4
кН) и вагонную нагрузку интенсивно-
стью 58,9 кН/м.
Частая смена расчетных нагрузок бы1
ла связана с быстрым ростом подвижной
нагрузки. В период с 1907 по 1931 г.
расчетная нагрузка изменялась 3 раза:
в 1921, в 1923 и в. 1925 гг.
Расчетная нагрузка по нормам 1931 г.
представлялась в виде схемы эталонной
нагрузки Н1, в которой максимальная
нагрузка на ось равнялась 34,3 кН, а
погонная — 9,81 кН/м, умножаемой на
соответствующий класс К. В зависимости
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.)
производили по методу допускаемых на-
пряжений.
Наряду с изменением расчетных нагру-
зок менялись и допускаемые напряжения
на металл в связи с улучшением качества
материала, и главным образом с измене-
нием взглядов на запас прочности. На
сварочное железо по нормам 1875 г. до-
пускаемые напряжения принимались
равными 58,8 МПа для пролетов до 15 м
по нормам 1896 г. — 63,9+0,2/ МПа,
где I — длина пролета в метрах. На ли-
тое железо по нормам 1888 г. допускае-
мые напряжения были установлены рав-
ными 63,9 — 76,1 МПа (в зависимости от
длины пролета); по нормам 1896 г. —
для проезжей части 63,9 МПа. а для глав-
ных ферм — 66,2 + 0,2 I МПа. Допу-
а)
ШВМ
Рис. 25 1. Схемы главных ферм старых мос-
тов
скаемые напряжения на литое железо
повышались в 1905 и в 1921 гг. В 1930 г.
на основании обширных исследований
механических характеристик металла
эксплуатируемых мостов были значи-
тельно повышены допускаемые напряже-
ния для сварочного и литого железа.
Для сварочного железа допускаемые на-
пряжения приняты равными 137,4 МПа,
а для литого выплавки до 1905 г. включи-
тельно—157 МПа, а после 1905 г.—
166,8 МПа. В связи с этим значитель-
но возросла расчетная грузоподъем-
ность эксплуатируемых металлических
мостов, что позволило пропускать
по ним нагрузки более тяжелые, чем
принимаемые в качестве расчетных
при их проектировании.
Пролетные строения металлических
мостов, построенные в начале второй по-
ловины прошлого века, имеют главные
фермы со сложной решеткой: многоре-
шетчатые (рис. 25.1, а) и многораскос-
ные (рис. 25.1, б). Число простых реше-
ток в многорешетчатых фермах достига-
ло 22. Совершенствование этих ферм
происходило главным образом путем
уменьшения числа простых решеток, в
связи с чем снижалось число элементов и
соединений, а также путем повышения
237
жесткости элементов решетки и связей.
В 80-х годах прошлого столетия начали
применять пролетные строения с глав-
ными фермами с треугольной решеткой и
дополнительными стойками и подвеска-
ми (рис. 25.1, в, г), а в 90-х годах по пред-
ложению проф. Л. Д. Проскурякова для
больших пролетов — главные фермы со
шпренгельной решеткой (рис. 25.1, д).
Поперечные и продольные балки в
старых мостах — клепаные, как прави-
ло, двутаврового сечения со сплошной
стенкой. Прикрепление продольных ба-
лок к поперечным осуществлялось без
рыбок или с одной рыбкой — фасонкой,
которая одновременно, обеспечивает
прикрепление диагоналей продольных
связей между продольными балками.
В этих прикреплениях изгибающий мо-
мент воспринимается заклепками, кото-
рые работают «на отрыв» головок, и сое-
динительными уголками прикрепления,
что приводит к частому расстройству за-
клепок, отрыву их головок и появлению
трещин в уголках прикреления (вдоль
обушка). Продольные балки обычно не
имеют горизонтальных поясных листов,
в связи с чем в горизонтальных полках
поясных уголков в местах опирания
мостовых брусьев появляются усталост-
ные трещины, переходящие в «выколи»
(см. гл. 26).
В конце 20-х и начале 30-х годов
значительное изменение было внесено в
проектирование, изгоювление и монтаж
металлических пролетных строений. На-
чалась разработка типовых проектов про-
летных строений по расчетным нормам
1931 г., которые по своей грузоподъем-
ности находятся на уровне, близком к сов-
ременным пролетным строениям. До 60-х
годов монтажные соединения элементов
выполняли на заклепках.
В настоящее время основной тип мон-
тажных соединений элементов металли-
ческих пролетных строений железнодо-
рожных мостов—на высокопрочных бол-
тах.
В связи с коренной реконструкцией
железнодорожного транспорта СССР, на-
чавшейся в конце 20-х годов, были раз-
вернуты работы по усилению металличе-
ских пролетных строений мостов. Это
касалось в основном пролетных строе-
ний, изготовленных по расчетным нор-
мам 1875, 1884 и 1896 гг. Интенсивные
работы по усилению металлических про-
летных строений продолжались до сере-
дины 60-х годов. За это время грузоподъ-
емность старых мостов была повышена в
основном до уровня, обеспечивающего
пропуск современных нагрузок.
Железобетон в мостостроении приме-
няют с 90-х годов прошлого века. В1908 г.
в России были утверждены первые нор-
мы на железобетонные мосты. Однако
железобетонных мостов, построенных до
Великой Октябрьской социалистичес-
кой революции и сохранившихся до на-
стоящего времени, очень мало. Строи-
тельство железобетонных мостов широко
развернулось после 1930 г. и особенно
после Великой Отечественной войны.
С 1948 г. в мостах под железную доро-
гу начали применять предварительно на-
пряженные железобетонные пролетные
строения. Для железобетонных пролет-
ных строений, получивших массовое
внедрение в последний период, характер-
но использование бетонов и арматуры
высокой прочности. По протяженности
железобетонные мосты составляют око-
ло 50 % всех мостов на железных доро-
гах нашей страны.
Бетонные и каменные мосты на желез-
ных дорогах СССР встречаются редко.
Наиболее старые водопропускные тру-
бы под насыпями — из каменной клади.
С конца XIX столетия начато строитель-
ство бетонных и железобетонных труб:
сначала сводчатых, затем — прямо-
угольных и круглых. В современном
строительстве водопропускные трубы
круглого сечения получили наибольшее
распространение. Имеются в эксплуата-
ции металлические круглые трубы и в ка-
честве временных — деревянные.
Пригодность мостов и труб для экс-
плуатации под современными нагрузками
определяется в основном двумя фактора-
ми: их физическим состоянием и расчет-
ной грузоподъемностью. Физическое со-
стояние сооружения зависит главным об-
разом от качества его постройки и содер-
жания в течение всего срока эксплуата-
ции. Опыт эксплуатации мостов показы-
вает, что при удовлетворительном их со-
держании срок эксплуатации металли-
ческих и железобетонных мостов может
достигать 70—100 лет и превышать его
25.2. Организация содержания
мостов и труб
Содержание искусственных сооруже-
ний на железных дорогах СССР непо-
средственно осуществляют дистанции пу-
ти, подчиненные службам пути дорог.
Руководство службами пути дорог вы-
полняется Главным управлением пути
МПС.
Содержание искусственных сооруже-
ний предусматривает текущее содержа-
ние (надзор и работы по текущему со-
держанию) и капитальный ремонт соору-
жений. Главной задачей содержания ис-
кусственных сооружений является пре-
дупреждение в них расстройств и по-
вреждений.
Надзор включает: а) систе-
матический надзор; б) текущие осмотры;
в) периодические осмотры; г) обследова-
ние и испытания; д) специальные наб-
людения и осмотры.
Надзор устанавливается для выявле-
ния дефектов и принятия необходимых
мер по обеспечению безопасности движе-
ния поездов.
Систематический надзор
осуществляют обходчик пути и сооруже-
ний, бригадиры или монтеры пути. При
этом следует обращать особое внимание
на состояние пути, отвод воды и противо-
пожарную безопасность сооружения.
Текущие осмотры искус-
ственных сооружений вы-
полняют бригадиры пути, дорожные, мос-
товые и тоннельные мастера в сроки, ус-
танавливаемые для каждого сооружения
в соответствии с инструкцией в зависи-
мости от его состояния. При текущих ос-
мотрах определяют общее состояние со-
оружения, выявляют повреждения, тре-
бующие немедленного устранения, а
также контролируют выполнение систе-
матического надзора. Результаты теку-
щего осмотра* сооружения записывают:
бригадир пути и дорожный мастер —
в книгу проверки пути и стрелочных
переводов, а старший дорожный, мосто-
вой и тоннельный мастера — в книгу ис-
кусственного сооружения.
Периодические осмот-
ры сооружений производит на-
чальник дистанции пути или его замести-
тель при участии мостового или тон-
нельного мастера, старшего дорожного
и дорожного мастеров не реже 2 раз в
год, как правило, весной после пропуска
высокой воды и осенью. Сроки периоди-
ческих осмотров назначает начальник
службы пути. При периодических ос-
мотрах оценивают общее состояние со-
оружений, выявляют повреждения и при-
чины их появления, а также качество со-
держания. Результаты периодических
осмотров заносят в книги Искусствен-
ных сооружений, а при наличии серьез-
ных повреждений составляют отчет или
акт, которые направляют в службу пути
дороги. Кроме текущих и периодических
осмотров, все искусственные сооружения
обследуют мостоиспытательные станции
служб пути дорог по планам, утвержден-
ным начальниками служб.
Обследования и испыта-
ния сложных сооружений
проводят мостоиспытательные станции
Главного управления пути МПС, науч-
но-исследовательских и учебных инсти-
тутов.
За дефектными сооружениями, а так-
же за опытными и особо ответственными
сооружениями устанавливают специаль-
ный порядок надзора.
Работы по текущему со-
держанию включают: содержание
в соответствии с действующими инструк-
циями пути в пределах искусственных
сооружений и мостового полотна; очист-
ку элементов искусственного сооруже-
ния от грязи; содержание в исправном
состоянии регуляционных сооружений;
очистку русел от наносов и зарослей
под мостами и в их окрестностях; очист-
ку труб и мостов; подготовку сооружений
к' пропуску весенних вод, ледохода. К те-
кущему содержанию относят также ра-
боты по ремонту отдельных частей со-
оружений, не требующие больших затрат
труда и материалов, например одиноч-
ная замена элементов мостового полотна,
частичная окраска металлических кон-
струкций, замена отдельных слабых за-
клепок; перекрытие трещин накладка-
ми; мелкий ремонт массивных * опор,
железобетонных и каменных мостов
(заделка трещин, ремонт сливов), и
другие аналогичные работы. Работы
по текущему содержанию должны осу-
ществляться с максимальной механи-
239
зацией. Их обычно выполняют путе-
вые и мостовые бригады под руковод-
ством дорожных и мостовых мастеров.
К капитальному ремонту относят
работы, обеспечивающие сохранность
сооружения и необходимые его эксплу-
атационные качества и требующие зна-
чительных трудовых и материальных
затрат. Капитальный ремонт включа-
ет: сплошную замену мостовых брусь-
ев и других элементов мостового по-
лотна, усиление слабых элементов со-
оружений, устранение негабаритности,
частичное переустройство сооружений,
устройство смотровых приспособлений,
полное возобновление окраски и гид-
роизоляции. При капитальном ремон-
те сооружения производят также все
работы, относящиеся к ремонту по те-
кущему содержанию. Капитальный ре-
монт выполняют обычно специализиро-
ванные подразделения Министерств
транспортного строительства и путей
сообщения.
Периодичность и сроки выполнения
работ по содержанию искусственных со-
оружений изложены в специальных ру-
ководствах и инструкциях. Необходи-
мость проведения капитального ремонта
и объем его работ устанавливают на ос-
новании детального обследования соору-
жений.
Важнейшие технические характерис-
тики всех искусственных сооружений
записывают в карточки установленной
формы. Кроме того, данные о состоянии
искусственных сооружений записывают в
специальные книги искусственных соору-
жений, которые ведет мостовой мастер.
Чертежи сооружений, пояснительные за-
писки, отчеты по, обследованиям и испы-
таниям и другие технические материалы
хранят на дистанции пути или в службе
пути дороги.
25.3. Содержание подмостового русла
Одной из важнейших задач по текуще-
му содержанию мостового перехода яв-
ляется защита его элементов от подмыва
и повреждения ледоходом, а также пре-
дотвращение заторов льда. С этой целью
проводится комплекс мероприятий. Для
обеспечения свободного пропуска водо-
240
тока русло около мостов регулярно рас-
чищают: вырубают кустарник как под
самим мостом, так и на протяжении 30 м
выше и ниже моста (если кустарник не
является укреплением против местного,
размыва). В местах возможного размыва,
угрожающего сооружению, производит-
ся укрепление русла, а все укрепления
насыпи регуляционных сооружений
должны содержаться в исправном состоя-
нии.
Особую заботу вызывают опоры мос-
тов, укрепления конусов насыпи и регу-
ляционных сооружений, расположенные
в районах с суровыми климатическими ус-
ловиями, на реках и водохранилищах с
резко изменяющимся уровнем воды в пе-
риод ледостава. При изменении уровня
воды примерзший к ним лед может их
разрушать. Для предотвращения разру-
шения 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, чтобы при
изменении уровня воды он мог разру-
шиться раньше, чем наступит повреждение
огражденных прорубями элементов мос-
тового перехода. Аналогичную околку
льда перед ледоходом производят вокруг
опор больших и средних мостов, а в не-
благоприятных случаях и вокруг кону-
сов насыпи и регуляционных сооруже-
ний. Перед деревянными опорами и ледо-
резами при тяжелых условиях ледохо-
да непосредственно перед ледоходом
устраивают прорези во льду шириной
не менее чем ширина опоры плюс 0,5 м
на протяжении около 25 м вверх и вниз
по течению.
Наибольшее внимание при подготов-
ке к пропуску высоких вод и ледохода
обращают на те сооружения, в которых
наиболее вероятны подмывы опор, кону-
сов насыпи и регуляционных сооруже-
ний. Около таких сооружений запасают
материалы для аварийной защиты от раз-
рушения: мешки, глину, камень и т. п.
Кроме того, на каждой дистанции пути
создаются резервы камня, сложенного
в штабеля в удобных для погрузки мес-
тах.
Во время паводка ведутся наблюдения
за уровнями воды по рейке, укреплен-
ной обычно к опоре. Наивысшие уровни
Рис 25 2. Промеры русла
паводков должны быть отмечены масля-
ной краской на сооружении с указанием
даты, к которой относится наблюдаемый
уровень. На больших реках у мостов ор-
ганизуют водомерные посты, ведущие по-
стоянные наблюдения за колебаниями
уровня воды. Данные о паводке и ледо-
ходе записывают в книгу искусственного
сооружения.
При приближении уровня воды к кри-
тическим отметкам необходимо усилить
наблюдение за возможным подмывом
опор, конусов насыпей и других частей
мостового перехода. Начавшийся под-
мыв можно заметить по резкому помутне-
нию воды ниже по течению от места раз-
мыва. Наиболее достоверные данные о
характере подмыва получают на основа-
нии последовательных периодических
промеров глубины реки в местах возмож-
ного размыва русла. Результаты каждо-
го последующего промера сравнивают с
предыдущим. Обнаружив опасное место
размыва, в него в зависимости от скоро-
сти течения немедленно сбрасывают ка-
мень, кули с камнем, габионы (проволоч-
ные ящики, заполненные камнем). При
обнаружении подмыва опор необходимо
тщательно проверить их положение в
плане и профиле геодезическими инстру-
ментами
Нормальная работа подмостового рус-
ла характеризуется отсутствием резких
изменений его положения в плане в пре,
делах мостового перехода, подмыва опор
конусов насыпи и регуляционных соору-
жений. Причинами нарушения его нор-
мальной работы могут служить недоста-
точное отверстие моста; не отвечающие
требованиям регуляционные сооружения
и неудовлетворительные укрепления от-
косов, конусов насыпи и дна реки.
При обследовании подмостового рус-
ла следует обращать внимание на откло-
нения в положении русла как в плане,
так и в профиле. Наблюдения за измене-
нием профиля дна реки ведут путем пе-
риодических промеров русла. Промеры
глубин и русла обычно производят по
оси моста и на 25 м выше и ниже по тече-
нию в зимнее время перед паводком ив
весеннее после спада высокой воды
(рис. 25,2 а). При устойчивом русле
глубины проверяют только по оси моста,
а при размывочном неустойчивом — на
большем количестве створов, а также во-
круг опор (рис. 25.2, б).
В каждом створе точки промеров выби-
рают таким образом, чтобы можно было
получить ясное представление об очер-
тании профиля дна реки. Промеры глу-
бин при отверстиях более 50 м делают
примерно через 10 м, а менее 50 м —
через 5 м. При этом для лучшей привязки
точки промера глубин рекомендуется
выбирать в створе узлов ферм.
241
Глубины измеряют различными спосо-
бами. При большой глубине применяют
тонкий трос или веревку с привязанным
на конце грузом.
Для определения глубины погружения
троса или веревки на них через каждые
20 см закрепляют специальные метки.
При небольшой глубине реки со слабым
илистым дном для промеров используют
рейку с укрепленным на нижнем конце
поддоном для предотвращения погруже-
ния рейки в грунт.
В особых случаях используют эхолот,
принцип работы которого основан на оп-
ределении времени прохода отраженной
от дна реки радио- или звуковой волны.
Зная скорость распространения радио-
волн или звуковых волн в воде, можно
определить глубину.
Для фиксации точек измерения глуби-
ны при небольшой ширине реки в ство-
ре натягивают проволоку или веревку.
Точки промера глубинна больших реках
фиксируют путем визирования с лодки
на вешки, установленные в створе на обо-
их берегах реки и на соответствующие уз-
лы ферм пролетных строений. Положение
створов закрепляют специальными свай-
ками. На незатопленных участках рус-
ла в створе используют нивелирование.
Результаты промеров привязывают к
реперам и наносят на график попереч-
ных профилей русла. Сравнивая профили,
снятые в разное время, устанавливают
изменение и выявляют места и размеры
размывов и наносов грунта.
Для сооружений, через которые про-
пуск высокой воды сопровождается теми
или иными разрушениями или размыва-
ми, должны быть разработаны и выполне-
ны мероприятия, обеспечивающие ис-
ключение подобных явлений. В зави-
симости от конкретных условий эти меро-
приятия могут включать увеличение от-
верстия, укрепление русла в пределах
искусственного сооружения или около
опор, реконструкцию регуляционных со-
оружений и др.
25.4. Содержание мостового полотна
и пути на мостах
От качества содержания мостового по-
лотна и пути на мостах зависит не толь-
ко безопасность движения поездов, но и
долговечность элементов моста. Напри
мер, при больших зазорах в стыках ра-
бочих рельсов во время прохода поезда
возникают сильные удары, вызывающие
ускоренное расстройство соединений эле-
ментов проезжей части, а иногда их раз-
рушение. При неправильной прирубке
поперечин и их опирании на элементы
связей в последних возникают трещины
и расстройства прикрепений. Поэтому
содержанию мостового полотна и пути
на мостах необходимо уделять особое
внимание. Руководство работами по со-
держанию пути на мостах обеспечивает-
ся дорожными мастерами. Работники, об-
служивающие искусственные сооружения,
также обязаны следить за состоянием пу-
ти и мостового полотна, принимая необ-
ходимые меры по ликвидации замечен-
ных неисправностей.
Правила содержания пути на мостах и
мостового полотна изложены в Инструк-
ции по содержанию искусственных соо-
ружений № ЦП 4363, 1987 г.
Содержание пути на мостах по шабло-
ну и уровню аналогично содержанию пу-
ти на перегонах.
Вследствие прогиба пролетных строе-
ний при действии временной нагрузки
путь также прогибается. Для обеспече-
ния плавного движения поездов по мос-
ту путь на металлических мостах (на
каждом пролетном строении) при отсут-
ствии временной нагрузки должен иметь
в профиле очертание, обратное линии про-
гиба пролетного строения. Стрела подъ-
ема пути на металлических мостах при
скоростях движения до 120 км/ч в каж-
дом пролете должна быть, как правило,
1/2000 /, но не более 1/1000 I (I — длина
пролета). На мостах с ездой на деревян-
ных поперечинах одинаковой высоты тре-
буемое очертание профиля пути обычно
достигается различной глубиной вруб-
ки (0,5—3 см) на поперечинах. Если та-
ким способом не удается получить тре-
буемый профиль пути, применяют попе-
речины различной высоты или в крайнем
случае подкладывают под поперечины
доски толщиной не менее 4 см.
На железобетонных пролетных строе-
ниях (за исключением случаев, преду-
смотренных проектом) путь укладывают
без подъема.
242
В плане путь должен соответствовать
проектному положению (по прямой или
кривой определенного радиуса). На прак-
тике наблюдается несовпадение оси пу-
ти с осью моста, так как фермы пролет-
ных строений нередко имеют искривле-
ния в плане, а оси пролетных строений
часто не лежат по одной прямой. Инст-
рукцией допускаются небольшие откло-
нения оси пути от оси моста (на прямых
участках до 5 см). Если отклонение пре-
вышает 5 см, то оно должно учитываться
при оценке грузоподъемности пролет-
ных строений. При этом на мостах с ез-
дой понизу должно быть также провере-
но соблюдение габарита приближения
строений.
На металлических мостах с темпера-
турным пролетом более 100 м устанавли-
вают уравнительные приборы. Темпера-
турным пролетом называется та часть
длины моста, в пределах которой накап-
ливаются температурные перемещения
пролетных строений.
Для снижения динамического воздей-
ствия подвижной нагрузки необходимо
стремиться к уменьшению числа стыков
рабочих рельсов. С этой целью на мос-
тах не следует укладывать рельсы дли-
ной менее 25 м Инструкцией по содер-
жанию искусственных сооружений пре-
дусматривается обязательно сваривать
стыки рельсов в пределах температур-
ных пролетов. Рельсовые стыки не сле-
дует располагать ближе 2 м от концов
главных ферм стальных мостов или про-
гонов деревянных мостов, или деформа-
ционных швов и замка на арочных мос-
тах.
При расположении мостов на участках
с бесстыковым путем его разрешается
укладывать при длине моста не более
33 м.
Сход поезда с рельсов в пределах ис-
кусственных сооружений может привести
к тяжелым последствиям. Поэтому для
предотвращения опасных отклонений в
сторону сошедшего с рельсов поезда в
пределах искусственных сооружений ук-
ладывают контррельсы или контруголки.
Контррельсы или контруголки заводят
за задние грани устоев или закладные
щиты на расстояние не менее 10 м. На
этом участке они постепенно сходятся,
образуя так называемый челнок, который
заканчивают башмаком или скосом их
концов.
Контррельсы (контруголки) уклады-
вают на мостах длиной свыше 25 м, а
также на всех мостах, расположенных на
кривых радиусом меньше 1000 м. На
мостах с мостовым полотном на поперечи-
нах укладка контррельсов (контругол-
ков) необходима при длине мостового по-
лотна более 5 м.
Путь на подходах к металлическим
мостам на протяжении не менее 50 м ук-
ладывают, как правило, на щебеночном
балласте. При песчаном балласте допус-
кается его покрытие слоем щебня.
25.5. Содержание водопропускных
труб и малых мостов
Водопроводные трубы являются от-
ветственными искусственными сооруже-
ниями. Исправная работа их во многом
зависит от качества их содержания. При
эксплуатации труб особое внимание сле-
дует обращать на состояние их конст-
руктивных элементов (звеньев, оголов-
ков, фундаментов и др.), укрепление ру-
сел и откосов насыпи.
Входные и выходные русла должны
быть спрямлены, расчищены и достаточ-
но 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 сторо-
ны в снегу устраивают канавы для стока
воды. Небольшие трубы для предупреж-
дения заполнения их снегом на зиму за-
крывают щитами, которые перед весен-
ним паводком убирают.
Содержание труб, как и малых мостов,
в суровых климатических условиях име-
ет свои особенности и значительно ус-
ложняется. Районы с суровым климатом
характеризуются низкими температура-
ми, наличием вечномерзлых грунтов, на-
ледных явлений. Сооружения, построен-
ные на вечномерзлых грунтах, наиболее
часто эксплуатируют с сохранением
грунтов в основаниях в мерзлом состоя-
нии и редко с предварительным и после-
дующим оттаиванием. Для сохранения
вечной мерзлоты используют различные
способы: покрывают откосы насыпи и
243
другие участки, прилегающие к элемен-
там конструкций, особенно со стороны
солнечного обогрева, теплоизоляцион-
ными материалами (шлаком, торфом,
мхом); устанавливают специальные ох-
лаждающие установки; сохраняют есте-
ственный торфяно-моховой покров. На-
иболее серьезные повреждения мостов и
труб, построенных на вечномерзлых грун-
тах, связаны с образованием осадок со-
оружений или отдельных их элементов.
Эти повреждения возникают главным об-
разом вследствие оттаивания грунтов в
основании и пучении грунтов. Для их
предотвращения необходимо принимать
меры по сохранению вечной мерзлоты в
основаниях или заменить пучинистый
грунт вблизи фундамента на непучинис-
тый. Выбор мероприятия зависит от кон-
кретных грунтово-мерзлотных условий
Большую опасность для труб, а также
малых мостов представляют наледи, об-
разующиеся в их отверстиях. Наледи
оказывают непосредственное и косвен-
ное воздействие на сооружение. Непо-
средственное воздействие состоит в за-
полнении отверстий льдом, выходе налед-
ных вод на полотно дороги. Особенно
пасны наледные бугры (гидролакколи-
ты). Лед гидролакколитов из-за гидро-
статического давления внутри бугра пу-
чится, вовлекая в движение прилегаю-
щие к нему элементы сооружения и тем
самым разрушая его. Косвенное воздей-
ствие проявляется в виде мерзлотных,
гидрогеологических и других явлений
(например, пучение грунтов, деграда-
ция мерзлых грунтов, расстройство швов
звеньев трубы вследствие замерзания во-
ды в швах, разжижения грунта насыпи во
время таяния льда).
Для нормальной эксплуатации труб и
малых мостов в тех случаях, когда сте-
пень заполнения льдом отверстий превы-
шает 50 %, организуют противоналед-
ную борьбу.
Противоналедные мероприятия могут
быть разделены на две группы: первая—
пассивные (защитные) мероприятия, вы-
полняемые периодически во время об-
разования наледей, и вторая — актив-
ные (предупредительные) постоянного ти-
па, обеспечивающие задержание наледи и
наледной воды с верховой стороны или
пропуск наледной воды в низовую сторо-
ну. К первой группе относятся мероприя-
тия, выполняемые силами дистанции пу-
ти в порядке текущего содержания*
244
околка наледного льда различными спо-
собами; предотвращение «взрывов» на-
ледных бугров путем их прокола; отта-
ивание наледей; устройство задержива-
ющих валов из снега, льда и грунта, а
также временных заграждений из ин-
вентарных конструкций (рис. 25.3, а);
пропуск наледной воды по временным
лоткам открытого или закрытого типа
(рис. 25.3, б) и др.
Мероприятия второй группы включают•
углубление и спрямление русла водосто-
ка в случаях отсутствия вечной мерзло-
ты или глубокого ее залегания; заре-
гулирование стока ключевых вод при
помощи устройства защитных дамб и
водохранилищ; отвод воды, образующей
наледь, при большом дебите наледной
воды и благоприятных топографических
условиях; устройство постоянных удер-
живающих противоналедных сооруже-
ний в виде земляных валов с заборами в
проеме; устройство мерзлотных поясов и
мерзлотно-водонепроницаемых экранов
в сочетании с удерживающими противо-
наледными сооружениями; устройство
тепловых поясов для перемещения на-
ледей в места, безопасные для сооруже-
ний, и др.
Для задержания внезапно появивших-
ся наледей иногда применяют заборы из
шпал или досок, устанавливаемые в не-
посредственной близости от трубы. Вы-
соту удерживающих противоналедных
сооружений принимают на 0,5 м больше
толщины наледи у вала (забора) при пол-
ном ее задержании.
Глава 26
ОСНОВНЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ МОСТОВ
И ТРУБ И СПОСОБЫ ИХ ВЫЯВЛЕНИЯ
26.1. Общие сведения
Обследование мостов. Основная цель
обследования эксплуатируемых мостов
и других искусственных сооружений —
установление их физического состояния.
Результаты обследования используют
при решении вопросов по дальнейшей экс-
плуатации сооружений.
Обследование мостов и труб выполня-
ют дистанции пути, мостоиспытательные
станции служб пути управлений дорог,
Главного управления пути МПС, науч-
но-исследовательских и учебных инсти-
тутов.
При обследованиях ведут детальный ос-
мотр всех частей сооружения. В тех слу-
чаях, когда в этом есть необходимость,
осмотр сопровождается инструменталь-
ными измерениями с применением раз-
личных приборов и аппаратуры. Работы
по обследованию выполяют в два этапа.
На первом этапе, которому предшествует
детальное изучение технической доку-
ментации, производят общий осмотр. На
основании данных общего осмотра выяв-
ляют узлы и элементы, имеющие повреж-
дения или их признаки, которые затем
подвергают более тщательному исследо-
ванию с использованием приборов и ин-
струментов. По мере необходимости опре-
деляют качество материала конструкций,
его механические характеристики, а
также геометрические характеристики
элементов и сооружения в целом.
Особое внимание при обследовании мо-
стов необходимо уделять наиболее сла-
бым по грузоподъемности элементам и
узлам, в которых ранее отмечались по-
вреждения, а также состоянию мостово-
го полотна.
Для проверки положения различных
частей сооружения в горизонтальной и
вертикальной плоскостях производят
съемку плана и профиля.
Обследование производят по заранее
разработанному плану, а его результаты
регистрируют в специальных журналах с
зарисовками и эскизами. Характерные
повреждения фотографируют.
Классификация повреждений. Повреж-
дения (дефекты) мостов классифициру-
ют по следующим признакам: виду по-
вреждения, по скорости развития до
опасной стадии, степени опасности, при-
надлежности к определенным частям мо-
ста, частоте появления (массовости).
По виду повреждения
различают: расстройство соедине-
ний, усталостные повреждения в виде
трещин в элементах или полного их раз-
рушения, коррозия, потеря местной или
общей устойчивости отдельных элемен-
тов или их частей, трещины, механичес-
245
кие повреждения, механический износ,
различные смещения.
По скорости развития
до опасной стадии пов-
реждения разделяют на: мгновен-
но развивающиеся (трещины при хруп-
ком разрушении, потеря устойчивости),
быстро развивающиеся (например, уста-
лостные трещины), постепенно развива-
ющиеся (расстройство болтовых и закле-
почных соединений, коррозия).
По степени опасности
повреждения могут быть:
весьма опасные, которые с высокой веро-
ятностью могут быстро привести к пре-
кращению эксплуатации сооружения или
аварии (трещины, потеря устойчивости
отдельных элементов пролетного строе-
ния и др.); опасные, приводящие к серь-
езным нарушениям нормальной эксплу-
атации (например, расстройство закле-
почных соединений, развитие сильной
коррозии и др.); малоопасные, ухудша-
ющие условия работы конструкции, ока-
зывая влияние на развитие других де-
фектов (например, перекос катков опор-
ных частей, усадочные трещины в бето-
не).
По принадлежности к
определенным частям мо-
ста выделяют следующие
повреждения: балок проезжей
части; главных ферм или главных балок;
связей; опор; опорных частей.
По частоте появления
(массовости) поврежде-
ния могут быть: массовые,
имеющие очень широкое распростране-
ние; часто встречающиеся; редко встре-
чающиеся.
По материалам обследований оцени-
вают состояние сооружения и пригод-
ность его к дальнейшей эксплуатации, оп-
ределяют грузоподъемность, разрабаты-
вают рекомендации по ремонту и усиле-
нию отдельных частей. При этом устанав-
ливают и условия эксплуатации. В осо-
бо ответственных случаях материалы об-
следований дополняют испытаниями со-
оружения под нагрузкой.
Съемка плана и профиля моста. Съем-
ку плана и профиля выполняют геодези-
ческими инструментами. Для исключе-
ния Ошибок и повышения точности съем-
ку производят не менее двух раз с раз-
246
ных стоянок. В журналах записи отсче-
тов отмечают условия, при которых про-
изводили съемку: погоду, температуру
воздуха и др. Места установки реек от-
мечают краской или керном на элемен-
тах конструкций, о чем делают записи в
пояснительных записках, чтобы при пов-
торных съемках были приняты те же
точки.
Нивелирование металлических ферм
производят по узлам, устанавливая рей-
ку в каждом из них в одних и тех же ме-
стах (например, на горизонтальных лис-
тах поперечных балок у узлов ферм), а на
железобетонных балочных пролетных
строениях — не менее чем на трех точ-
ках (в середине пролета и у опор) с каж-
дой стороны. Если в местах установки
реек число листов меняется или встреча-
ются накладки, то при обработке резуль-
татов нивелирования учитывают их тол-
щину, приводя съемку к одному уровню.
Одновременно со съемкой профиля ферм
(балок) нивелируют подферменники и
рельсовый путь.
Результаты съемки представляют, как
показано на рис. 26.1. Плавное очерта-
ние профиля при наличии строительного
подъема свидетельствует о хорошем ка-
честве изготовления и монтажа пролет-
ный строений. Неудовлетвор ител ьный
профиль не всегда является следствием
опасных деформаций, а может оказаться
следствием ошибок, допущенных при из-
готовлении и монтаже пролетных строе-
ний.
Чтобы установить причину неудовлет-
ворительности профиля, необходимо
сравнить полученные результаты с дан-
ными предыдущих нивелировок. Если
выяснится, что произошли значитель-
ные отклонения в процессе эксплуата-
ции моста, то необходимо оценить сте-
пень их влияния на условия эксплуата-
ции, выявить причины и в случае необхо-
димости принять меры ' по обеспечению
безопасности движения, установить за
мостом специальные наблюдения. На-
пример, уменьшение строительного подъ-
ема в клепаных пролетных строениях мо-
жет произойти вследствие сдвигов в за-
клепочных соединениях, а в железобе-
тонных — из-за усадки и ползучести бе-
тона. При незначительных изменениях^
в профилях эксплуатируемых мостов
Рис 26 1 Профиль главных ферм
следует тщательно проанализировать
причины и оценить возможность их даль-
нейшего развития.
Съемку плана ферм (балок) и пути вы-
полняют при помощи теодолитов, ниве-
лиров или натянутой по оси моста про-
волоки, от которой отмеряют расстояния
в поперечном направлении до нужных то-
чек. За ось пролетного строения прини-
мают линию, соединяющую средние точ-
ки в опорных поперечниках.
Съемку плана пролетных строений
обычно производят по узлам поясов ферм,
в плоскости которых находится проезжая
часть. Однако желательно съемку плана
делать в плоскости верхних и нижних
поясов, так как это дает возможность
установить размер и характер возмож-
ных поперечных перекосов пролетных
строений.
Правильность положения ферм в пла-
не зависит главным образом от точно-
сти изготовления и сборки пролетного
строения. В случае резких отклонений
отдельных узлов ферм от их правильного
положений необходимо обследовать со-
стояние поперечных и продольных свя-
зей и их прикреплений. При значитель-
ных отклонениях в плане необходимо
проверить расчетом их влияние на изме-
нение условий работы (перегрузки) эле-
ментов конструкции, а при езде понизу,
кроме того, — выполнение требований
габарита.
26.2. Повреждения металлических
пролетных строений
В настоящее время накоплен большой
опыт эксплуатации металлических про-
летных строений, особенно клепаных,
при различных условиях их работы (по
уровням нагруженности, климатиче-
ским условиям, интенсивности движе-
ния, грузонапряженности и др.) и дли-
тельности сроков службы. Этот опыт да-
ет возможность прогнозировать характер
повреждений металлических пролетных
строений, возникающих в процессе экс-
плуатации; установить причины появле-
ния и скорость их развития; оценить
влияние повреждений на грузоподъем-
ность пролетных строений, безопасность
движения поездов, а также оценить дол-
говечность различных конструкций и т. д.
247
Информация, получаемая Непосредст-
венно с эксплуатируемых мостов, наибо-
лее достоверна, комплексно отражает
все процессы действительной работы
конструкций, чего трудно добиться даже
при самых совершенных лабораторных
испытаниях. Поэтому эксплуатацион-
ная проверка мостовых конструкций
всегда служит главным критерием оцен-
ки их долговечности и надежности и яв-
ляется важным источником для уточне-
ния методов расчета, совершенствова-
ния проектирования и технологии изго-
товления конструкций мостов.
Повреждения металлических пролет-
ных строений являются следствием мно-
гих причин, к которым прежде всего от-
носятся: низкое качество металла и из-
готовления конструкций, конструктив-
ные недостатки, несоответствие расчет-
ных предпосылок действительным усло-
виям работы, плохое содержание соору-
жения, особенности климатических усло-
вий, вид перевозимых грузов, несоблюде-
ние габаритности подвижного состава,
характер воздействия подвижной нагруз-
ки и др.
В металлических пролетных строени-
ях встречаются следующие виды повреж-
дений: расстройство заклепочных и бол-
товых соединений, усталостные повреж-
дения в виде трещин в элементах или
полного их разрушения, потеря местной
или общей устойчивости элементов или
их частей, трещины, коррозия, меха-
нические повреждения.
Расстройство заклепочных соедине-
ний — одно из наиболее распростра-
ненных и прогрессирующих поврежде-
ний эксплуатируемых клепаных пролет-
ных строений железнодорожных мостов.
Главная причина расстройства закле-
пок—механический износ соединений, ко-
торый зависит от размера взаимных сум-
марных перемещений (сдвигов) соединя-
емых элементов по поверхностям их кон-
тактов. Суммарные сдвиги в свою очередь
находятся в прямой зависимости от ин-
тенсивности движения поездов, напря-
женного состояния соединения, характе-
ра динамического воздействия нагруз-
ки. Большое влияние на скорость изно-
са оказывают конструктивные особен-
ности соединения и среда, в которой они
работают, качество изготовления, грузо-
248.
напряженность линии, на которой нахо-
дится мост, и другие факторы.
Расстройство заклепочных соедине-
ний — серьезное повреждение, которое
наряду с увеличением динамического воз-
действия усилий на прикрепляемой эле-
мент и соединение, деформативности со-
единений и пролетного строения в целом
значительно повышает концентрацию на-
пряжений у заклепочных отверстий. Ко-
эффициент концентрации напряжений
для заклепочных отверстий в зависимо-
сти от степени износа соединения может
изменяться в несколько раз. С возраста-
нием концентрации напряжений около
заклепочных отверстий увеличивается
скорость накопления усталостных пов-
реждений и вероятность появления ус-
талостных трещин, особенно в элемен-
тах, работающих при многократно пов-
торных знакопеременных или перемен-
ных растягивающих усилиях. Поэтому
усталостным разрушениям элементов с
заклепочными соединениями, как прави-
ло, предшествует расстройство закле-
пок Расстройство заклепочных соедине-
ний — длительный процесс Оно не-
уклонно растет по мере увеличения сро-
ка эксплуатации.
В главных фермах расстройство за-
клепок наиболее часто наблюдается в
прикреплениях раскосов (особенно сред-
них) и подвесок к верхним узлам; в при-
креплениях элементов продольных и по-
перечных связей между главными фер-
мами и в пересечениях элементов решет-
ки главных ферм и связей. В прикрепле-
ниях раскосов и подвесок к нижним уз-
лам главных ферм слабые заклепки
встречаются пока очень редко.
В проезжей части наиболее часто рас-
страиваются прикрепления продольных
балок к поперечным, особенно при отсут-
ствии рыбок; прикрепления верхних по-
ясных уголков к стенкам продольных
балок. Аналогичные повреждения наб-
людаются в элементах одностенчатых
верхних поясов главных ферм или балок
при непосредственном опирании на них
мостовых брусьев.
Расстройство заклепочного соедине-
ния происходит неравномерно. Сначала
ослабляются заклепки крайних наиболее
напряженных поперечных рядов. За-
клепочные соединения с односрезными
заклепками при прочих равных услови-
ях расстраиваются быстрее, чем с двух-
срезными.
Слабые заклепки обнаруживают осту-
киванием заклепок молотком массой око-
ло 0,2 кг. Эту операцию выполняют сле-
дующим образом. Ударив сбоку по голов-
ке заклепки молотком, приставляют па-
лец к месту удара и вновь ударяют по
головке заклепки с противоположной
стороны. Если заклепка слабая, то палец
почувствует при этом легкое дрожание
головки. Чувствительность этого спосо-
ба повысится, если вместо пальца к го-
ловке заклепки прижать стальной стер-
жень диаметром 5—6 мм и длиной 10—
12 см. Ослабленность заклепки можно
определить и по звуку: при ударе она
издает глухой дребезжащий звук. Ржа-
вые потеки из-под головок заклепок или
из контактов соединяемых элементов,
а также трещины в окраске около закле-
почных головок обычно являются внеш-
ними признаками расстройства соедине-
ния. При наличии этих признаков про-
изводят детальную проверку соединения
остукиванием всех заклепок или други-
ми методами, например акустической
эмиссии.
Обнаруженные слабые заклепки сле-
дует немедленно заменять высокопрочны-
ми болтами. Замена слабых заклепок вы-
сокопрочными болтами приводит к рез-
кому снижению концентрации напряже-
ний около отверстий, в которые вместо
заклепок поставлены высокопрочные бол-
ты, а также к уменьшению деформатив-
ности соединения и, следовательно, его
износа, в связи с чем замедляется рас-
стройство оставшихся в соединении закле-
пок.
Усталостные повреждения. Усталость
материала — процесс постепенного на-
копления повреждений при действии
многократно повторных нагрузок, при-
водящий в определенных условиях к ус-
талостному разрушению, которое проис-
ходит в результате постепенного разви-
тия трещины. Накопление необратимых
изменений в материале при приложении
многократно повторных нагрузок назы-
вают усталостью. Свойство материала
противостоять усталости называется вы-
носливостью.
г 1 s to ~ 45,89-44,50 8 3 f0
Рис. 26 2. Раскосы главных ферм, в которых
наиболее часто возникают усталостные разру-
шения (они выделены жирными линиями)
Усталость—процесс избирательный,
происходящий, как правило, в локаль-
ных зонах элементов конструкций, где
наблюдается максимальная концентра-
ция напряжений. Излом усталостного
разрушения имеет характерные началь-
ные пятна усталости, образующиеся на
участках зарождения трещин усталости.
Наиболее серьезные и весьма опасные
усталостные повреждения в клепаных
пролетных строениях наблюдаются в
раскосах главных ферм (рис. 26.2). Вна-
чале (в 40-х годах текущего столетия)
усталостные повреждения раскосов воз-
никали на пролетных строениях, изго-
товленных в конце прошлого и начале
текущего столетия из сварочного и лито-
го железа, а в 60-х годах — изготовлен-
ных из малоуглеродистой стали марки
СтЗ и рассчитанных по нормам 1931 г.
под нагрузки Н7 и Н8.
Все усталостные трещины имеют нача-
ло в зонах максимальной концентрации
напряжений у кромок заклепочных от-
верстий первого, второго и очень редко
третьего поперечного ряда заклепок, счи-
тая от середины раскоса (рис. 26.3)
249
Рис 26.3. Усталостные трещины в раскосах
Рис. 26.4 Трещина в горизонтальной полке
поясного уголка
Рис. 26.5. Трещины в стенках продольных ба-
лок*
1 — поперечная балка, 2 — продольная балка
250
Развитие трещины происходит в попе-
речном направлении к продольной оси
элемента.
Появлению усталостных разрушений
всегда предшествовало расстройство за-
клепок на участке прикрепления эле-
мента, где возникла трещина.
Усталостные повреждения за редким
исключением пока отмечены в раскосах
и подвесках, прикрепленных односрез-
ными заклепками.
Нередко усталостные трещины воз-
никают в элемента^ связей между глав-
ными фермами. Эти трещины обычно раз-
виваются от кромок заклепочных отвер-
стий на участках прикрепления элемен-
тов связей к фасонкам. Эти повреждения
связаны с чрезмерными колебаниями
связей при проходе поезда.
Усталостные повреждения являются
одним из наиболее распространенных
прогрессирующих повреждений балок
проезжей части и их прикреплений. На-
иболее распространенным повреждением
среди них являются трещины в горизон-
тальных полках верхних поясных угол-
ков продольных балок. Они возникают на
участках под мостовыми брусьями около
обушков уголков и вначале развиваются
вдоль уголка, а затем изменяют свою
траекторию в поперечной направлении с
последующим выходом на кромку угол-
ков /рис. 26.4). В результате в полке
уголка под мостовым брусом получается
своеобразный «выкол». Повреждения та-
кого типа наблюдаются как во внутрен-
них уголках, так и в наружных. Как пра-
вило, они появляются в балках, не име-
ющих верхних горизонтальных поясных
листов. Однако уже отмечены случаи
возникновения их и при наличии гори-
зонтальных листов. Аналогичные повре-
ждения наблюдаются и в поясах главных
балок или ферм при непосредственном
опирании на них мостовых брусьев. Ос-
новная причина возникновения этих
трещин состоит в том, что давление мосто-
вых брусьев вызывает в горизонтальных
полках поясных уголков высокие мест-
ные напряжения, которые в ряде случа-
ев превосходят напряжения, вызванные
изгибающим моментом продольных ба-
лок в вертикальной плоскости. Испыта-
ния показали, что нормальные напряже-
ния около обушка уголка в поперечном
направлении при воздействии обращаю-
щихся нагрузок достигают 150—200 МПа.
Эти повреждения существенно снижают
несущую способность балок и безопас-
ность движения поездов. Их устранение
связано с значительными затратами.
В последние два десятилетия наблюда-
ются усталостные повреждения стенок
продольных балок. Эти повреждения
представляют собой наклонные трещины
в стенках балок, которые возникают у
кромок заклепочных отверстий второго,
третьего или четвертого ряда (считая
сверху) прикрепления стенки балки к
вертикальным соединительным уголкам
(рис. 26.5). Наиболее эффективным спо-
собом предупреждения появления этих
трещин является замена заклепок в при-
креплении стенки балки к соединитель-
ным уголкам высокопрочными болтами.
Встречаются случаи возникновения и
развития поперечных усталостных тре-
щин в нижних поясных уголках и в стен-
ках продольных балок в средней их час-
ти. Эти трещины зарождаются у кромок
заклепочных отверстий или в зоне концен-
траторов напряжений, созданных корро-
зией металла.
Усталостные трещины наблюдаются
также в «рыбках». Главной причиной по-
явления трещин в «рыбках» являются
высокие нормальные напряжения от уз-
ловых моментов, возникающих в при-
креплениях продольных балок и попереч-
ных. Эти усталостные трещины всегда
развивались у кромок заклепочных от-
верстий первого или второго ряда, счи-
тая от попепечной балки, а их появле-
нию предшествует расстройство закле-
пок в прикреплении «рыбки».
В пролетных строениях длиной более
80 м иногда появляются усталостные
трещины в нижних поясных уголках по-
перечных балок. Эти трещины характер-
ны для опорных поперечных балок. Од-
ной из основных причин появления
этих трещин является интенсивное вклю-
чение в совместную работу балок проез-
жей части с главными фермами, что осо-
бенно сйльно проявляется в пролетных
строениях, не имеющих «разрывов» про-
дольных балок.
Нередко встречаются усталостные
трещины у обушков в уголках прикреп-
ления продольных балок к поперечным
Рис. 26 6 Трещина в уголке прикрепления про-
дольной балки к поперечной
(рис. 26.6). Повреждения этого типа
возникают главным образом в прикреп-
лениях без «рыбок» или с очень слабыми
«рыбками». Их развитие связано с пере-
дачей через соединительные уголки зна-
чительных изгибающих моментов в со-
пряжениях продольных и поперечных
балок, а также продольных сил, возника-
ющих в продольных балках при совмест-
ной работе с поясами главных ферм.
Низкой долговечностью и надежно-
стью обладают соединения продольных
и поперечных балок проезжей части при
их этажном расположении независимо
от расчетных норм, по которым они про-
ектировались. В этих соединениях часто
возникают усталостные трещины. Они
появляются главным образом в полках
поясных уголков на участках опирания
продольных балок на поперечные и по-
перечных на главные фермы.
В последние годы заметно увеличилось
число усталостных разрушений закле-
пок и высокопрочных болтов, работаю-
щих в прикреплениях продольных ба-
лок к поперечным на растяжение. На-
иболее часто эти повреждения встреча-
ются в прикреплениях без «рыбок». Раз-
рушаются заклепки и высокопрочные
болты, расположенные в верхних и ниж-
них рядах, там, где возникают наиболь-
шие усилия отрыва от действия изгибаю-
щего момента в прикреплении.
В пролетных строениях сварных и уси-
ленных с применением сварки усталост-
ные трещины могут возникать как в
сварных швах, так и в основном металле.
Трещины, как правило, зарождаются в
251
зонах концентрации растягивающих на-
пряжений от внешней нагрузки и оста-
точных напряжений, вызванных сваркой.
К таким зонам относятся участки с рез-
ким изменением сечения, вызванным об-
рывом листов, приваркой планок, на-
кладок, ребер жесткости, диафрагм;
концы фланговых швов, различного рода
заплавки отверстий и т. п.
При обследовании металлических про-
летных строений на места возможного
возникновения трещин необходимо об-
ращать особое внимание. Внешним при-
знаком наличия трещин могут служить
потеки ржавчины и шелушение краски.
Крупные трещины можно обнаружить
при тщательном осмотре невооруженным
глазом или через лупу. Для обнаруже-
ния мелких трещин используют различ-
ные приборы (например, индукционный
дефектоскоп типа ППД-1) Скрытые тре-
щины и другие дефекты (непровары, шла-
ковые включения) обнаруживают рент-
генографированием или гаммаграфирова-
нием, а также при помощи ультразвуко-
вых и электромагнитных приборов
В полевых условиях для обнаружения
трещин часто пользуются простыми спо-
собами. Участок, где подозревается тре-
щина, очищают от краски и ржавчины,
шлифуют наждачной бумагой с после-
дующим протравливанием поверхности
10—15% -ным раствором азотной кисло-
ты. После протравления поверхность про-
мывают водой, вытирают насухо и про-
сматривают через лупу или микроскоп.
В некоторых случаях вдоль предпола-
гаемой трещины хорошо заточенным не-
большим зубилом снимают тонкую
стружку. Разделение стружки подтвер-
ждает наличие трещины.
С целью предупреждения опасного раз-
вития мелких трещин участки конструк-
ции, где они обнаружены (например,
концы сварных швов, кромки элемен-
тов), следует обрабатывать до полного их
удаления наждачным кругом, зубилом
или напильником, создавая вытачку с
плавным переходом во избежание высо-
кой концентрации напряжений в этих
местах.
У концов более крупных трещин, ос-
лабляющих сечение в пределах, допусти-
мых для безопасного пропуска поездов
(что следует проверить расчетом), необ-
252
ходимо просверлить сквозные отверстия
диаметром 15—20 мм, что приводит к зна-
чительному снижению концентрации на-
пряжений у конца трещины. Однако это
полностью не гарантирует прекращения
дальнейшего развития трещин по дру-
гую сторону отверстий, а поэтому за та-
кими трещинами следует установить наб-
людение. Опасные трещины после предва-
рительного просверливания отверстий
около их концов нужно перекрыть на-
кладками на высокопрочных болтах.
За элементами, в которых обнаружены
трещины, должно быть установлено по-
стоянное наблюдение
Коррозионные повреждения. Метал-
лические пролетные строения мостов,
длительное время находящиеся в эксп-
луатации, обычно имеют коррозийные
повреждения, степень которых зависит
от способов защиты от коррозии и качест-
ва текущего содержания. Коррозий-
ные повреждения, уменьшая площадь се-
чения элементов, снижают их грузоподъ-
емность. Кроме того, совместное воздей-
ствие коррозии и циклических напряже-
ний может приводить к возникновению
коррозионно-усталостных трещин Корро-
зионно-усталостные трещины начинаются
в зонах концентрации напряжений с
разрушения защитной пленки на метал-
ле под действием циклических напряже-
ний
В зонах концентрации напряжений, в
особенности при относительно высоких
номинальных растягивающих напряже-
ниях (например, для стали марки Ст 3
при напряжениях выше 140 МПа), нали-
чие коррозии является дополнительным
микроконцентратором, способствующим
образованию трещин. Главная причина
развития значительной коррозии метал-
ла в мостах заключается в неудовлетво-
рительном их содержании. Зарождению и
интенсивному развитию коррозии в зна-
чительной степени способствуют некото-
рые конструктивные дефекты, загряз-
ненность вредными газами и повышенная
влажность воздуха, агрессивность пере-
возимых грузов и др. К конструктивным
дефектам пролетных строений старой
проектировки относятся различные уг-
лубления в элементах конструкций или
в местах их соединений («мешки»), где
могут скапливаться вода и грязь; боль-
шой шаг связующих заклепок; отсутст-
вие дренажных отверстий в местах воз-
можной задержки воды.
Образованию и развитию коррозии
металла более подвержены пролетные
строения с ездой поверху, элементы и
узлы которых загрязняются в большей
степени, чем у пролетных строений с ез-
дой понизу. В пролетных строениях с ез-
дой понизу более интенсивная коррозия
в элементах, расположенных ниже уров-
ня мостового полотна.
Окраска является основным средством
защиты металла от коррозии. Легче пре-
дотвратить появление коррозии, чем бо-
роться с ней. Поэтому необходимо обра-
щать особое внимание на участки, где в
первую очередь возможно появление кор-
розии, и очищать их от грязи. Участки,
пораженные коррозией, необходимо очи-
стить и окрасить, не ожидая сплошной
окраски пролетных строений, которая
производится 1 раз в 4—6 лет
Для окраски металлических мостов
применяют масляные краски на натураль-
ной олифе и полимерные лакокрасочные
материалы.
Механические повреждения и хрупкие
разрушения. Механические повреждения
наиболее часто возникают в процессе
эксплуатации в результате ударов нега-
баритных грузов по элементам пролет-
ных строений, а также при их изготов-
лении и монтаже. Механические повреж-
дения могут быть самыми разнообразны-
ми: разрывы отдельных элементов или
их частей, местные или общие искривле-
ния элементов, пробоины, вмятины и т. п.
Элементы, имеющие такие повреждения,
должны быть тщательно обследованы.
Степень опасности повреждения устанав-
ливают в каждом конкретном случае.
Она зависит не только от размеров пов-
реждения элемента, но и от напряженно-
го состояния и его изменения в связи с
появлением дефекта.
Элементы, поврежденные ударом, не-
обходимо тщательно обследовать с целью
выявления трещин, особенно в зоне уда-
ра. Искривление элементов приводит к
возникновению в них дополнительных
напряжений, а в сжатых элементах
уменьшается сопротивляемость их про-
дольному изгибу. Прямолинейность
элемента обычно проверяют при помощи
натягиваемой вдоль него тонкой сталь-
ной проволоки. Если стрела искривления
сжатых элементов превышает V? радиу-
са инерции сечения в плоскости искрив-
ления, а растянутых — V10 высоты се-
чения, то необходимо проверить расче-
том допустимость такого искривления и в
противном случае принять меры по уси-
лению или выправке элемента. Особен-
но опасными являются искривления сжа-
тых элементов с одновременным повреж-
дением соединительной решетки между
ветвями (погнутости, разрывы). В та-
ких случаях следует немедленно при-
нять меры по исправлению поврежден-
ных частей соединительной решетки эле-
мента, если это окажется необходимым
по расчету, чтобы обеспечить надежную
работу поврежденного элемента. Наибо-
лее простым способом повышения устой-
чивости поврежденного элемента, при-
меняемым в качестве экстренного вре-
менного мероприятия, является наложе-
ние на него деревянных брусьев (бревен),
скрепляемых с элементом хомутами.
Хрупкими разрушения-
м и называют разрушения от силового
воздействия без заметной пластической де-
формации. Разрушение происходит
вследствие развития трещин, зарождаю-
щихся в наиболее слабых (перенапряжен-
ных) местах. Трещины при хрупком раз-
рушении развиваются мгновенно, харак-
теризуются почти полным отсутствием
пластических деформаций. Эти разруше-
ния представляют большую опасность.
Склонность к хрупким разрушениям
зависит от структуры металла, ориента-
ции кристаллов, химического состава,
наличия примесей, формы элемента, вида
напряженного состояния, скорости де-
формирования, температуры окружаю-
щей среды и т. д.
Опыт эксплуатации металлических
пролетных строений показывает, что
хрупкие разрушения встречаются пока
очень редко. Они наблюдались главным
образом в сварных конструкциях, из-
готовленных в первый период примене-
ния сварки в мостостроении. Однако сле-
дует иметь в виду, что по мере увеличе-
ния нагрузок, интенсивности и скорости
движения поездов при наличии сильных
концентраторов -напряжений, а также
накопления различных повреждений в
253
металле при длительной эксплуатации ве-
роятность возникновения хрупких раз-
рушений при низких температурах, в
том числе и в клепаных пролетных строе-
ниях, повышается. Это необходимо учи-
тывать при оценке надежности и долго-
вечности металлических пролетных стро-
ений мостов.
26.3. Повреждения железобетонных,
бетонных и каменных пролетных
строений
В железобетонных пролетных строени-
ях из обычного и предварительно напря-
женного железобетона при изготовлении
и в процессе эксплуатации возникают пов-
реждения в виде трещин, отколов бетона,
отслоений защитного слоя, раковин, раз-
рушения гидроизоляции и др. Повреж-
дения в зависимости от их вида, характе-
ра развития, расположения могут ока-
зывать значительное влияние как на дол-
говечность, так и на грузоподъемность
конструкции.
Трещины в бетоне — наиболее рас-
пространенное повреждение железобе-
тонных пролетных строений. В конструк-
циях из обычного железобетона появле-
ние трещин в зонах, работающих на рас-
стяжение, неизбежно. Оно предусмат-
ривается на стадии проектирования с ог-
раничением раскрытия трещин 0,2 мм.
Считают, что при таком раскрытии тре-
щин влага не будет интенсивно проникать
к арматуре и поэтому не произойдет ее
существенного ржавления, а следова-
тельно, и значительного снижения дол-
говечности конструкции.
В предварительно напряженных желе-
зобетонных пролетных строениях с на-
5
Рис. 26.7. Типы трещин в балочных пролетных
строениях.
1 — усадочные; 2 — наклонные; 3 — продольные в
зоне сопряжения плиты со стенкой, 4 — поперечные
в плите; 5 — поперечные в нижнем поясе, 6 — про-
дольные в нижнем поясе; 7 — в зонах опирания
опорных частей; 8 — горизонтальные на торцовом
участке, 9 — в зоне омоноличивания
пряженной арматурой в виде проволоч-
ных пучков, отдельных проволок или
канатов трещины в бетоне наиболее опас-
ны. Проникающая через них влага мо-
жет привести к коррозии арматуры, пло-
щадь сечения которой вследствие не-
большого диаметра проволоки будет
уменьшаться значительно быстрее, чем
у стержневой арматуры.
Нередко трещины в бетоне непосред-
ственно снижают грузоподъемность про-
летного строения. Это прежде всего от-
носится к предварительно напряжен-
ным конструкциям, например, при воз-
никновении наклонных трещин в стенках
балок или продольных трещин в стенках
балок в зоне примыкания плиты балласт-
ного корыта.
Поэтому обнаруженные трещины в
бетоне должны быть тщательно проанали-
зированы с точки зрения их влияния на
грузоподъемность и долговечность кон-
струкции с учетом тенденции к их даль-
нейшему развитию.
На рис. 26.7 представлены наиболее
характерные типы трещин, наблюдаемых
в эксплуатируемых балочных пролетных
строениях.
Усадочные трещины воз-
никают обычно в поверхностных слоях
бетона вследствие нарушения режимов
твердения бетона, а также чрезмерно вы-
сокого содержания цемента в бетоне,
стесненности усадки, обусловливаемой
конструктивной формой, характером ар-
мирования и др. Характерными призна-
ками усадочных трещин являются их ха-
отическое расположение, небольшие дли-
на и раскрытие. Усадочные трещины мо-
гут служить началом развития силовых
трещин.
Наклонные трещины в
стенках балок образуются от действия
главных растягивающих напряжений.
Эти трещины особенно опасны в предва-
рительно напряженных пролетных строе-
ниях, так как могут значительно снижать
их грузоподъемность, что должно про-
веряться расчетом.
Продольные трещины в
местах примыкания плиты балластного
корыта к стенкам балок также относят-
ся к категории весьма опасных, измени-
ющих работу конструкции под нагруз-
кой, и требуют соответствующего анали
254
за и учета при расчетах грузоподъемно-
сти. Одной из главных причин образова-
ния этих трещин являются нарушения в
технологии изготовления пролетных
строений.
Поперечные трещины в
плите вызываются главным образом
перетяжкой нижней продольной армату-
ры и изгибающими моментами, создавае-
мыми при установке балок кранами.
В процессе эксплуатации постоянные
и временные нагрузки способствуют за-
крытию этих трещин.
Поперечные трещины в
нижних поясах предваритель-
но напряженных пролетных строений
обычно свидетельствуют о недостаточном
натяжении напрягаемой арматуры, зна-
чительных потерях натяжения в резуль-
тате усадки, ползучести бетона и нару-
шении нормальной работы анкерных уст-
ройств. Эти трещины не снижают расчет-
ной несущей способности пролетного
строения, но могут способствовать кор-
розии арматуры, снижая его долговеч-
ность.
Продольные трещины в
предварительно обжатых поясах появ-
ляются вдоль напряженной арматуры
главным образом в течение первых лет
эксплуатации. Образование их связано с
поперечными деформациями, вызван-
ными чрезмерным обжатием бетона и вли-
янием стесненной усадки. Опасность та-
ких трещин — возникновение и интенсив-
ное развитие коррозии арматуры. При
этом коррозия арматуры вследствие уве-
личения объема продуктов коррозии и
создания в связи с этим внутреннего дав-
ления приводит к дальнейшему раскры-
тию продольных трещин, ускоряя про-
цесс разрушения.
Горизонтальные трещи-
н ы на торцовых участках пролетных
строений возникают вследствие действия
местных напряжений, вызванных сила-
ми предварительного напряжения арма-
туры. Развитие трещин этого типа наблю-
дается в начальный период эксплуатации.
Трещины в зонах опор-
ных частей являются, как пра-
вило, следствием конструктивных недо-
статков опорных узлов пролетных строе-
ний в сопряжении с опорными частями
(сосредоточение анкеров, короткий опор-
ный лист, недостаточное армирование и
др.). На развитие трещин этого типа су-
щественное влияние оказывает работа
опорных частей. При нарушении работы
подвижных опорных частей возникают
дополнительные усилия, способствую-
щие росту этих трещин. Неплотное опи-
рание на опорные части приводит к зна-
чительным динамическим воздействиям,
ускоряющим процесс трещинообразова-
ния.
Нередко трещины появляются в зо-
нах омоноличивания сборных конструк-
ций.
При недостаточной толщине защитно-
го слоя и низком качестве бетона воз-
можно проникание влаги к арматуре.
Это приводит к коррозии арматуры и раз-
рушению защитного слоя, в результате
чего он отслаивается; а арматура обна-
жается. Такое явление наиболее часто
встречается в конструкциях, при бето-
нировании которых для ускорения твер-
дения бетона вводили добавки хлорис-
того кальция или хлористого натрия.
Обнаженная арматура быстро ржавеет,
снижая грузоподъемность и долговечность
конструкции.
В арочных железобетонных пролетных
строениях трещины наиболее часто воз-
никают в подвесках и затяжках, но воз-
можно их появление также в арках и
стойках. В каменных и бетонных ароч-
ных мостах трещины главным образом
возникают в зонах замка и пят, а также
в щековых стенках.
Появление трещин во внешне стати-
чески неопределимых системах железо-
бетонных, бетонных и каменных мостов
может быть связано с деформациями ос-
нований опор.
Для оценки влияния трещин на грузо-
подъемность и долговечность конструк-
ции, выявление причин их появления и
развития необходимы данные о размере
их раскрытия, характере расположения,
интенсивности роста и общем состоянии
сооружения.
Трещины выявляют путем детального
осмотра конструкции. Трещины мелкие,
а также не выходящие на поверхность
можно обнаружить различными способа-
ми дефектоскопии, например, с исполь-
зованием ультразвука. Обнаруженные
трещины фиксируют на конструкции (от-
255
мечают краской их концы с указанием
даты отметки), зарисовывают в специ-
альных журналах или фотографируют.
Раскрытие трещин измеряют при помо-
щи микроскопа Бринелля; микроскоп
имеет измерительную шкалу и лупы.
Места измерения раскрытия трещины
фиксируют.
Для оценки динамики роста трещин за
конструкциями устанавливают наблюде-
ние, заключающееся в периодическом их
обследовании с регистрацией характе-
ристик ранее обнаруженных трещин и
вновь выявленных. Данные наблюдений
записывают в специальный журнал или
в книгу искусственного сооружения, де-
лая отметки о развитии трещин в журна-
лах и непосредственно на конструкциях.
Наряду с характеристиками трещин необ-
ходимо давать сведения о температуре,
погоде и нагрузке, при которых снима-
лись характеристики трещин.
Для наблюдения за раскрытием тре-
щин, кроме микроскопа Бринелля, мож-
но использовать специальные съемные
деформометры, с помощью которых пе-
риодически измеряют раскрытие трещи-
ны. При отсутствии этих приборов для
качественной оценки роста трещины ис-
пользуют гипсовые или цементные маяки,
представляющие собой крупные мазки
гипсовым или цементным раствором по-
перек трещины. В случае увеличения рас-
крытия трещины или ее «дыхания» в ма-
яках появляются трещины, совпадаю-
щие с перекрываемой трещиной. Внеш-
ними признаками, характеризующими
опасное развитие трещин, служат поте-
ки ржавчины на поверхности бетона, сви-
детельствующие об интенсивной корро-
зии арматуры. Белые потеки являются
следствием выщелачивания цементного
камня в зонах фильтрации воды через бе-
тон.
При обследовании железобетонных,
бетонных и каменных мостов наобходи-
мо обращать внимание на качество изго-
товления конструкции. Прочность и
плотность бетона в сооружении прове-
ряют с использованием различных нераз-
рушающих методов контроля, дающих
возможность оценивать прочность и
плотность бе гона без разрушения эле-
мента конструкции
256
Для выявления невидимых дефек-
тов (пустоты, раковины, отслоение за-
щитного слоя бетона и др. ) часто исполь-
зуют простейший способ — остукивание
бетона молотком. При ударах по плот-
ному прочному бетону издается звонкий
звук, а по бетону с раковинами, пусто-
тами, отслоениями — глухой.
Наличие поверхностных раковин,
сколов, пор выявляют наружным осмот-
ром.
Большое значение для обеспечения
высокой долговечности железобетон-
ных и каменных пролетных строений име-
ет надежный отвод воды и хорошее ка-
чество гидроизоляции. При плохом отво-
де и неисправной гидроизоляции вода
проникает в кладку, выщелачивает це-
ментный камень и вызывает ржавление
арматуры. Участки с поврежденной
гидроизоляцией и неисправным водоот-
водом можно обнаружить по мокрым пят-
нам, белым потекам продуктов выщела-
чивания цементного камня и другим при-
знакам. Для проверки состояния гидро-
изоляции и водоотводных устройств в
местах, где просачивается вода, необхо-
димо удалить балластный слой.
В железобетонных пролетных строе-
ниях, особенно предварительно напря-
женных, происходят процессы, связан-
ные с усадкой и ползучестью бетона, след-
ствием которых является деформирова-
ние пролетных строений. На деформиро-
вание железобетонных конструкций мо-
гут влиять также развитие трещин в бе-
тоне, расстройство анкеров арматуры и
др. Для качественной оценки интенсивно-
сти развития этих процессов периодиче-
ски нивелируют пролетные строения.
Сравнивая результаты нивелирования и
периодических обследований, можно по-
лучить важную информацию об измене-
ниях, происходящих в работе конструк-
ции, для оценки ее долговечности и на-
дежности.
26.4. Основные повреждения опор
Массивные опоры — основной тип
опор эксплуатируемых металлических,
железобетонных, бетонных и каменных
железнодорожных мостов. Наиболее рас-
пространенными повреждениями массив-
ных опор являются трещины, расстройст-
во кладки, выветривание и износ кладки,
расстройство подферменных камней, раз-
рушение облицовки, а также перемеще-
ние самих опор — осадки, сдвиги, кре-
ны.
Трещины в мостовых опорах по рас-
положению, характеру развития и при-
чинам возникновения весьма разнооб-
разны. Они могут быть поверхностными,
глубокими и сквозными. Причиной воз-
никновения трещин с небольшим раскры-
тием в бетоне часто являются темпера-
турные напряжения, возникающие в ре-
зультате резкого изменения температу-
ры воздуха, экзометрических процессов
при твердении бетона и др. Нередко по
внешнему виду трещин можно опреде-
лить причину их возникновения и разви-
тия. Например, значительные вертикаль-
ные трещины, имеющие большое раскры-
тие внизу и затухающие кверху
(рис. 26.8, а), свидетельствуют о возмож-
ной неравномерной осадке опор, недоста-
точной несущей способности основания.
При недостаточной подвижности опор-
ных частей на опоры передаются боль-
шие горизонтальные силы, способные
привести к возникновению трещин, по-
казанных на рис. 26.8, б.
В устоях с обратными стенками при
заполнении плохо дренирующим грун-
том и при неудовлетворительном водо-
отводе может произойти отрыв обратных
стенок в результате замораживания водо-
насыщенного заполнения (см. рис. 26.8,
а, верхние трещины).
Расстройство бутовой кладки старых
мостовых опор обычно начинается в зо-
нах опирания подферменных камней.
При этом подферменные камни, представ-
ляющие собой тесаную прямоугольную
призму из монолита гранита или песча-
ника, приобретают подвижность (рас-
шатываются) и в них нередко возникают
сквозные трещины. Одной из главных
причин расстройства кладки является
повышенное динамическое воздействие на-
грузки Наличие расстройства кладки
определяют по вибрации и взаимным
перемещениям отдельных камней (бло-
ков) при проходе поезда, по появлению
пересекающихся трещин, а также белых
потеков продуктов выщелачивания на
поверхностях опоры.
9 Зак Ю4£
Рис 26.8 Трещины в кладке массивных опор*
а — в устоях, б — в быках
В процессе длительной эксплуатации
поверхности опор подвергаются вывет-
риванию. Выветривание наиболее интен-
сивно протекает на участке изменения
уровня воды. Основным признаком вы-
ветривания служит шелушение поверх-
ности, отделение мелких плиток-леща-
док. При наличии каменной облицовки
сначала разрушаются швы.
В уровне ледохода наблюдаются пов-
реждения в виде выбоин, расстройства
и вывалов облицовочных камней, а так-
же износ поверхности в виде углублений
в направлении по течению. На реках с бы-
стрым течением при перемещении песка,
гальки и других плывущих частей и
предметов износ опоры может происхо-
дить по всей ее подводной поверхности.
Наиболее интенсивно кладка опор
разрушается у обреза фундамента
(рис. 26.9), в зонах ледостава при пер-
вых подвижках льда, особенно, если не
принимают специальных мер (околка
льда вокруг опор). В старых опорах из
бутовой кладки иногда происходит весь-
ма серьезное разрушение подводной час-
ти. При этом в кладке опоры образуются
большие вывалы, угрожающие разруше-
нию опоры. Значительное влияние на
Рис. 26 9 Разрушение обреза фундамента с
просадкой облицовочных камней
257
разрушение подводной части опор могут
оказывать химическая агрессивность
воды вследствие загрязнения химически-
ми отходами, удары плывущими предме-
тами и др.
Повреждения опор выявляют в резуль-
тате их обследования. Надводные части
опор детально осматривают с применени-
ем приборов и инструментов. Для опре-
деления глубины распространения тре-
щины применяют щупы, ультразвуко-
вые приборы, нагнетание подкрашенной
жидкости, а в случае необходимости
вскрывают облицовку и кладку. Обна-
руженные трещины фиксируют на опоре
(отмечают концы краской), • зарисовыва-
ют в специальных журналах или фотогра-
фируют. Раскрытие трещин измеряют.
Для выявления повреждений.в подвод-
ной части опор и наблюдения за их раз-
витием используют различные способы.
В теплую погоду при прозрачной воде и
небольшой глубине для обследования
подводной части опор можно использо-
вать акваланги, маски для подводного
плавания. В более сложных условиях
для обследования привлекают водолазов
или используют специальные передвиж-
ные телевизионные установки.
Перемещения опоры — весьма опас-
ные повреждения. Они происходят по
различным причинам: подмыв опор, не-
достаточная несущая способность основа-
ния, увеличение горизонтального дав-
ления грунта насыпи, оползневые явле-
ния и др. Значительные перемещения
опор довольно легко определить по внеш-
ние признакам. Так, при смещении устоя
в пролет смещается и подвижная опор-
ная часть, а коненГ пролетного строения
может упереться в шкафную стенку или
в торец соседнего пролетного строения.
Наклон или смещение промежуточной
опоры легко обнаружить по изменению
расстояния между концами смежных
пролетных строений. О перемещении
опор можно судить по положению рель-
сового пути в плане и профиле. Переме-
щение устоя иногда сопровождается
сползанием насыпи за устоем. Точные
данные о перемещениях опор можно по-
лучить геодезической съемкой.
В случаях обнаружения перемещений
опор за ними устанавливают наблюде-
ния, осадку определяют нивелировани-
258
ем, а крен и сдвиги — теодолитной съем-
кой.
Данные нивелирования опоры увя-
зывают с отметкой репера.
При наблюдении за наклоном опоры
при помощи теодолита в местах установ-
ки реек желательно заделать в тело опо-
ры специальные марки.
За наклоном опоры можно также наб-
людать при помощи уровня или отвеса.
Результаты наблюдений с указанием
условий, при которых их выполняют,
следует записывать в специальный жур-
нал или книгу искусственного сооруже-
ния.
При обследовании устоев необходимо
обращать внимание на состояние сопря-
жения моста с насыпью. При крутом ук-
лоне конусов часто наблюдается их спол-
зание, вызывающее оголение торцов
шпал, что может быть причиной боль-
ших и опасных дополнительных напряже-
нии в рельсах.
Обнаруженные повреждения в опорах
подлежат устранению Способ ремонта
в каждом конкретном случае устанавли-
вают на основании комплексной оценки
характера повреждения и причин, его
вызывающих.
Обследованию подлежат также регу-
л яцио н ные соор ужен и я (стр уена пр ав л я -
ющие дамбы, траверсы и др.) и земляное
полотно на подходах к мосту в пределах
подтопления высокой водой. При этом
проверяют соответствие сооружений в
плане и профиле проекту и состояние их
укреплений.
26.5. Повреждения деревянных мостов
При обследовании деревянных мостов
прежде всего следует обращать внимание
на состояние древесины, выявляя места,
где начинается и развивается гниение —
разрушение древесины низшими споро-
выми грибками.
Развитие большинства грибков, вы-
зывающих гниение древесины, происхо-
дит при влажности от 23 до 60 % при.
положительной температуре от 3 до
25 СС.
Наиболее уязвивыми для загнивания
участками деревянных конструкций яв-
ляются сопряжения, врубки, швы в па-
кетах из досок, брусьев и бревен и дру-
гие места, в которых может задерживать-
ся влага, а проветривание их затруднено
(рис. 26.10). В балочных и подкосных мо-
стах обычно гнилью поражаются участки
смежных ярусов, соединения подкосов со
сваями и прогонами и в особенности
сложные узлы с неплотностями в сопря-
жениях отдельных частей.
Конденсация влаги на металле в мес-
тах сопряжения металлических деталей
с деревянными способствует загниванию
древесины.
В наиболее неблагоприятных условиях
находятся детали опор деревянных мос-
тов. подвергающиеся переменному ув-
лажнению у поверхности земли и уров-
ня воды. Элементы деревянных опор
мостов в относительно сухих песчаных
грунтах могут загнивать на глубину до
2 м.
В увлажненных, а также в плотных
грунтах гниение глубоко не распростра-
няется (до 0,5 м).
Поврежденные гнилью участки дере-
вянных конструкций обнаруживают
внешним осмотром, обстукиванием мо-
лотком, сверлением отверстий, стеской
верхних слоев и другими способами.
При внешнем осмотре места загнива-
ния определяют по наличию грибков (их
плодовых тел) на поверхности; по цвету
древесины, которая при загнивании при-
обретает бурый, красный, табачный и
другие оттенки, а также по мелким по-
вер х ноет н ы м трещинам. Поврежден на я
гнилью древесина легко растирается в
порошок.
Развитие гниения в глубь древесины
устанавливают стеской верхних слоев, а
также высверливанием проб древесины
специальным полым буравом. Пользуясь
им, можно получить образец древесины
с определенной глубины для лаборатор-
ных исследований.
Для проверки состояния деревянных
деталей, погруженных в грунт, их в вы-
борочном порядке откапывают на глуби-
ну 30—60 см,
При ослаблении сечений элементов
гнилью на глубину более 2 см или более
чем на 15 % необходимо их прочность
проверить расчетом.
Рис. 26.10. Места, где наиболее вероятно за-
гнивание (заштрихованы)
Другое распространенное поврежде-
ние деревянных мостов — трещины
(рис. 26.11). Небольшие продольные тре-
щины появляются вследствие усушки
древесины. Если такие трещины не под-
ходят близко к врубкам, они обычно не
представляют непосредственной опасно-
сти. Крупные трещины у врубок, распо-
ложенные в плоскостях скалывания или
близко к ним, опасны. Они могут при-
вести к разрушению. Причиной появле-
ния таких трещин может быть неудовлет-
ворительное выполнение врубок и сопря-
жений элементов: неплотное прилегание
элементов во врубках, неравномерная ра-
бота шпонок и т. п.
В деревянных опорах, кроме перечис-
ленных повреждений, могут встречаться
различные смещения — вертикальные
осадки, крены и перекосы. Причины вер-
тикальных осадок опор следующие:
1) осадка свай (в свайных опорах) или
грунта в основании опоры (ряжевые и
лежневые опоры); 2) деформации древе-
сины от действия усилий или вследствие
усушки (увлажнения); 3) деформации
В сопряжениях элементов опоры. Если
смещения произошли в первое время
эксплуатации, незначительны и в даль-
Рис. 26.11 Трещины в элементах деревянных
мостов-
259
нейшем прекращаются, то они нео-
пасны. В этих случаях необходимо вы-
править путь на мосту, а иногда и поло-
жение пролетных строений.
Под действием горизонтальных или
внецентренно приложенных вертикаль-
ных сил при недостаточной несущей спо-
собности свай и жесткости опоры могут
появиться крены и перекосы. Такие по-
вреждения наиболее вероятны при под-
мыве основания опоры. В этих случаях
требуется принимать срочные меры
по обеспечению нормальной работы
опоры.
Ее усиливают, устанавливая до-
полнительные связи, укосины, устраи-
вая ряж с каменной засыпкой и др.
В береговых опорах при большой вы-
соте насыпи, неправильной отсыпке ко-
нусов и недостаточной жесткости опоры
могут происходить их смещения в сторо-
ну русла.
На деревянных мостах должны быть
в необходимом количестве и исправном
состоянии противопожарные средства.
26.6. Повреждения водопропускных
труб
Водопропускные трубы — ответствен-
ные сооружения, исправная работа ко-
торых во многом зависит от качества их
содержания. При обследовании труб осо-
бое внимание следует обращать на состо-
яние их конструктивных элементов
(звеньев, оголовков, фундаментов); ук-
репление входных и выходных русел и от-
косов насыпи; состояние противоналед-
ных сооружений; характер пропуска во-
ды через трубу и др. Состояние элемен-
тов трубы, откосов насыпи, входных и
выходных русел устанавливают путем ос-
мотра с применением различных прибо-
ров и инструментов для выявления по-
вреждений.
Обследование с этой целью проводят,
как правило, после паводков. Характер
пропуска воды через трубу наблюдают
во время высокого паводка.
Наиболее распространены следующие
повреждения каменных, бетонных и желе-
зобетонных труб: трещины, раскрытие
швов, просадки отдельных звеньев или
260
участков трубы, разрушение оголовков,
нарушение • гидроизоляции, расстройст-
во и выветривание кладки, вымывание
грунта около трубы.
Трещины в кладке трубы весьма раз-
нообразны и имеют различные причины
возникновения и развития. Трещины
могут быть поверхностные, глубокие и
сквозные. Наиболее опасны продольные
трещины в зонах действия максимальных
изгибающих моментов (в плоскости по-
перечного сечения) в кладке трубы. Эти
трещины появляются в конструкциях с
недостаточной прочностью вследствие
давления грунта насыпи. Значительное
влияние на возникновение и развитие
продольных трещин могут оказывать ди-
намическое воздействие временной на-
грузки при небольшой толщине насыпи
под замком свода, а также неравномер-
ность осадки фундамента трубы.
Поперечные трещины с большим рас-
крытием, а также раскрытие поперечных
швов возникают вследствие больших рас-
тягивающих продольных сил, возникаю-
щих от горизонтального давления грун-
та; действия больших изгибающих мо-
ментов в вертикальной плоскости, выз-
ванных образованием пустот (вымоин)
под трубой, пучением грунта или нерав-
номерностью посадок грунтов в основа-
нии трубы. С подобными явлениями свя-
зано возникновение и развитие трещин в
оголовках трубы, а в некоторых случаях—
их отрыв от звеньев трубы, а также вза-
имное смещение звеньев. Расстройство
швов и взаимное смещение звеньев труб,
эксплуатируемых в суровых климатиче-
ских условиях, часто связаны с деграда-
цией вечной мерзлоты в основании трубы
и пучением грунтов, а также с образова-
нием наледей.
Участки с поврежденной гидроизоля-
цией определяют по просачиванию воды
через кладку, а также по белым потекам
продуктов выщелачивания цементного
камня.
Наличие пустот за кладкой трубы мож-
но опеделить путем обстукивания клад-
ки молотком, по просадкам насыпи и дру-
гим признакам.
Способы обнаружения и фиксации тре-
щин аналогичны рассмотренным выше
при обследовании железобетонных,
бетонных и каменных пролетных строе-
ний и опор. За развитием трещин и раз-
личных смещений в необходимых случа-
ях устанавливают .длительные наблюде-
ния. Наблюдения за развитием трещин в
конструкциях трубы производят так же,
как за трещинами в массивных опорах
мостов. Контроль взаимного смещения’
звеньев осуществляют путем периодичес-
кого измерения расстояния между дву-
мя фиксированными точками (марками),
расположенными на взаимно смещаемых
концах звеньев с помощью специаль-
ных съемных приборов (например, дефор-
мометров).
Основными повреждениями водопро-
пускных труб из гофрированной стали,
получивших широкое применение при
строительстве железных дорог в послед-
ние годы (впервые они были разработа-
ны и применены в нашей стране в 1875 г.),
являются коррозия металла, трещины и
разрывы в зонах болтовых и заклепоч-
ных соединений, сплющивание (чрезмер-
ная деформация поперечного сечения тру-
бы с изменением круглого очертания в
эллипсовидное с меньшим диаметром в
вертикальном направлении), а также не-
равномерные в продольном направлении
просадки.
При обследовании деревянных труб осо-
бое внимание необходимо уделять состо-
янию древесины, качеству соединений и
правильности положения элементов кон-
струкции трубы.
Наряду с обследованием конструкции
трубы производят тщательный осмотр
русел водотока и насыпи в окрестностях
входных и выходных оголовков. Русло
водотока перед трубой и за ней должно
быть прямым и хорошо расчищенным;
входное и выходное русла водотока около
трубы укреплены мощением, в необ-
ходимых случаях — с устройством рис-
берм. Откос насыпи со стороны входа
обычно укрепляется каменным мощени-
ем.
Во время паводков могут появляться
размывы откосов насыпи, русел, подмыв
оголовков, разрушение мощений Эти
повреждения должны тщательно изучать-
ся и регистрироваться при обследовании с
целью разработки надежных мероприя-
тий по их устранению и предупреждению
появления в дальнейшем
Глава 27
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ
МОСТОВ
27.1. Основные положения оценки
грузоподъемности металлических
пролетных строений
Эксплуатируемые железнодорожные
мосты, рассчитанные по разным нормам,
имеют различную грузоподъемность. По-
этому для оценки возможности пропуска
по мостам вновь вводимого подвижного
состава возникает необходимость их
перерасчета. Расчет эксплуатируемых
мостов можно выполнять аналогично рас-
чету проектируемых мостов.Однако этот
метод оказывается очень трудоемким, по-
скольку при каждом повышении подвиж-
ной нагрузки (введение в обращение но-
вых более тяжелых локомотивов и ваго-
нов) требуется перерассчитывать мост
под эту нагрузку. Наиболее целесооб-
разна оценка грузоподъемности эксплуа-
тируемых мостов методом классификации.
Сущность этого метода состоит в том,
что временную вертикальную нагрузку,
которую элемент моста может безопасно
выдержать при регулярной эксплуата-
ции, выражают в единицах эталонной
нагрузки. Число единиц эталонной на-
грузки, которое может выдержать эле-
мент, называют классом элемента. Наи-
меньший из классов элементов моста
(пролетного строения) называют классом
моста (пролетного стоения). В качестве
эталонной принимают временную верти-
кальную нагрузку по схеме Н1 1931 г.
Временная подвижная нагрузка так-
же выражается в единицах эталонной
нагрузки Н1. Число единиц эталонной
нагрузки, коюрое по воздействию на
мост эквивалентно действию рассматрива-
емой подвижной нагрузки, называют
классом нагрузки.
Итак, класс элемента
где k — допускаемая временная равномер-
но распределенная нагрузка, — эквива-
лентная нагрузка для эталонной нагрузки Н1,
определенная для той же линии влияния, что
и k\ 1 + Нн — динамический коэффициент
для эталонной нагрузки (поездов с паровой
261
тягой), определяемый для элементов метал-
лических мостов по формуле 1 + Цн — 1 +
27
до ’ Л ~ Длина пролета (для основных
элементов главных ферм) или длина загруже-
ния линии влияния (для элементов, работаю-
щих на местную нагрузку)
Метод классификации в нашей стране
применяется с 1931 г. До 1987 г. класси-
фикацию металлических пролетных
строений выполняли по допускаемым на-
пряжениям. Поэтому грузоподъемность
пода вл я ющего бол ьши нства мета л л иче-
ских пролетных строений эксплуатируе-
мых мостов определена по допускаемым
напряжениям.
Значение допускаемой временной рав-
номерно распределенной нагрузки k, ко-
торую может выдержать рассматривае-
мый элемент, определяют из условия
его прочности. При классификации эле-
ментов металлических мостов по методу
допускаемых напряжений условие проч-
ности элемента, работающего на осевое
усилие, имеет вид
(00
где р — погонная постоянная нагрузка;
— площади линии влияния, соответ-
ствующие загружению постоянной и времен-
ной нагрузками; N — число балок или фермы,
на которые распределяется действие постоян-
ной нагрузки; 8^ — доля временной нагруз-
ки с одного пути, приходящаяся на рассмат-
риваемую балку (ферму); (ос — рабочая пло-
щадь элемента; [ст] — допускаемое напряже-
ние.
Кроме условия прочности для элемен-
тов, работающих на многократно повтор-
ные переменные или знакопеременные
усилия, требуется выполнение условия
выносливости. Это условие имеет тот же
вид, что и условие прочности (27.2), но
при допускаемом напряжении, равном
у[а]. где у — коэффициент понижения
допускаемых напряжений при расчете на
выносливость
Из условия прочности с учетом выно-
сливости получим
, Н И Т^о Р&р
(27.2)
s/VQfe
Знак плюс в формуле (27 2) появляет-
ся при расчете элементов с двузначными
линиями влияния, когда усилия от вре-
262
менной и постоянной нагрузок имеют раз-
ные знаки.
Для элементов, работающих на много-
кратно повторные переменные и знако-
переменные усилия, определяли два
класса — по прочности и по выносливо-
сти. В связи с этим по формуле (27.2) вы-
числяли два значения k: при у — 1 и
у < 1. При подстановке в формулу (27.1)
первого значения k получим класс по
прочности, а второго — по выносливости.
Допускаемую равномерно распреде-
ленную нагрузку k определяют не толь-
ко по прочности и выносливости наиболее
слабого сечения элемента, но и по прочно-
сти его прикрепления. При этом в форму-
лу (27.2) подставляют соответствующие
значения рабочей площади, например,
для растянутых элементов при расчете
по прочности сечения соо ~~ Flx при рас-
чете сжатых элементов по устойчивости
соо — <р Лбр; при расчете прочности при-
крепления заклепками или болтами со0 —
, /г/р,, где F6p — площадь попереч-
ного сечения нетто и брутто; ф — коэф-
фициент уменьшения напряжений при
расчете на продольный изгиб; п — число
заклепок или болтов; ц — число закле-
пок или болтов, необходимое для прикреп-
ления единичной рабочей площади сече
ния элемента, и т п.
Формула (27.2) является обобщенной.
Ее можно использовать для элементов,
работающих на изгиб, а также для эле-
ментов, подвергнутых усилению, подстав-
ляя в нее соответствующие значения ра-
бочей площади и допускаемых напряже-
ний. Так, при определении k для изгиба-
емого элемента по нормальным напря-
жениям вместо соо следует подставить
значение момента сопротивления сече-
ния нетто №н и др.
Классификацию металлических про-
летных строений мостов по методу допу-
скаемых напряжений производили на ос-
новные нагрузки от собственного веса и
временные вертикальные нагрузки. Пор-
тальные рамы, кроме того, рассчитывали
на совместное действие основных нагру-
зок и давление ветра. При этом основные
допускаемые напряжения повышали на
15 %.
Согласно определению класс нагрузки
К0=М-'±^1. (27 3)
£н(1 + Нн)
где kQ — эквивалентная нагрузка от рас-
сматриваемой подвижной нагрузки, 1 + —
динамический коэффициент для рассматрива-
емой нагрузки без ограничения скорости дви-
жения. Остальные обозначения приведены
раньше.
Таким образом, класс элемента К и
класс нагрузки, воспринимаемой элемен-
том, Ко выражаются в одних и тех же еди-
ницах. Сравнивая К и Ко, легко устано-
вить воз можность каждого элемента моста
по пропуску рассматриваемой нагрузки.
С 1987 г. классификацию Металличе-
ских пролетных строений железнодорож-
ных мостов выполняют по более прогрес-
сивному методу предельных состояний Т
При этом сохраняются основные принци-
пы классификации, используемые при
расчете по допускаемым напряжениям.
В отличие от классификации по методу
допускаемых напряжений в этих расче-
тах учитывают воздействия от давления
ветра и торможения (силы тяги) поездов;
введены понятия и способы определения
силовых факторов и сопротивлений ма-
териалов, соответствующих методу пре-
дельных состояний. Кроме того, в новом
Руководстве даны уточненные способы
оценки прикреплений балок проезжей
части, оценки усталостной долговечности
и др. Определение класса нагрузки оста-
лось без изменений.
Основное условие прочности по методу
предельных состояний
Ь^Ф,
где L — силовой фактор при действии
предельных нагрузок; Ф — несущая способ-
ность элемента.
Условие прочности, устойчивости и вы-
носливости, например элемента главной
фермы, при действии вертикальной вре-
менной и постоянной нагрузок в общем
виде можно записать
S'k ± Sp ~&k Й& + &pp' &p mR' G, (27.4)
где S' k, S'p — усилия от предельных зна-
чений временных и постоянных нагрузок; 8^,
8р — доля временной и постоянной нагрузок,
приходящихся на рассматриваемую ферму;
0 — коэффициент, учитывающий снижение
динамического коэффициента; k* — предель-
ная временная вертикальная равномерно рас-
пределенная нагрузка (с учетом динамики);
1 Руководство по определению грузо-
подъемности металлических пролетных строе-
ний железнодорожных мостов/МПС. М.:
Транспорт, 1987. 272
р' — предельная (максимально возможная
постоянная равномерно распределенная на-
грузка на пролетное строение; Q&, Qp — пло-
щади линии влияния, соответствующие за-
гружению временной и постоянной нагрузка-
ми; т — коэффициент условий работы; R'—>
условное расчетное сопротивление; G — гео-
метрическая характеристика
При расчете на прочность растянутого
элемента 7?' ~ R\ G = FH; на устойчи-
вость формы R' ф/?; G ^ F6p; на вы-
носливость R' yR\ G ~ FH (R — рас-
четное сопротивление металла; FH, F$p—
площадь поперечного сечения нетто и
брутто; ф — коэффициент уменьшения
напряжений при продольном изгибе; у—
коэффициент уменьшения расчетного
сопротивления при расчете на выносли-
вость).
Из уравнения (27.4) получим пре-
дельную временную нагрузку
k' ~~ пТл [tnR' G 8р У»р' Qp)
Выразим предельные нагрузки kf и
р' через нормативные:
k'-n^k; Ър’ —Ъпр,
где пк, пр — коэффициенты надежности
по временной и, постоянной нагрузкам; k —
нормативная временная вертикальная на-
грузка; Sp — нормативная нагрузка от соб-
ственного веса составных частей и об-
устройств пролетного строения (металл про-
летного строения, мостовое полотно, смотро-
вые приспособления и т. п.).
Нагрузка k' соответствует достижению
предельного состояния рассматриваемого
элемента. В расчете методом классифи-
кации в качестве допускаемой времен-
ной равномерно распределенной нагрузки
принимают нормативную временную вер-
тикальную нагрузку k. Таким образом,
допускаемая при эксплуатации времен-
ная вертикальная равномерно распреде-
ленная нагрузка.
k—-------~— (tnR' G zb бр &р Sp tip). (27.5)
&k vnk
Формула (27.5) получена для элемен-
та, работающего на осевое усилие. Од-
нако она применима и в других случаях,
если на элемент действует один силовой
фактор, и является обобщенной.
263
В этой формуле прй расчете на выносли-
вость принимают: = 1, пр = 1 и 0 =
1 +~3 Ио
— —--------, р0 — динамическая добавка:
i +Но
для поездов с электрической и тепловозной тя-
21 27 „
гой
длина пролета фермы для основных элемен-
тов, а для балок проезжей части и элементов
фермы, работающих на местную нагрузку —
длина загружения линии влияния. При про-
верке прочности и устойчивости 0 = 1 Ос-
тальные обозначения даны выше.
При пользовании обобщенной форму-
лой важно правильно определить гео-
метрическую характеристику G в зави-
симости от силового фактора и вида рас-
чета. Для ее определения необходимо за-
писать условие прочности, устойчиво-
сти или выносливости в зависимости от
того, какой случай рассматривается, в
виде:
U
mRH mRH > —, (27 6)
где U — рассматриваемый силовой фак-
тор; RH — расчетное сопротивление металла,
соответствующее силовому фактору; т — ко-
эффициент условий работы.
Например, при расчете балки по нор-
мальным напряжениям условие (27.6)
можно записать в виде
Следовательно, G = с№нт,
где — момент сопротивления сечения
нетто, с — коэффициент, учитывающий допу-
стимость пластических деформаций.
При оценке грузоподъемности элемен-
тов металлических пролетных строений,
кроме воздействия основных нагрузок
(вертикальные временные и постоянные,
а для мостов, расположенных на кривых,
и временная от центробежной силы), при
расчетах на прочность и устойчивость
формы должны рассматриваться и соче-
тания этих нагрузок с воздействием вет-
ра и торможения поезда с соответствую-
щими понижающими коэффициентами со-
четания (ц < 1).
При учете дополнительных воздейст-
вий уравнение предельного состояния по
204
прочности и устойчивости в общем виде
можно записать
S'k + Sfc+S^+S^±:S^mRf G,
где Sk, Sc, St, Sw — усилие в элементе
от предельных воздействий соответственно
временной вертикальной нагрузки, центро-
бежной силы, торможения поезда и давления
ветра с соответствующими коэффициентами
сочетаний, т] < 1, Sp — усилие от предельной
постоянной нагрузки.
Выразив усилия от горизонтальных
воздействий подвижного состава S'c и
St в долях усилия от временной верти-
кальной нагрузки S^,
Sc ' ST
"С=^$Г:
запишем уравнение (27.6) в виде
S (1 Zc 4~ Ct) ~F Sw nw X
± Sp Qp Zpnp < mRf G,
из которого получим
mR' 6 ± sp ^p 'Zpnp — Sw nw '*]w
&k nk (1 +Cc+ Ct)
где Sw —- усилие в элементе от норматив-
ной ветровой нагрузки, nw — коэффициент
надежности по ветровой нагрузке, — коэф-
фициент сочетаний к ветровой нагрузке. Ос-
тальные обозначения даны выше.
В методе классификации по предель-
ным состояниям в качестве эталонной на-
грузки, как и в методе по допускаемым
напряжениям, принята эталонная на-
грузка по схеме Ш. Класс элемента оп-
ределяют, подставив значение допускае-
мой временной вертикальной равномер-
но распределенной нагрузки k, вычислен-
ной по формулам (27.5) и (27.7), в форму-
лу (27.1). Таким образом, единичное зна-
чение класса, оцениваемое знаменате-
лем формулы (27.1) как произведение
£н (1 ~г Рн)> принято одинаковым в ме-
тоде классификации по допускаемым на-
пряжениям и предельным состояниям.
Однако классы элементов, определен-
ные по разным методам, имеют некото-
рое различие, связанное с различными
концепциями и характеристиками в оп-
ределении допускаемой нагрузки k. Не-
которое различие в значениях класса
элемента (особенно по прикреплениям)
имеется и при оценке его по различным
Руководствам (1945 и 1965 гг.), в основу
которых положен один и тот же метод
допускаемых напряжений. Возможность
таких различий необходимо иметь в ви-
ду при использовании результатов оцен-
ки грузоподъемности элементов пролет-
ных строений, полученных по разным
нормативным документам, и в отдельных
случаях сделать расчет по Руководству,
изданному в 1987 г
27.2. Определение грузоподъемности
металлических балок со сплошной
стенкой
При определении класса балки со
сплошной стенкой как любого другого
элемента моста наиболее сложная задача
состоит в вычислении допускаемой вре-
менной равномерно распределенной на-
грузки. Классы балок со сплошной стен-
кой устанавливают* а) по нормальным
напряжениям (по изгибающему моменту)
для наиболее опасных сечений — в сере-
дине пролета, в местах стыков элемен-
тов поясов и стенки, в местах обрыва го-
ризонтальных листов поясов; б) по проч-
ности поясных заклепок или поясных
швов; в) по устойчивости формы (поя-
сов, стенки, опорных стоек); г) по каса-
тельным напряжениям. Для балок про-
езжей части следует также определить
класс по прикреплению продольных ба-
лок к поперечным и поперечных к глав-
ным фермам.
По нормальным напря-
жениям выражение допускаемой
временной вертикальной равномерно рас-
пределенной нагрузки при расчете на
прочность для простых балок легко полу-
чить из формулы (27.5) после подстановки
= Qp - Q; G - с F:
£ = —-- (mRcW—&p Q2p tip), (27.8)
где W — расчетный момент сопротивления
сечения. Остальные обозначения те же, что и
в формуле (27.5). При двух балках под один
путь и симметричном их расположении отно-
сительно оси пути = &р = 0,5.
В сечении балки, где нет стыков, рас-
четный момент сопротивления Й7 равен
моменту сопротивления всего сечения нет-
то:
Рис. 27 1. Схема для расчета балки в зоне
В сечениях, где имеются стыки всех
или некоторых частей балки (рис. 27.1),
необходимо проверить прочность накла-
док и тех частей балки, которые не име-
ют стыка в рассматриваемом сечении, а
кроме того, прочность заклепочных, бол-
товых или сварных соединений стыкуе-
мых частей с накладками. В этом случае
расчетный момент сопротивления сече-
ния определяют по формуле
S/4+ S/Hk + S yf
W=-----------------, (27 9)
где S 1ц — сумма моментов инерции нет-
то относительно нейтральной оси балки пло-
щадей поперечного сечения элементов, не
имеющих стыков или обрывов в рассматрива-
емом сечении; S/HK —сумма моментов инер-
ции нетто относительно нейтральной оси бал-
ки площадей поперечного сечения полностью
прикрепленных накладок элементов балки,
стыкуемых в рассматриваемом сечении, —
расстояния от нейтральной оси балки до го-
ризонтальных заклепок (болтов), прикреп-
ляющих полунакладки стыкуемых элементов
балки или элементы балки, имеющие недоста-
точное прикрепление. Для вертикальных за-
клепок (болтов) Ух принимают равным рассто-
янию от нейтральной оси до соответствующей
плоскости среза заклепки или болта; — — при-
веденная рабочая площадь заклепки или бол-
та; J.I — число заклепок (болтов), необходи-
мое для прикрепления рабочей площади эле-
мента, равной 1; #юах — расстояние от нейт-
ральной оси до наиболее удаленного волокна
рассматриваемого сечения.
265
Для каждой накладки или прикрепля-
емого элемента балки в формулу (27.9)
подставляют меньшую из величин Iнь
или 2^ у?.
В S/ц не следует включать те элемен-
ты балки, которые хотя и не стыкуются
в рассматриваемом сечении, но обрыва-
ются недалеко от него, а прикрепление
их на участке от рассматриваемого сече-
ния до обрыва данного элемента не удов-
летворяет условию /ц С S- yL В
этом случае вместо /ц в формулу (27.9)
подставляют 2~ у*, соответствующую
прикреплению данного элемента на участ-
ке от рассматриваемого сечения до его
обрыва.
Значение р для заклепок определяют в
зависимости от характера работы закле-
пок. Так, если на единицу (см2, м2)
рабочей площади поперечного сечения
элемента можно допустить усилие, рав-
ное R, то число заклепок, необходимое
для прикрепления единицы рабочей пло-
щади элемента:
по одному срезу
V О’^з
по смятию
= dS-2,5R3 Исм’
откуда при одинаковых основных сопро-
тивлениях металла элемента и заклепки;
Иср = nJ л о ;
HcM=='2,5d6 ’
где d — диаметр заклепки; 6 — толщина
элемента, наиболее слабого по смятию; 0,8 R3
и 2,5 7?3 — производное расчетное сопротив-
ление на срез и смятие, 7?э, 7?3 — расчетное
сопротивление металла элемента и заклепки.
Аналогично можно получить значение
ра для высокопрочных болтов. По одно-
му контакту трения
R
0,78Nf ’
где N — нормативное натяжение болта;
f — коэффициент трения по контактирующим
поверхностям.
Если в стыке балки имеются сварные
соединения, то в формуле (27.9) вместо
момента инерции приведенной площади
заклепок (болтов) следует принять мо-
мент инерции приведенных площадей
сварных швов.
Кроме расчета на прочность, балки про-
веряют на выносливость. Наиболее сла-
быми являются сечения по концентра-
торам напряжений (отверстия, концы
сварных швов, поперечные сварные швы),
расположенным в растянутой зоне бал-
ки. В этом случае допускаемую времен-
ную вертикальную равномерно распреде-
ленную нагрузку определяют как при
расчете на прочность с введением в фор-
мулу (27.8) коэффициента у, понижающе-
го расчетное сопротивление коэффи-
циента, снижающего динамическое воз-
действие временной нагрузки 0, и при-
нятием пк Пр = 1. В результате фор-
мула для определения k при расчете на
выносливость принимает вид:
& = у (myRcW—zp QSp).
По касательным напря-
жениям грузоподъемность балки про-
веряют в сечениях, где приложены макси-
мальные перерезывающие силы. В прос-
тых балках это, как правило, концевые
опорные сечения. Максимальные каса-
тельные напряжения в них возникают
в зоне нейтральной оси. Выражение до-
пускаемой временной вертикальной рав-
номерно распределенной нагрузки при
расчете по касательным напряжениям*
можно получить из обобщенной форму-
лы (27.5), если подставить в нее расчет-
ное сопротивление на срез 0,75 R и G,
значение которого легко получить по
рассмотренному выше правилу из усло-
вия прочности
о о Q
щ.0,75Я<^=—
G /бр б 7/п о
^бр
откуда G ~ или G = Лп6,
где 5бр — статический момент полусече-
ния брутто, /бр — момент инерции сечения
балки брутто; 6 — толщина ,стенки балки,
— плечо внутренней пары сил.
266
Произведя указанную подстановку
в формулу (27.5), получим
/г — ----------------------е„ Qp
ek nk \ *^бр /
Для опорных сечений простых балок
площади линии влияния Q Qk —
При расчете по касательным напряже-
ниям проверку на выносливость не дела-
ют.
По устойчивости формы
в двутавровых балках проверяют сжатые
пояса, опорные стойки и стенки (на ме-
стную устойчивость). Допускаемую вре-
менную вертикальную равномерно
распределенную нагрузку по устойчиво-
сти сжатого пояса балки определяют из
условия достижения значения ф7? фиб-
ровыми сжимающими напряжениями,
вычисленными по сечению брутто. При
этом условии геометрическая характери-
стика F6p. Подставив в обобщен-
ную формулу (27.5) эти значения, полу-
чим выражение допускаемой временной
вертикальной равномерно распределен-
ной нагрузки по устойчивости сжатого
пояса балки
=------— (mwRWfrn—SpQ^pnp)
nk У
Коэффициент ф определяют как для
центрального сжатого стержня сечением,
соответствующим сжатому поясу со сво-
бодной длиной, равной расстоянию меж-
ду узлами верхних связей. В сечение
сжатого пояса клепаной балки включают
поясные листы, уголки и часть стенки
балки в пределах поясных уголков.
При объединении сжатого пояса бал-
ки с железобетонной или стальной пли-
той мостового полотна расчет на устойчи-
вость поясов можно не делать.
Временную допускаемую нагрузку при
расчете по устойчивости опорных стоек
определяют по формуле
k= —Г" (^ф/?/7бр~8рй2рИр),
nk £2
где О — площадь линии влияния Q в опор-
ном сечении, Fgp — площадь поперечного се-
чения брутто стойки.
Аналогично можно получить формулы
для определения допускаемой времен-
ной вертикальной нагрузки при расчете
по другим признакам, перечисленным в
начале параграфа.
Подставив полученные значения до-
пускаемой временной вертикальной на-
грузки в формулу (27.1), получим класс
балки по соответствующему признаку.
27.3. Определение грузоподъемности
элементов главных ферм
металлических пролетных строений
При оценке грузоподъемности для всех
элементов главных ферм определяют
классы по прочности: сечений, стыков и
прикреплений. Кроме того, для элемен-
тов, работающих на знакопеременные и
переменные растягивающие усилия, оп-
ределяют классы по выносливости, а для
сжатых — по устойчивости формы.
Расчет элементов главных ферм ведут
как плоских систем с шарнирами в узлах
без учета совместной работы с проезжей
частью.
Допускаемую временную вертикаль-
ную равномерно распределенную на-
грузку для всех элементов главных ферм
при воздействии на пролетное строение
только основных нагрузок определяют
по формулам, которые можно получить,
используя формулу (27.5), подставив в
нее соответствующие значения. После под-
становки получим:
при расчете на прочность
k=^ &р 2рпр
ek nh &k
при расчете на устойчивость формы
k = тФ^бр±8рЙр ХрПр п
Sfe nh
Формулы (27.10) и (27.11) пригодны
для случая, когда мост находится на пря-
мом участке. Если мост расположен на
кривом участке пути, то к вертикальной
временной и постоянной нагрузкам до-
бавляют горизонтальную центробежную
силу, которая входит в основные нагруз-
ки. Поэтому при расчете мостов на кри-
вых участках центробежную силу необ-
ходимо учесть в основных нагрузках.
В расчетах на выносливость допускае-
мую временную вертикальную нагрузку
определяют при воздействии только ос
267
новных нагрузок с введением коэффици-
ентов 0 и у и пр = ги: = 1 по формуле:
k- myRFv^pQpZp (27 12)
Если мост находится на кривом участ-
ке пути, в формуле (27.12) должно быть
учтено действие центробежной силы.
Элементы поясов главных ферм и эле-
менты. входящие в портальные рамы,
кроме того, дополнительно проверяют на
действие сочетания основных нагрузок с
воздействием ветровой нагрузки i нагруз-
ки от торможения подвижного состава.
Воздействие тормозных нагрузок учиты-
вают только при расчете поясов глав-
ных ферм, расположенных в уровне про-
езжей части. Используя формулу (27.7),
получим выражение допускаемой времен-
ной вертикальной нагрузки при расчете:
на прочность
tnRF* — nw x\w
&k nk (1 + Sc St)
на устойчивость формы
-к 8p Qp Up tip Sw nw x]w
nk Hfe U + Sc + St)
(27.14)
Обозначения в формулах (27.10)—
(27.14) прежние.
Усилия Sw от нормативной ветровой
нагрузки определяют, как при проекти-
ровании пролетных строений железно-
дорожных мостов.
При определении допускаемой вре-
менной нагрузки могут возникнуть труд-
ности в выборе значений геометрических
характеристик, входящих в формулы
В расчетах на прочность по формулам
(27.10) и (27.14) в качестве геометриче-
ской характеристики Ен для элементов
принимают площадь поперечного сече-
ния нетто в наиболее ослабленном сече-
нии = FHT. В расчетах на прочность
стыков и прикреплений необходимо, кро-
Рис 27 2 Стык растянутого элемента
268
ме того, сделать проверку по прочности
прикрепляющих элементов (болтов, за-
клепок, сварных швов). В случае при-
крепления элементов болтами или за-
клепками, число которых равно n, FH =
n/[i. Значения р определяют, как в п.
27 2.
В сложных прикреплениях и стыках
при определении геометрической харак-
теристики необходимо внимательно про-
анализировать все возможные случаи
разрушения с записью геометрических
характеристик для каждого вида раз-
рушения В качестве примера рассмотрим
стык растянутого элемента (рис. 27.2)
В этом стыке накладками перекрывают
только вертикальные листы, имеющие
разрыв, а уголки без разрыва Предста-
вим характер разрушения этого стыка при
действии растягивающего усилия и за-
пишем геометрические характеристики
разрушающихся составных частей эле-
мента и соединения при возможных ви-
дах разрушения:
разрыв уголков и накладок: FHd -
~ ^нт.у /ЧТ.Н,
разрыв уголков и вертикальных лис-
тов: F нб — FHT,y +^нтл,
разрыв уголков и срез (смятие) п
заклепок в прикреплении накладок:
и
За расчетное принимают меньшее зна-
чение Fn.
При расчетах на выносливость за пре-
дельное состояние принимают начало
развития видимой усталостной трещины,
которая в элементах главных ферм мо-
жет проявиться в основном металле эле-
ментов или накладок. Заклепки и болты
в соединениях, работающих на сдвиг,
имеют усталостную прочность значи-
тельно выше, чем у прикрепляемых эле-
ментов. Поэтому в качестве геометриче-
ской характеристики при расчетах на
выносливость принимают площадь по-
перечного сечения нетто в наиболее сла-
бом сечении (FH = FHr). В сложных сты-
ках и прикреплениях при проверке на
выносливость накладок или составных
частей элементов в геометрическую ха-
рактеристику, кроме площадей сече-
ний проверяемых элементов, могут вхо-
дить и приведенные площади болтов или
заклепок, например, для уголков, если
Fнв < Fнб; Fнв < FBA9 to Fh FnB
При расчете на устойчивость сжатых
элементов в качестве геометрической ха-
рактеристики принимают площадь по-
перечного сечения брутто. Коэффициент
Ф для элементов главных ферм опреде-
ляют так же, как при проектировании ме-
таллических пролетных строений.
При классификации двухпутных про-
летных строений имеются некоторые осо-
бенности. Допускаемые временные вер-
тикальные равномерно распределенные
нагрузки на элементы главных ферм
двухпутных пролетных строений с двумя
фермами определяют по тем же форму-
лам, что и для однопутных. Рассматри-
вают два случая: 1) разрешается одно-
временное нахождение поездов на обо-
их путях; 2) возможно нахождение по-
езда только на одном пути. Расчет в пер-
вом случае ведут при загружении вре-
менной нагрузкой обоих путей с введе-
нием коэффициентов сочетания к нагруз-
ке ц0. При этом для нагрузки, располо-
женной на первом пути, ближнем к
рассматриваемой ферме, работающей в
более неблагоприятных условиях, при-
нимают ц01 = 1. Для нагрузки, распо-
ложенной на втором пути, коэффициент
ц0 принимают в зависимости от длины за-
гружения: при X < 15 м т|02 = 1 при-
Л > 25 м ц02 — 0,7; промежуточные зна-
чения ц02 принимают по интерполяции.
Доля временной нагрузки, приходящая-
ся на элементы рассматриваемой фермы,
= [Сп4~ (1 (27.15)
где В — расстояние между осями главных
ферм; сп — расстояние между осями путей на
пролетном строении: е2 — расстояние от оси
второго пути до оси ближайшей к нему глав-
ной фермы.
Во втором случае значение опреде-
ляют по формуле (27.15) при i)02 = 0.
27.4. Классификация подвижных
нагрузок и оценка возможности
их пропуска по мосту
Класс нагрузки Ко определяют по фор-
муле (27.3). Значение эквивалентной на-
грузки от классифицируемой нагрузки
Рис. 27.3. Схемы для определения класса на-
грузки Ко
ВЫЧИСЛЯЮТ по линиям влияния. С этой
целью рассматриваемую нагрузку распо-
лагают на линии влияния так, чтобы по-
лучить максимальный силовой фактор.
Если классифицируемая нагрузка пред-
ставлена в виде сосредоточенных гру-
зов, то ее располагают так, чтобы один из
грузов находился над вершиной линии
влияния. Устанавливая последовательно
один из грузов над вершиной линии влия-
ния, находят невыгоднейшее положе-
ние нагрузки. При этом груз, находящий-
ся над вершиной линии влияния, назы-
вается критическим. Для треугольных
линий влияния с вершиной на конце
(а = 0) невыгоднейшее положение на-
грузки определяют по формуле
.+Pf+...+Pn), (27.16)
где Pi — первый груз, поставленный над
вершиной линии влияния (рис. 27.3, а)\
к — длина линии влияния; Р2, Р^
..., Рп — остальные грузы, расположенные
над линией влияния; b — расстояние между
первым и вторым грузами.
При невыполнении условия (27.16) в
рассматриваемом положении грузов их
необходимо переместить влево так, что-
бы над вершиной линии влияния встал
следующий груз, и повторить проверку
выполнения неравенства (27.16).
Для линий влияния с вершиной,
расположенной между ее концами
(рис. 27.3, б), невыгоднейшее положение
грузов определяют по двум неравенствам:
#лев<“^“ 2Р и 7?лев + РКр ,
где Ялев — сумма грузов, расположенных
на линии влияния левее критического; SP —
сумма всех грузов, расположенных на линии
влияния; РКр — критический груз.
Эквивалентную нагрузку £0, соответст-
вующую невыгоднейшему положению
269
грузов от рассматриваемого подвижного
состава, определяют по формуле
k°~ й ’
где Pi — нагрузка на i-ю ось подвижного
состава; уг —- ордината линии влияния под
Pf, й — площадь загружаемой линии влия-
ния.
Значение kQ зависит от длины линии
влияния и положения наибольшей ее
ординаты. Подвижную нагрузку, обра-
щающуюся по железным дорогам, клас-
сифицируют заранее, определяя k0 и
классы Ко при различных X и а. Для про-
межуточных значений X и ос эквивалент-
ные нагрузки определяют по интерполя-
ции. Результаты классификации нагру-
зок представляют в виде таблиц и графи-
ков (рис. 27.4).
Классы подвижных нагрузок в нор-
мативных документах обычно дают при
движении поездов без ограничения ско-
рости, при максимальном динамическом
воздействии. При этом динамический
коэффициент, подставляемый в формулу
(27.3), принимают равным для поездов
с электрической, тепловозной тягой и от-
дельно для вагонов 1 4- р0 = 1 4- ---рр
а для поездов с паровозной тягой, I +
1 __ 1 । 27
+ Цо 1 + 304-х-
Подробные сведения о классификации
поездных нагрузок приведены в «Руко-
водстве по определению грузоподъем-
ности металлических пролетных строе-
ний железнодорожных мостов».
Рис. 27.4. Графики классификации поездов,
состоящих из двух электровозов и четырехос-
ных вагонов (1, Г); восьмиосных вагонов
(2, 2')
270
Имея данные о воздействии нагрузки
на мост (классы нагрузки) и о грузоподъ-
емности ее элементов (классы элементов
по грузоподъемности), можно быстро ре-
шить следующие задачи: возможность
пропуска конкретной нагрузки по мосту;
оценка резервов по грузоподъемности от-
дельных элементов моста и моста в целом
на рост нагрузок в перспективе; выявле-
ние элементов моста, которые необходи-
мо усилить для повышения его грузоподъ-
емности, и др. Эти вопросы решают на
основании сравнения классов нагрузки
Ко с классами элементов моста К. Пред-
положим, что наименьшую грузоподъем-
ность в* системе моста имеют металличе-
ские пролетные строения. Если класс
пролетного строения больше класса рас-
сматриваемой поездной нагрузки, то ее
можно безопасно пропускать по мосту.
В тех случаях, когда класс пролетного
строения по прочности или устойчивос-
ти больше класса нагрузки, а по выносли-
вости меньше, то пропуск такой нагруз-
ки возможен без ограничения скорости.
Но в этом случае необходимо обратить
особое внимание на слабые по выносли-
вости элементы: оценить их остаточный
усталостный ресурс, принять меры по
повышению их выносливости, а до их ис-
полнения установить наблюдение с целью
своевременного предупреждения опас-
ных последствий при проявлении и раз-
витии усталостных трещин.
Если класс пролетного строения по
прочности или устойчивости меньше клас-
са' нагрузки, то необходимо выявить, ка-
кие элементы имеют недостаточный класс,
и сравнить их классы с классами нагруз-
ки, определенными для тех же характе-
ристик линий влияния, при которых ус-
тановлены минимальные классы элемен-
тов.
Если класс нагрузки, соответствую-
щий наиболее слабому элементу, окажет-
ся больше класса по прочности или ус-
тойчивости, то эту нагрузку пропускать
по мосту нельзя. В таких случаях до уси-
ления слабых элементов или замены про-
летного строения при определенных ус-
ловиях возможен пропуск нагрузок с ог-
раничением скорости движения. При оп-
ределении класса нагрузки без ограниче-
ния скорости движения предполагает-
ся максимальное динамическое воздей-
ствие ее на мост, которое учитывают в
формуле (27.3) динамическим коэффици-
ентом 1 + ро- Динамическое воздействие
нагрузки на элементы пролетного строе-
ния зависит от скорости движения. При
скорости движения, близкой к нулю, ди-
намический коэффициент также будет
приближаться к единице. Класс нагрузки
в этом случае будет минимальным. Его
определяют по формуле
К К°
(1 + Цн) 1
Таким образом, если Кос < К < Ко,
то нагрузку можно пропустить по мосту
с ограничением скорости.
Ограничение скорости должно быть
таким, чтобы связанное с ним снижение
динамической добавки р0 оказалось до-
статочным для обеспечения пропуска на-
грузки, т. е.
^0 (1 ~[~ Но ц)
^н(1+цн)
(27.17)
где и — коэффициент уменьшения дина-
мической добавки
При паровозной тяге динамическое воз-
действие на мост зависит главным обра-
зом от влияния неуравновешенных масс
паровоза (противовесы на колесах, кри-
вошипы, дышла). Наибольшее значение
динамического коэффициента достига-
ется при критической скорости движения,
когда период собственных колебаний
пролетного строения (элемента) равен
периоду изменения силы, вызывающей
колебания, т. е. периоду оборота колеса
паровоза. Как показали исследования,
период собственных колебаний мало за-
висит от расчетных норм, по которым
проектировали металлические пролет-
ные строения. Это позволило построить
единые графики определения критиче-
ских скоростей поездов с паровозной тя-
гой в зависимости от длины пролета I
(рис. 27.5, а). Коэффициент и зависит от
отношения v/v^ (рис. 27.5, б). Зная и,
находят п/пкр, а по графикам на рис. 27.5,
а — и затем допустимую скорость v.
Чтобы упростить определение допус-
тимой скорости движения, в норматив-
ных документах приводят графики в
координатных осях К/Кос — X (рис. 27.6)
Имея отношение К/Кос и 1 и используя эти
Рис. 27.5 Графики критических скоростей по-
ездов с паровозной тягой (а) и зависимость и
ОТ v/uKp (б)
Рис. 27.6. Графики для определения допускае-
мой скорости v
графики, можно быстро определить до-
пускаемую скорость движения поездов v.
Снижение динамической добавки мож-
но достигнуть также, если увеличить ско-
рость выше критической. Однако этот
способ снижения класса нагрузки для
пропуска ее по мостам с низкой грузо-
271
подъемностью связан с определенным рис-
ком. Риск состоит в том, что при увели-
чении скорости повышается вероятность
таких явлений, как сход поезда с рель-
сов, увеличение степени повреждения
элементов в случае удара негабаритным
грузом, которые при «слабом» пролетном
строении могут привести к серьезным
последствиям. Поэтому согласно Руко-
водству для снижения динамической до-
бавки разрешается только уменьшение
скорости движения по сравнению с кри-
тической.
При тепловозной и электрической тяге
основными факторами динамического воз-
действия нагрузки являются неровности
пути, колебания кузовов локомотивов и
вагонов и др. По данным исследований,
динамическое воздействие нагрузки с
электрической и тепловозной тягой воз-
растает почти линейно с увеличением ско-
рости движения до 60—70 км/ч. На ос-
новании этих исследований коэффициент
уменьшения динамической добавки для
поездов с тепловозной и электрической
тягой при ограничении скорости опреде-
ляют по формуле
12718>
где v — допускаемая скорость, км/ч.
Используя формулы (27.3), (27.17) и
(27.18), можно получить
Значение v, при котором удовлетворя-
ется равенство в выражении (27.19), бу-
дет соответствовать максимально допус-
тимой скорости.
По грузоподъемности все эксплуати-
руемые мосты разделены на пять кате-
горий. К категории I относятся исправ-
ные мосты, рассчитанные под нагрузки
Н8 и С14. Эти мосты обладают значи-
тельным запасом грузоподъемности. Мос-
ты категорий II и III обеспечивают про-
пуск всех обращающихся в настоящее
время нагрузок, включая транспортеры.
К категории IV относятся мосты, по ко-
торым пропуск поездов с погонной на-
грузкой вагонов на путь 72 кН/м и ло-
комотивами с нагрузкой на ось 230 кН,
включая паровозы серий Э, Л, СО, воз-
можен без ограничения скорости. Мос-
272
ты категории V имеют недостаточную
грузоподъемность для пропуска совре-
менных нагрузок без ограничений.
27.5. Общие сведения об оценке
грузоподъемности железобетонных
пролетных строений
Основные принципы оценки грузо-
подъемности железобетонных пролетных
строений методом классификации анало-
гичны принципам классификации по гру-
зоподъемности металлических пролет-
ных строений. Первое. Руководство по
определению грузоподъемности железо-
бетонных пролетных строений было изда-
но в 1974 г. В новом Руководстве по оп-
ределению грузоподъемности железобетон-
ных пролетных строений железнодорож-
ных мостов имеются существенные отли-
чия от Руководства 1974 г. по термино-
логии, различным коэффициентам, на-
грузкам и др. В последнем Руководстве
достигнута большая унификация основ-
ных понятий, терминов и обозначений с
Руководством по определению грузоподъ-
емности металлических пролетных строе-
ний железнодорожных мостов 1987 г.
Оценку грузоподъемности железобетон-
ных пролетных строений, как и метал-
лических, выполняют по методу предель-
ных состояний.
Возможность и условия пропуска по-
ездов по железобетонным мостам, как и
по металлическим, устанавливают путем
сопоставления классов их элементов по
гр узоподъемности с соответствующими
классами подвижных нагрузок.
По грузоподъемности в первую оче-
редь классифицируют балочные разрез-
ные железобетонные пролетные строе-
ния: а) имеющие неизвестную грузо-
подъемность, находящиеся на железно-
дорожных линиях, где намечается ввод в
эксплуатацию новых более тяжелых вре-
менных нагрузок; б) с повреждениями,
влияющими на грузоподъемность (кор-
розия рабочей арматуры растянутой зо-
ны главных балок или плит; наклонные
трещины в приопорных участках глав-
ных балок, поперечные трещины, захо-
дящие в сжатую зону бетона; трещины,
отделяющие плиту от стенки); в) с попе-
речными трещинами раскрытием более
0,3 мм.
Перерасчет эксплуатируемых железо-
бегонных пролетных строений выполня-
ют в основном двумя способами: 1) по
опалубочным и арматурным чертежам
при их наличии (способ 1); 2) путем со-
поставления расчетных норм проекти-
рования пролетного строения с норма-
ми Руководства (способ 2).
Во всех случаях классификация про-
летного строения должна осуществ-
ляться после его контрольных промеров и
оценки физического состояния при обсле-
довании. При наличии в пролетном строе-
нии повреждений перерасчет его должен
быть выполнен с учетом их влияния.
Определение грузоподъемности пролет-
ных строений выполняют по прочности,
выносливости и на раскрытие трещин.
Кроме того, в отдельных случаях произ-
водят классификацию по трещиностой-
кости.
Классы пролетного строения по проч-
ности определяют: 1) для плиты балласт-
ного корыта — по изгибающему момен-
ту в сечениях консолей и монолитной час-
ти между балками и по поперечной силе в
опорных сечениях; 2) для главной балки
— по изгибающему моменту в середине
пролета, а также в сечениях, которые мо-
гут оказаться недостаточными по несу-
щей способности, и по поперечной силе.
Классы пролетного строения по вы-
носливости вычисляют для плиты бал-
ластного корыта и главной балки по из-
гибающему моменту в тех же сечениях,
что и при расчете на прочность.
Класс элемента пролетного строения
вычисляют как частное от деления до-
пускаемой временной вертикальной рав-
номерно распределенной нагрузки для
данного элемента и случая расчет (по
прочности, выносливости и раскрытию
трещин) на эквивалентную нагрузку для
эталонного поезда kn с соответствующим
динамическим коэффициентом.
Согласно Руководству формула для
определения класса пролетного строения
имеет вид
где k — допускаемая временная нагрузка
для элемента по данному виду расчета, кН/м
пути; kR — нормативная эквивалентная на-
грузка для эталонного поезда по схеме Н1,
кН/м пути; 1 + р — динамический коэффи-
циент для эталонного поезда При расчете
15
главной балки 1 4- р — 1 ~r 2q~~i 9 а плйты
балластного корыта — 1 + р ~ 1,5;
I — расчетный пролет.
Класс нагрузки (поезда) определяют
по формуле, аналогичной формуле (27.3),
k0 (1 + ро)
° *hU + p) ’
где — нормативная эквивалентная на-
грузка от рассматриваемого поезда, кН/м
пути; 1 + Ро — динамический коэффициент
для рассматриваемого поезда.
Значения 1 + принимают различ-
ными при расчете главной балки и пли-
ты балластного корыта. При расчете глав-
ной балки на прочность (определении
класса нагрузки при воздействии на
главную балку) для всех поездных на-
грузок
15
1 + g0~ ’+ 20+/ ’
где / — расчетный пролет.
Для консольных кранов в рабочем
положении 1 + ро М-
В расчетах пролетных строений на
выносливость, раскрытие и образование
трещин при изгибе стенки в поперечной
плоскости динамический коэффициент
1 -и Но уменьшается. Это снижение, а
также зависимость динамического воз-
действия нагрузки от толщины балласт-
ного слоя под шпалами учитывается ко-
эффициентом 0, который принимают сог-
ласно Руководству, и вводят в формулы
для определения допускаемой времен-
ной нагрузки k.
Динамический коэффициент для эта-
лонного поезда принимают при расчете:
главной балки
'+*-, + W' 127 2"
плиты балластного корыта 1 t- р ~
- 1,5.
Постоянную нагрузку от веса балласта
с частями верхнего строения пути опре-
деляют по фактическим размерам бал-
ластной призмы. Если эти размеры мень-
ше типовых, то постоянную нагрузку от-
веса балласта принимают по типовым раз-
мерам балластной призмы. Коэффициент
273
надежности по постоянной нагрузке от
веса балласта с частями верхнего строе-
ния пути tip = 1,2. Для остальных по-
стоянных нагрузок коэффициент надеж-
ности пр = 1,1.
Постоянную нагрузку от собственного
веса элементов пролетного строения оп-
ределяют по их фактическим размерам.
Постоянную нагрузку принимают рав-
номерно распределенной по длине про-
лета.
Нормативную эквивалентную нагруз-
ку от подвижного состава kQ для опреде-
ленного типа поезда при расчете главных
балок принимают по Указаниям *. При
расчете плиты балластного корыта k() оп-
ределяют по формуле: k0 = P/ck, где
Р — максимальное давление на ось
классифицир уемого подвижного состава;
ск — длина распределения временной на-
грузки вдоль оси моста, зависящая от
расстояния между осями подвижного со-
става и толщины слоя балласта под шпа-
лой.
Значения эквивалентных нагрузок для
расчета плиты балластного корыта при-
ведены в Руководстве.
Коэффициент надежности по времен-
ной нагрузке принимают nk 1,15 не-
зависимо от длины загружения.
Расчетные сопротивления бетона при
определении грузоподъемности прини-
мают в зависимости от вида сопротивле-
ния и фактической прочности бетона,
определяемой при обследовании пролет-
ного строения. Значения расчетных со-
противлений бетона и арматуры приведе-
ны в Руководстве.
27.6. Определение грузоподъемности
плиты балластного корыта
Грузоподъемность плиты балластного
корыта по ее прочности по способу I оп-
ределяют при наличии данных о ее арми-
ровании. Грузоподъемность оценивает-
ся расчетами’наиболее нагруженных се-
чений плиты на воздействие изгибающих
моментов и поперечных сил. В качестве
таких характерных сечений принимают
места примыкания внешней консоли
1 Указания по определению условий про-
пуска поездов по железнодорожным мостам.
М.: Транспорт, 1983 264 с.
274
(В — В) и среднего участка плиты (Б —
Б) к главной балке и среднее сечение
плиты (А — Л) между главными балка-
ми (рис. 27.7), а также сечения, где име-
ются отгибы или обрывы стержней рабо-
чей арматуры, резкие изменения геомет-
рических размеров и повреждения, вли-
яющие на грузоподъемность. Расчет ве-
дут по нормальным напряжениям от из-
гиба, а в сечениях с повреждениями —
дополнительно и по касательным напря-
жениям в бетоне от действия поперечных
сил.
Допускаемую временную равномерно
распределенную нагрузку по данному
виду расчета определяют из условия ра-
венства усилия от внешних воздействий
соответствующему предельному усилию,
которое может выдержать плита, соста-
вив предварительно уравнение прочнос-
ти.
Для определения допускаемой вре-
менной нагрузки по прочности внешней
консоли по сечению, расположенному на
расстоянии z от внешней грани стенки
(см. рис. 27.7), формула имеет вид:
_ 2(М-МР) /0
b (Д — 2)2 ’
где М — предельный изгибающий момент,
Мр — изгибающий момент от постоянной на-
грузки; — коэффициент, учитывающий не-
равномерное распределение давления на пли-
ту» nk ~ 1,15 — коэффициент надежности по
временной нагрузке, 0 — коэффициент
уменьшения динамического воздействия; b —
расчетная ширина плиты, равная 1м; /0 —
.длина распределения временной нагрузки
поперек оси моста.
Коэффициент уменьшения динамиче-
ского воздействия при расчете на проч-
/ность
е=_- -1+^ ,
н-и
где 1 + р — динамический коэффициент
для эталонного поезда; 1 + р/г — расчетный
динамический коэффициент, принимаемый в
зависимости от толщины слоя балласта под
шпалой hb. При расчете плиты балластного
корыта при hb 0,60 м 1 + р/г 1,5; при
hb 1,00 м 1 + рд = 1,25. Для промежуточ-
ных значений hb расчетный динамический ко-
эффициент определяют по интерполяции.
Длину распределения временной на-
грузки поперек оси моста принимают
при расположении пролетного строения
(см. рис 27 7) на прямой: Zo lA Р 2/гь;
на кривой — l0 — ls + h'b + h"b, но не
более ширины балластного корыта Ь().
Здесь hb — толщина балласта под шпа-
лой; ls — длина шпалы. Значение А при
расположении пролетного строения на
кривой для левой консоли А
= 0,5 (Zs — В) 4 е + h'b, для правой—
А = 0,5 (ls — В) — с-4- h"b. При рас-
положении пролетного строения на
прямой в формулы определения А
вместо hb, hi подставляют hb. Если
Л > ZB, то принимают А ~ /в.
Предельный изгиоающий момент М,
который может выдержать по прочности
плита в рассматриваемом сечении, опре-
деляют по формуле;
М = Rb bx0 (Ло—0,5х0) + Rs А' х
(27.22)
где Rb — расчетное сопротивление бетона
сжатию, b — расчетная ширина плиты, рав-
ная 1 м, х0 — высота сжатой зоны бетона;
Ло == h — as — рабочая высота сечения; Rs—
расчетное сопротивление ненапрягаемой ар-
матуры, As — площадь сечения сжатой ар-
матуры, as — расстояние от центра тяжести
растянутой арматуры до ближайшей грани
сечения; h — полная высота сечения плиты,
a's — расстояние от центра тяжести сжатой ар-
матуры до ближайшей грани сечения.
Высоту сжатой зоны бетона определя-
ют по формуле
127.23)
Х°“ bRb
где As — площадь сечения растянутой ар-
матуры.
При > 0,7 h0 принимают х0 = 0,7 X
Хй0- В формулах (27.22) и (27.23) площадь
сечения арматуры A's учитывают пол-
ностью, если > a's, а х2 > 2 a’s, где
хг — высота сжатой зоны бетона, опре-
деляемая без учета сжатой арматуры Ли
х2 — то же, но с учетом A’s.
Если > ds, а х2 < 2 то Ars ум-
ножают на коэффициент:
—х2
В данном случае значение этого коэф-
фициента должно находиться в пределах
0 < £ < 1. Если £ С 0, то предельный
изгибающий момент:
Рис. 27.7. Поперечное сечение пролетного стро-
ения
Изгибающий момент от постоянных на-
грузок для внешней консоли плиты бал-
ластного корыта
+ РТ От— 00 (0,57т—z-rO>5ZK)+O>5ppX
X ((к ~ z)2l + 0 > Зя? pb (lb—г)2,
где пр, tip — коэффициенты надежности
по постоянным нагрузкам; Ро — вес 1 м пе-
рил; Рг — вес 1 м борта балластного корыта;
Рт — вес 1 м тротуаров; рр, рь — интенсив-
ность нагрузки от веса плиты и веса балласта
с элементами пути; /к — длина внешней кон-
соли; /т — полная длина внешней консоли
(с учетом тротуара).
Определение грузоподъемности по спо-
собу 2 основано на сопоставлении расчет-
ных норм, по которым проектировали
пролетное строение, и норм Руководст-
ва. Для оценки грузоподъемности необ-
ходимо иметь сведения о расчетной вре-
менной нагрузке и нормах, по которым
запроектировано пролетное строение; о
марках арматурной стали; о фактической
прочности бетона и данных о состоянии
пролетного строения (наличие дефектов,
повреждений и их характеристики).
Плиту балластного корыта рассчитыва-
ют по сечениям в местах заделки консо-
лей плиты, а для монолитного участка
плиты — в местах заделки и середине
пролета между внутренними стенками
балок.
275
Допускаемая временная нагрузка при
расчете по прочности для внешней кон-
соли плиты балластного корыта
* = пп°’\л2 (Р[О.875КИ(1+|Ц)Х
оД2
X (0,5/;+ль-0,5В)*+Р1 /2+2Р; zTj-
— 2МР), (27.24)
где Кн ~ класс нагрузки, на которую рас-
считывалось пролетное строение в единицах
эталонной нагрузки по схеме HI; 1 + щ —
динамический коэффициент по нормам, по ко-
торым рассчитывали пролетное строение; рг —
интенсивность постоянной нагрузки на 1 м
расчетного пролета плиты (шириной 1 м),
принятой при проектировании пролетного
строения; P'Q — вес 1 м перил, принятый при
проектировании пролетного строения; hb—
толщина балластного слоя под шпалами, при-
нятая при проектировании пролетного строе-
ния (при отсутствии данных принимают hb =
= 0,35 м); Is — длина шпалы, принятая при
проектировании; р — коэффициент, опреде-
ляемый по формуле
где /^ — расчетное сопротивление ненапря-
гаемой арматуры, Ra — допускаемое напря-
жение для арматуры по нормам, по которым
проектировали пролетное строение; j — отно-
сительное изменение площади сечения арма-
туры в связи с ее коррозией и выключением из
работы, определяемое по формуле
nfa— У, —
здесь п — число стержней рабочей арма-
туры в рассматриваемом сечении; пх — число
стержней, поврежденных коррозией; н2 —
число стержней, выключенных из работы;
fa — площадь стержня, не поврежденного кор-
розией, fi — площадь ослабления сечения i-
го стержня коррозией.
Остальные обозначения даны в п. 276 и на
рис. 27.7.
27.7. Определение грузоподъемности
главной балки
Расчет главной балки по прочности вы-
полняют для середины пролета и дру-
гих сечений, которые могут ограничи-
вать ее несущую способность. При рас-
чете простой главной балки с ненапря-
гаемой арматурой по способу 1 допуска-
емую временную нагрузку по прочности
276
сечения, расположенного на расстоянии
х от ближайшей опоры, определяют по
формуле
k _ М—Мр
где М — предельный изгибающий момент
в рассматриваемом сечении; Мр — изгибаю-
щий момент от постоянной нагрузки, 0 —
коэффициент уменьшения динамического воз-
действия; пх — коэффициент надежности по
временной нагрузке, равный 1,15; ем—доля
временной нагрузки, приходящейся на балку,
Q — площадь линии влияния изгибающего
момента в рассматриваемом сечении
Изгибающий момент от постоянной на-
грузки разрешается определять, считая
постоянную нагрузку равномерно рас-
пределенной по длине пролетного строе-
ния. В этом случае
МР=(Пр Pb + Пр Рр)Й,
где пр, Пр — коэффициенты надежности
по постоянным нагрузкам, рь, рр — интен-
сивность постоянной нагрузки на одну балку
от веса балласта с элементами пути и веса про-
летного строения с обустройствами; Q — пло-
щадь линии влияния изгибающего момента.
При определении предельного изгиба-
ющего момента в расчетное сечение глав-
ной балки включают плиту балластного
корыта, находящуюся частично или пол-
ностью в сжатой зоне. Для балок, име-
ющих тавровое, двутавровое и подобное
им сечение, наружная консольная часть
плиты не должна превышать 6 fty, считая
от грани стенки, а при уклоне вута 1:3 и
более — от конца вута (рис. 27.8). Со
стороны соседней балки длина консоли,
вводимая в расчет, не должна превышать
половины расстояния между внутренними
гранями стенок. Приведенную по площади
толщину сжатого пояса hf определяюг как
частное от деления площади плиты с уче-
том вутов и стенки в пределах высоты
вутов на ширину плиты (борта плиты
в расчетное сечение не включаются).
Высота сжатой зоны бетона
Rs ^8 Ps As Pb (Р J hf
, (27 25)
bRb
где /?s — расчетное сопротивление арма-
туры; — площадь сечения растянутой ар-
матуры; As — площадь сечения сжатой ар-
матуры; Rb — расчетное сопротивление бето-
на сжатию; b —- толщина стенки. Остальные
обозначения даны на рис. 27 8.
Если полученная по формуле (27.25)
х0 > 0,7 /г0, то в дальнейших расчетах
принимают х0 0,7 h0.
Предельный изгибающий момент в
рассматриваемом сечении главной балки
при х0 > hf:
M = Rt> bx (h0 —0,5xo)4-Rbhf (b/—b)x
Х(Л0— 0,5hf) + RsA' 0o_a'j
При x0 < hf предельный изгибающий
момент определяют, как для прямоуголь-
ного .сечения, по формулам (27.22) и
(27.23) с заменой в них b на Ьг
При расчете по способу 2 допускае-
мая временная нагрузка по прочности
для расчетного сечения главной балки
t 0,85 Г k„
k~ Кн(1 + ^)+
+ Рр1— ПрРр—п’р pbj,
где 0 — коэффициент, учитывающий за-
висимость динамического воздействия на-
грузки от толщины балластного слоя; ик —
коэффициент надежности по временной на-
грузке, 8М — доля временной нагрузки, при-
ходящейся на рассматриваемую балку; kn —
нормативная эквивалентная нагрузка от
эталонного поезда по схеме Н1, т — число
балок, воспринимающих нагрузку с одного
пути; Кн — класс нагрузки, на которую рас-
считывалось пролетное строение, в единицах
эталонной нагрузки по схеме Hl, 1 + —
динамический коэффициент, принимаемый по
нормам, по которым рассчитывалось пролет-
ное строение; pt — интенсивность постоян-
ной нагрузки на балку, принятая при проек-
тировании пролетного строения, = рр+
+ Ръ> Рр> Ръ — интенсивнность постоянной
нагрузки соответственно главной балки и бал-
ласта с элементами пути и обустройства, пр,
пР ~ коэффициенты надежности по постоян-
но й^ Н) а грузке, 0 —- коэффициент (см. формулу
Долю временной нагрузки, приходя-
щуюся на главную балку, определяют
в зависимости от конструкции пролет-
ного строения, расположения его в пла-
не пути и от силового фактора , по кото-
рому рассчитывают.
Для монолитных пролетных строений
с двумя балками под один путь, располо-
женных на прямом участке пути, при
расчете по изгибающему моменту
g =0 5 А1(е1 + ег) J A (gi-gg)
Рис. 27 8 Расчетная схема сечения балки
Рис 27 9 Схема расположения балок в плане
при расчете по перерезывающей силе
п , , ^1(«1+«2) ^(е,—g2)
8q — U, О -f "Г -----------,
где с — расстояние между осями главных
балок, — смещение оси пути относительно
оси пролетного строения над левым опорным
сечением, е2 — то же над правым; ег и е2 име-
ют положительное значение при смещении
оси пути в сторону балки 1, и отрицательное—
в сторону балки 2 (см. рис. 27.9); =
— 0,3, Bt = 0,6 — для первой балки; =
— — 0,1, Bt ~ — 0,3— для второй балки
Значения Л2 и В2 принимают в зависи-
мости от положения расчетного попереч-
ного сечения балки х (рис. 27.9).
При х 0,25 / для балки 1 Д2 — 0,1,
а для балки 2 — А2 = — 0,05; при х =
= 0,5/ А 2 = 0 для обеих балок и при
х = 0,75 / соответственно А2 ~ 0,05 и
А2 - -0,1.
Значение В2 для левого конца балки 1
равно 0,15, а для правого—(0,05); для
левого конца балки 2 — (— 0,05), а для
правого * - 0,15
277
Глава 28
РЕМОНТ И УСИЛЕНИЕ МОСТОВ
И ТРУБ
28.1- Ремонт металлических пролетных
строений
Ремонт 'элементов металли-
ческих пролетных строений, про-
водимый в порядке текущего содержа-
ния, весьма разнообразен. Он включает
ремонт элементов, получивших механи-
ческие повреждения в процессе эксплуа-
тации; перекрытие трещин в элементах;
замену слабых заклепок и болтов; пере-
крытие участков элементов, сильно по-
раженных коррозией; частичную окрас-
ку участков конструкции с поврежден-
ным окрасочным покрытием.
Механические поврежде-
ния, возникающие в результате уда-
ров негабаритными грузами, обычно ха-
рактеризуются местными и общими де-
формациями (искривлениями) элементов
с сильными вмятинами, на кромках ко-
торых нередко образуются трещины
Изогнутые элементы выправляют при
помощи домкратов или других приспособ-
лений как в холодном, так и в подогретом
состоянии. Выполняя эги операции, необ-
ходимо учитывать, что при холодной
правке в металле протекают пластиче-
ские деформации, которые изменяют его
механические характеристики. При зна-
чительных деформациях и низкой пла-
стичности стали могут возникнуть тре-
щины. Подогрев металла при определен-
ных температурах и режимах охлажде-
ния может вызвать неблагоприятные
структурные изменения в стали. Нагрев
металла (литое железо, сталь марок СтЗ и
М16С) производят до температуры 750—
850 °C (красный, красно-вишневый
цвета). Охлаждать подогретый металл
необходимо постепенно. Правку элемен-
тов поручают опытным специалистам.
Кромки вмятины в месте удара необ-
ходимо тщательно обработать: с помощью
газовой резки или наждачным кругом
удалить металл, в котором образовались
трещины Кромки элемента после обра-
ботки должны иметь плавное очертание
с радиусами закругления не менее 20 мм,
поверхность — чистой. Если элемент по-
278
еле этой обработки получил недопусти-
мое ослабление еёчения, эту зону необ-
ходимо перекрыть накладками на высоко-
прочных болтах. При невозможности от-
ремонтировать элемент описанным спо-
собом его заменяют новым (полно-
стью или частично) или усиляют путем
увеличения сечения, а сжатого — и пу-
тем уменьшения свободной длины.
Поврежденные элементы заменяют по
частям или целиком с применением при-
способлений , воспринимающих . усилие,
приходящееся на заменяемый элемент.
При этом можно осуществлять регули-
рование усилий.
Особенно опасны искривления сжатых
элементов. При стреле искривления более
1/7 радиуса инерции (в плоскости ис-
кривления) несущую способность элемен-
та проверяют расчетом и при необходи-
мости усиляют. В случае сильного де-
формирования сжатого элемента до его
основного ремонта следует немедленно
принять неотложные меры по его вре-
менному усилению. Его можно выпол-
нить деревянными брусьями (бревнами),
рельсами, уложенными на искривлен-
ный элемент, и надежно прикреплен-
ными к нему хомутами.
Трещины в элементе перет
крывают, как правило, накладками на
высокопрочных болтах (рис. 28.1), а у
концов трещин предварительно просвер-
ливают сквозные отверстия диаметром
15—20 мм с целью снижения концентра-
ции напряжений/ являющейся причиной
дальнейшего развития трещины. Однако,
как показывает опыт эксплуатации мос-
тов, эти отверстия не всегда обеспечива-
ют прекращение развития трещин. По-
этому накладками следует перекрывать не
только часть сечения элемента, поражен-
ного трещиной, но и не поврежденную: в
сварном элементе полное сечение
(рис. 28.1, а), а в составном клепаном —
сечение того листа или уголка, в котором
имеется трещина (рис. 28.1, б).
Заварка трещин допускается только
.по специально разработанным проектам,
утвержденным Главным управлением пу-
ти МПС. Перед заваркой кромки трещин
разделывают под углом 60—80°. Для за-
варки трещин применяют полуавтомати-
ческую сварку под слоем флюса или руч-
ную электродами с высококачественной
a) 1 S)
z
Рис 28.1. Схема перекрытия трещин накладками на высокопрочных болтах
а — в сварных элементах; б — в клепаных,
1 — трещина; 2 — накладки
обмазкой. Работу следует получать дип-
ломированным сварщикам с установле-
нием тщательного контроля за качеством
сварного шва.
Замена слабых (дефект-
н ы х) заклепок в заклепочных соедине-
ниях, а также замена и подтяжка бол-
тов в болтовых составляют значитель-
ный объем ремонтных работ. Вместо де-
фектных заклепок, как правило, ставят
высокопрочные болты. Частичная заме-
на дефектных заклепок высокопрочными
болтами создает клепано-болтовое (сме-
шанное) соединение. Исследования ра-
боты таких соединений показывают, что
они по своей прочности и долговечности
не уступают клепаным. В них хорошо
обеспечивается совместная работа бол-
тов и заклепок. Располагая высокопроч-
ные болты в крайних наиболее напряжен-
ных рядах, можно значительно повысить
сопротивляемость смешанных соединений
износу (расстройству) и, их усталостную
прочность. При замене заклепок без про-
верки расчетом не следует допускать
одновременного удаления более 10 % об-
щего их числа в соединении. Во избежание
расшатывания соседних заклепок и плас-
тических деформаций металла около закле-
почных отверстий при удалении дефект-
ных заклепок их головки срезают газовым
резаком или срубают зубилом, предвари-
тельно просверлив в них отверстия диа-
метром на 4—6 мм меньше диаметра
стержня.
Высокопрочные болты затягивают в
два этапа: сначала обычным гаечным
ключом или механическим гайковертом
закручивают до отказа, а затем дотяги-
вают до расчетного усилия при помощи
ключей, имеющих устройство для контро-
ля создаваемого напряжения.
Окраска металлических
элементов является основным спо-
собом защиты их от коррозии. Защитное
покрытие состоит из слоя грунтовки, на-
носимой на очищенную поверхность эле-
’ мента и последующих слоев масляной
краски или эмали. До 60-х годов теку-
щего столетия для окраски железнодо-
рожных мостов применяли только мас-
ляные краски, приготовленные на на-
туральной олифе из льняного масла. Для
грунтовки в качестве пигмента исполь-
зовали свинцовый или железный сурик, а
для последующих покрытий — свинцо-
вые белила или цинковые белила с до-
бавкой 5—7 % алюминиевого порошка.
Позднее наряду с масляными красками
стали применять более стойкие полимер-
ные лакокрасочные материалы.
В отдельных случаях для защиты на-
иболее подверженных коррозии элемен-
тов применяют металлизацию — покры-
тие поверхности тонким слоем цинка или
алюминия, наносимых специальными ап-
паратами (металлизаторами) на очищен-
ную до металлического блеска поверх-
ность.
При возобновлении окраски (сплош-
ная окраска масляными красками про-
изводится через 4—6 лет, между сплошны-
ми окрасками по мере необходимости вы-
полняют частичную окраску) мосты, ок-
рашенные масляной краской, красят, как
правило, также масляной краской, по-
скольку при переходе на полимерные ла-
кокрасочные материалы требуется весь-
ма трудоемкая тщательная сплошная
очистка поверхностей элементов до ме-
27^
таллического блеска. Окраске масляны-
ми красками предшествует менее трудов
емкая очистка поверхности от ржавчины,
пыли, грязи, старой разрушившейся
краски. При хорошем состоянии старой
краски (нет трещин, отслоений) ее не
удаляют, а только очищают поверхность.
Очистку производят при помощи меха-
нических щеток, пескоструйных и дро-
беструйных аппаратов, огневым и хими-
ческим способами.
При пескоструйной очистке сухой про-
сеянный песок с зернами размером
1—2 мм сжатым воздухом (давление у вы-
ходного отверстия сопла не ниже 0,2
МПа) подают в виде струи под углом око-
ло 45° на очищаемую поверхность.
Огневой способ заключается в обжига-
нии очищаемой поверхности ацетилено-
кислородным пламенем с избытком кис-
лорода около 30 % при помощи широ-
копламенных и многопламенных горе-
лок. При огневом способе очистки кон-
струкция высушивается и нагревается,
что повышает качество окраски, произ-
водимой вслед за очисткой при темпера-
туре окрашиваемого металла около 40—
50 °C, ускоряет процесс высыхания
краски и позволяет вести окраску при
пониженной температуре воздуха. Зна-
чительное преимущество огневого спо-
соба состоит в том, что для его осуществ-
ления не требуется специальной аппара-
туры. В основном используют аппарату-
ру, применяемую при газовой резке (свар-
ке) и имеющуюся на всех дистанциях
пути. Вместе с тем при огневом способе
очистки конструкция может нагревать-
ся до температуры 200—400 °C, при ко-
торой происходит процесс старения ме-
талла, что может привести к повышению
его хрупкости. Поэтому при использова-
нии огневого способа очистки необходи-
мо строго выполнять требования тех-
нологии.
Химический способ очистки основан
на применении смывки СП-6 (для уда-
ления старой разрушившейся краски) и
грунтовок — преобразователей ржавчи-
ны, например, ВА-01.
Ручную очистку выполняют при помо-
щи специальных скребков, проволочных
щеток, зубил.
Во время очистки необходимо тщатель-
но осматривать элементы конструкции с
280
целью обнаружения в них дефектов. Де-
фекты и повреждения должны быть за-
регистрированы и устранены.
Очистка является очень важным эта-
пом работ, влияющим на качество окрас-
ки, а поэтому ее необходимо выполнять с
соблюдением всех требований. Очищен-
ную поверхность должны проверить и
принять к окраске мостовой мастер или
другое ответственное лицо.
Перед грунтовкой очищенную поверх-
ность следует обезжиривать при помощи
кистей, щеток или ветоши, обильно смо-
ченных уайт-спиритом или бензином, с
последующей протиркой поверхности на-
сухо. После высыхания грунтовки рако-
вины, щели и другие углубления заде-
лывают шпаклевкой. Материалом для
шпаклевки при использовании полимер-
ных лакокрасочных материалов могут
служить ЭП-00-10, XВ-005, XВ-004. При
окраске масляными красками шпаклев-
ку в виде пасты изготовляют из мелового
порошка, сухого свинцового или желез-
ного сурика и льняной натуральной оли-
фы в пропорции 4:2:1. Просохшие заш-
паклеванные участки окрашивают. Что-
бы не пропустить какой либо слой окрас-
ки, каждому из них придают свой отте-
нок. Нанесение последующего слоя на-
чинают после высыхания предыдущего.
Окраску ведут при температуре не ниже
+5 °C.
Пролетные ороёния со сплошными
балками наиболее рационально окраши-
вать механизированным способом с без-
воздушным распылением, а со сквозны-
ми фермами — в электростатическом по-
ле.
При малых объемах работ окраску вы-
полняют вручную кистями.
Работы при окраске мостов необходи-
мо выполнять при строгом соблюдении
правил техники безопасности.
При производстве работ по очистке и
окраске используют смотровые приспо-
собления, специальные подмости, люль-
ки. Рабочие, занятые окраской на высо-
те более 2 м, должны быть обеспечены
страховочными поясами. Очистку конст-
рукции пескоструйным аппаратом, ог-
невыми способами и с использованием
зубил следует выполнять с обязатель-
ным применением средств индивидуаль-
ной защиты и в спецодежде.
28.2. Ремонт железобетонных
пролетных строений
В пролетных строениях железнодорож-
ных мостов из обычного и предваритель-
но напряженного железобетона в процес-
се эксплуатации возникают поврежде-
ния в виде трещин, сколов бетона, отслое-
ния защитного слоя, разрушения гидро-
изоляции и др. Эти повреждения могут
оказывать влияние на долговечность, а
некоторые - и на грузоподъемность про-
летных строений. Способы ремонта же-
лезобетонных пролетных строений в свя-
зи с этим можно разделить на два вида:
направленные на обеспечение требуемой
долговечности и на восстановление гру-
зоподъемности.
При ремонте пролетных строений, ко-
торые имеют трещины в бетоне, не сни-
жающие их грузоподъемности, основная
задача сводится к герметизации трещин
При этом, если трещины имеют раскры-
тие до 0,2 мм, изменяющееся от действия
временной нагрузки и температуры не
более 0,1 мм, для их герметизации при-
меняют «жесткие» составы, которые пос-
ле схватывания с бетоном образуют по-
крытия, по своим характеристикам близ-
кие к цементному камню. К ним отно-
сятся цементные растворы и бетоны с по-
лимерными добавками, а также составы
на основе эпоксидных смол.
При изменении раскрытия трещин под
действием временных нагрузок и темпе-
ратуры более 0,1 мм для .герметизации
трещин применяют составы, образую-
щие эластичные покрытия (эластичные
герметики), не разрушающиеся при зна-
чительных деформациях. Для герметиза-
ции трещин' указанные составы обычно
наносят на поверхность бетона с трещи-
нами после ее предварительной обработ-
ки. Поверхность очищают до плотного
бетона, устраняя острые выступы. При
больших объемах работ производят гид-
ропескоструйную или пескоструйную
очистку, а при небольших — с примене-
нием стальных щеток, скребков. Поверх-
ность, загрязненную маслами, битумом,
подвергают обработке 10 %-ным раство-
ром каустической соды, бензином, аце-
тоном и другими растворителями. Жид-
кие составы (тиокодовые герметики, по-
крытия на основе эпоксидных смол, по-
Рис 28.2 Трубчатый инъектор:
1 — трещина, 2 — уплотнитель; 3 — трубка
лимерцементные составы и др.) на по-
верхность бетона' наносят кистью, шпа-
телем и с помощью различных распыли-
телей.
Трещины с большим раскрытием за-
делывают или инъектируют различными
составами. Перед заделкой трещины раз-
делывают на клин под углом 45—60° или
на прямоугольник на глубину до 30 мм.
Трещины перед инъектированием пред-
варительно промывают водой и продувают
сжатым воздухом. Для инъектирования
составов (растворов) в трещину приме-
няют инъекционные трубки (трубчатые
инъекторы), пр ижимные инъекторы.
Число инъекционных трубок и рассто-
яние между ними назначают в зависимо-
сти от характера трещины (длина, рас-
крытие), вязкости инъектируемого со-
става, но не более 50 см. Трубчатый инъ-
ектрр (рис. 28.2) представляет собой труб-
ку (металлическую, резиновую, хлор-
виниловую), один конец которой заделы-
вается в отверстие, просверленное в бе-
тоне по трещине. Для герметизации труб-
ки в бетоне можно использовать состав
на эпоксидной смоле. На другой конец
трубки надевают шланг для подачи инъ-
ектирующего состава.
Конструкция прижимного инъектора
показана на рис. 28.3.
Участки трещины между трубчатыми
и прижимными инъекторами перед инъ-
екцией должны быть снаружи загермети-
зированы (промазкой эпоксидным клеем,
наклейкой лент стеклопластика и др.),
чтобы обеспечить хорошее заполнение
трещины. Нагнетание составов в трещи-
ны производят с помощью ручных и
пневматических шприцев, а также насо-
сов с резиновой емкостью.
Герметизация трещин может быть вы-
полнена также путем 'наклейки, напри-
* 281
мер стеклопластика, различных тканей,
эпоксидным клеем.
При наличии трещин, снижающих гру-
зоподъемность, эффективным способом ре-
монта является глубинное инъектиро-
вание в нее составов, обеспечивающих
после отвердения прочное заполнение,
имеющее надежное сцепление с бетоном,
или силовая герметизация.
Для глубинного инъектирования тре-
щин наиболее часто применяют компаун-
ды на основе эпоксидной смолы, напри-
мер, следующего состава: ЭД-20 или
ЭД-16 100 частей по массе; полиэтилен-
полиамин (ПЭПА) —10—12; дибутилфта-
лат (ДБФ) — до 20 частей по массе.
Компаунд нагнетают через штуцера-
инъекторы под высоким давлением.
Силовую герметизацию трещины осу-
ществляют путем наклейки в зоне рас-
положения трещин пластин из стекло-
пластика или листового металла клеем на
основе эпоксидных смол.
При наличии крупных развивающих-
ся трещин иногда целесообразно участ-
ки, пораженные трещинами, покрывать
торкрет-бетоном или устраивать железо-
бетонную оболочку. Торкретирование
заключается в нанесении на очищенную
поверхность цементного раствора, со-
стоящего из одной части цемента, трех —
пяти частей песка и 10—18 % воды по
отношению к массе цемента. Нанесение
раствора производится при помощи це-
мент-пушки. Эффективность защиты тор-
крет-бетоном значительно повысится, ес-
ли на торкретируемую поверхность уста-
новить металлические сетки с ячейка-
ми 5—10 см из проволоки диаметром
около 5 мм.
При ремонте и замене гидроизоляции
балластного корыта устраивают новый
сплошной слой оклеенной изоляции из
тонколистовых пластиков на специаль-
ном клее или из четырех-пяти слоев би-
тумной мастики толщиной 2—3 мм, арми-
рованных битуминизированной антисеп-
тической тканью (битантит), гидроизо-
лом, стеклотканью и др. При ремонте
гидроизоляции используют также тио-
коловые мастики
Перед укладкой изоляционного ковра
следует исправить подготовительный
слой, а если его не было или он нарушен,
уложить вновь, применяя для этого бе-
тон 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. Поверхность под-
готовительного слоя необходимо тщатель-
но просушить и прогрунтовагь битумным
лаком (25—35 % битума марки БН-111-V,
растворенного в 75—65 %-ном по массе
бензине, керосине, лигроине). Укладку
изоляции следует производить через
2—3 ч после нанесения грунтовки.
Замену и ремонт гидроизоляции бал-
ластного корыта в пролетных строениях
эксплуатируемых мостов выполняют в
«окна», а иногда — и без перерыва дви-
жения поездов.
При выполнении работ без перерыва
движения поездов для перекрытия ре-
монтируемых участков используют раз-
грузочные пакеты, которые устанавлива-
ют кранами или вручную в «окна»
(рис. 28.4). После установки пакетов в
балласте делают поперечные прорези и
под пакетами устраивают клеточные опо-
ры, а затем убираю! балласт и шпалы
между ними. На участках между опора-
ми укладывают изоляцию и защитный
слой, после чего клеточные опоры пере-
ставляют на отремонтированные участки,
282
Рис 28.4 Схема выполнения работ по укладке (ремонту) гидроизоляции с примене-
нием разгрузочного пакета:
1 - мостовые брусья: 2 — изоляция, 3 — пакет, 4 — защитный слой, 5 - бетонная подготовка
а на освободившихся от опор местах про-
должают работы по устройству гидроизо-
ляции. Закончив эти работы, все опоры,
разбирают, укладывают балласт, а па-
кет переставляют в другое место и про-
должают ремонт в той же последователь-
ности.
Для значительного повышения уровня
механизации работ по ремонту и замене
гидроизоляции Проектно-технологичес-
кое конструкторское бюро Главного уп-
равления пути разработало специализи-
рованный поезд для ремонта гидроизоля-
ции с применением тиоколовых мастик по
технологии НИИ мостов ЛИИЖТа. Этот
поезд (рис. 28 5) состоит из путеукладоч-
ного крана и двухэтажных платформ,
оборудованных роликовыми линиями.
Количество платформ зависит от длины
ремонтируемого участка за один выезд.
На платформе путеукладочного крана
устанавливают легкий экскаватор, а на
нижнем этаже платформ размещают в тех-
нологической последовательности по-
рожние и загруженные песком и баллас-
том саморазгружающиеся контейнеры-до-
заторы, поддоны с необходимым оборудо-
ванием и материалами для ремонта и
новые звенья путевой решетки.
Работу выполняют в «окно» в следую-
щем порядке. На ремонтируемом участ-
ке убирают звенья путевой решетки, ук-
ладывают их на верхнюю роликовую ли-
нию платформы и протягивают в конец со-
става. С помощью экскаватора произво-
дят уборку балласта в контейнеры, за-
тем поверхность балластного корыта про-
сушивают газовыми горелками и обдува-
ют сжатым воздухом. Приготовленную
мастику наносят на поверхность корыта и
выравнивают. Затем с помощью контей-
неров-дозаторов насыпают балласт, ук-
ладывают новые звенья путевой решетки,
грузят на поезд оставшееся оборудование
и поезд освобождает перегон. Движение
поездов открывают без ограничения ско-
рости. При такой организации темп работ
по ремонту гидроизоляции составляет
8—10 м/ч.
Й83
28.3. Ремонт деревянных мостов
и мостового полотна
Ремонт деревянных мос-
тов заключается главным образом в за-
мене поврежденных гнилью элементов,
проведении мероприятий, предотвраща-
ющих развитие гниения; устранении рас-
стройств соединений и др.
Элементы пролетных строений и опор,
поврежденные гнилью свыше 15 % пло-
щади сечения, заменяют новыми. Рабо-
ты по замене обычно выполняют в «ок-
на»; заменяемый элемент разгружают по-
средством стоек, рам, шпальных клеток
и т. п. Так, при замене поврежденной
гнилью сваи (стойки) рядом с ней устраи-
вают шпальную клетку и подмости или
разгружающие рамы, на которые пере-
дают давление от прогонов. Затем удаля-
ют поврежденную гнилью часть и ставят
вместо нее вставку, обеспечивая надеж-
ное соединение (стык вполдерева, стык в
торец на штырях с накладками).
Длина новых вставок, а также остаю-
щихся частей свай между стыками долж-
на быть не менее 2,5 м при стыках вполде-
рева и 1,5 м при стыках в торец. Стык
вполдерева (рис 28.6, а ) делают длиной
не менее 0,8 м и схватывают минимум
двумя хомутами из полосовой стали ши-
риной 50—80 мм и толщиной 8—10 мм.
Соединение в торец (рис. 28.6, б) пере-
крывают четырьмя накладками длиной
600—800 мм из полосовой стали шириной
50—80 мм и толщиной 8— 10 мм, стяги-
ваемыми попарно болтами диаметром
Рис. 28.6. Сопряжение свай (стоек):
а — вполдерева; б — в торец;'
I — евая (стойка); 2 — хомхт, 3 — болт ^ — стальная
накладка; 5 — штырь
284
18—20 мм. По оси соединяемых элемен-
тов ставят металлические штыри диамет-
ром 22—30 мм и длиной 200—300 мм.
Одновременно с ремонтом свай обыч-
но производят замену насадок.
Прогоны, как правило, заменяют це-
ликом. Перед заменой заранее готовят
новые прогоны в соответствии с размера-
ми прогонов, подлежащих замене. Заме-
на прогонов может быть сплошной или
одиночной и выполняется в «окна» При
сплошной замене снятие старых и уста-
новку новых прогонов с мостовым полот-
ном производят кранами или попереч-
ной передвижкой, при которой с обеих
сторон моста устраивают подмости. Про-
гоны передвигают по рельсам или лагам
вручную или лебедками. Одиночную за-
мену прогонов можно выполнить и без
снятия мостового полотна. В этом слу-
чае мостовое полотно после снятия бол-
тов поднимают домкратами на 5—10 см,
удаляют старый прогон и устанавливают
новый, заводя его сбоку.
Все вновь устанавливаемые при ремонте
элементы антисептируют.
Поверхностную гниль, ослабляющую
сечение элемента до 15 %, удаляют стес-
кой, а обнаженную древесину антисепти-
руюг
Антисептирование производят специ-
альными пастами на битумной или блак-
лаковой основе с фтористым натрием.
Битумную пасту изготовляют из фтори-
стого натрия (62 % по массе), битума
БН-Ш (16 %) и керосина (22 %), а пас-
ту на блаклаковой основе — из фторис-
того натрия (42,5 %), блаклака (42,5 %)
и воды (15 %). Пасты наносят кистями.
Трещины в элементах заливают или
шпаклюют пастами.
При расположении трещин в зонах
больших скалывающих напряжений
(в составных прогонах, коротышах-при-
рубах и др.) необходимо принять меры
по обеспечению надежной работы элемен-
тов на скалывание, для чего ставят до-
полнительные стягивающие болты, ци-
линдрические деревянные шпонки, ме-
таллические пластинчатые шпонки.
При работе с антисептиками на фтори-
стом натрии необходимо принимать со-
ответствующие меры защиты.
Расстройства соединений устраняют
подтяжкой болтов с предварительной
забивкой в зазоры (неплотности) метал-
лических или дубовых прокладок.
- Особенно опасными для эксплуатации
являются большие незатухающие де-
формации деревянных опор. Для обеспе-
чения надежной работы таких опор иног-
да требуется сложный ремонт с устройст-
вом объемлющего ряжа с каменной за-
сыпкой и постановкой дополнительных
связей (рис. 28.7).
Ремонт мостового полотна. Мостовое
полотно на железнодорожных мостах—
важнейший их элемент, от состояния ко-
торого в значительной степени зависит
бесперебойность и безопасность движе-
ния поездов с установленными скоростя-
ми. Поэтому работы по ремонту мостово-
го полотна, характер которых опреде-
ляется его конструкцией, весьма ответ-
ственны.
Ремонт элементов мосто-
вого полотна с ездой на метал-
лическом подрельсовом основании (ме-
таллические поперечины, ортотропная
плита и др.) производится аналогично
ремонту металлических пролетных строе-
ний.
Работы по ремонту мостового полотна
на деревянных поперечинах (мостовых
брусьях) включают ремонт поперечин,
скреплений, а также одиночную или
сплошную замену поперечин. Одиноч-
ную смену поперечин выполняют без раз-
рыва рельсовой колеи с подъемкой мосто-
вого полотна над поясами продольных
балок в интервалы между поездами.
Работы по одиночной замене попере-
чин состоят из трех этапов: подготови-
тельного, основного и заключительного.
Подготовительные работы начинают с
регулировки зазоров путевых рельсов
для предупреждения выброса пути при
его подъеме. Перед сменой поперечин на
протяжении всего фронта работ осматри-
вают и смазывают все болты, которые
требуется снимать или ослаблять (болты
лапчатые, в противоугольных брусьях
и уголках и др.). Новые поперечины, ук-
ладываемые вместо заменяемых, должны
быть предварительно подготовлены и
разложены на мосту с соблюдением га-
барита. Рабочие высоты, положение и
размеры врубок, расположение отверстий
для болтов в новых поперечинах опреде-
ляют заранее путем непосредственных
обмеров заменяемых поперечин.
В основной период после ограждения
места работ сигналами остановки сни-
мают болты, расшивают путевые рель-
сы и контррельсы (уголки) на заменяе-
мой поперечине, ослабляют болты в при-
креплениях соседних поперечин. Затем,
поддомкрачивая одновременно оба пу-
тевых рельса на высоту, превышающую
врубку, удаляют поперечину. Вытаски-
вать старые и ставить новые поперечины
следует только шпальными клещами.
Удалив старую поперечину, очищают и
окрашивают пояса балок в местах опира-
ния поперечины, укладывают новую по-
перечину, устанавливают и затягивают
скрепления.
Перед пропуском поезда поперечины
должны быть уложены на свои места, пу-
тевые рельсы пришиты не менее чем дву-
мя костылями (шурупами), поставлены
все лапчатые болты и болты, прикрепля-
ющие противоугонный (охранный) брус
(уголок) к поперечинам, а контррельсы
285
(контруголки) скреплены с поперечина-
ми двумя костылями (шурупами).
В заключительный период устанавли-
вают настил, забивают (завертывают)
недостающие костыли (шурупы), подтя-
гивают лапчатые болты, добивают ранее
поставленные костыли и дотягивают
шурупы. Одиночную замену поперечин
выполняет бригада из 6 чел. под руковод-
ством мостового мастера.
Сплошная замена поперечин выполня-
ется в «окно» двумя способами без раз-
рыва рельсовой колеи и с разрывом по
специально разработанным проектам
Эта работа весьма трудоемкая и ее необ-
ходимо выполнять с максимальным ис-
пользованием механизации, включая кра-
ны и специально оборудованные путеук-
ладчики
ПТКБ Главного управления пути МПС
разработало скоростной технологический
процесс смены мосювого полотна с помо-
щью путеукладочных кранов, оснащен-
ных специальной траверсой (рис 28.8),
которая позволяет снимать и укладывать
звенья мостового полотна так же, как и
путевую решетку, а транспортировать
их через портал крана в наклонном по-
ложении под углом 41—42° к горизонту
в поперечном направлении. Это дает воз-
можность использовать типовые путеук-
ладчики для съемки и укладки звеньев
мостового полотна, которые имеют боль-
шие размеры по ширине, чем путевая ре-
шетка.
Работы по замене мостового полотна
ведут два поезда, в составе каждого из
которых находится путеукладочный кран.
Один поезд (разборочный) с порожними
роликовыми платформами, двигаясь кра-
ном назад, разбирает старое мостовое по-
‘ лотно, другой (укладочный) с платфор-
мами, загруженными новыми звеньями
мостового полотна, двигаясь краном впе-
ред, укладывает их.
28.4. Усиление металлических
пролетных строений
При недостаточной грузоподъемности
пролетных строений их усиляют или за-
меняют новыми. Решение вопроса об уси-
лении или замене пролетных строений
производят на основании технико-эко-
номического анализа. Существенное вли-
яние на выбор того или иного варианта
оказывает общее физическое состояние
пролетных строений.
В зависимости от типа конструкции,
наличия слабых элементов в ней, степе-
ни усиления и местных условий приме-
няют различные способы усиления. Ос-
новные способы усиления металлических
пролетных строений следующие: увели-
чение поперечного сечения элементов с
одновременным усилением (при необхо-
димости) их прикреплений; устройство
(установка) дополнительных ферм или
балок; усиление с изменением системы
ферм или балок (подведение шпренгеля
под балки или фермы, добавление треть-
его пояса к балочным фермам, превраще-
ние разрезных балок или ферм в нераз-
резные) ; устройство дополнительных
опор — временных или постоянных,
уменьшающих расчетный пролет суще-
ствующих пролетных строений; превра-
щение стального пролетного строения в
сталежелезобетонное путем устройства
железобетонной плиты, включенной в
совместную работу.
При увеличении поперечного сечения
элементов металл усиления следует раз-
мещать симметрично относительно осей
поперечного сечения.
Усиление производится, как правило,
на месте без прекращения движения по-
ездов. Усиление отдельных элементов
пролетного строения путем добавления ме-
талла является наиболее распространен-
ным и обычно выполняется при всех спо-
собах усиления
Для более эффективного использова-
ния вновь добавляемого металла (осо-
бенно высокопрочных сталей) и рацио-
нального распределения усилий в систе-
ме применяют предварительное напряже-
ние с регулированием усилий и деформа-
ций в конструкции. При этом метод уси-
ления пролетных строений с использова-
нием предварительно напряженных за-
тяжек из высокопрочных сталей наиболее
распространен. Искусственное регулиро-
вание усилий в элементах пролетных стро-
ений производится также путем разгруз-
ки (догрузки) конструкций при усиле-
нии; изменения значений опорных реак-
ций в неразрезных системах, закрепле-
ния элементов усиления в нагретом со-
стоянии и др.
При усилении, как правило, применя-
ют соединения на высокопрочных бол-
тах. Эти соединения обладают большей
по сравнению с заклепочными соедине-
ниями жесткостью, что обеспечивает хо-
рошую совместную работу старого и
вновь добавляемого металла и повышает
эффективность его использования. Пере-
дача усилия в соединениях на высоко-
прочных болтах осуществляется только
силами трения на поверхностях контак-
тов скрепляемых элементов, вызванных
затяжкой болтов. Поэтому болты в от-
верстиях устанавливают с зазором 1—
3 мм. Это дает возможность допускать
в таких пределах несовпадение отвер-
стий, чю облегчает подготовку и уста-
новку элементов усиления. Установка
высокопрочных болтов также значитель-
но проще клепки.
Заклепочные соединения применяют
там, где постановка высокопрочных бол-
тов затруднена, а также в прикреплени-
ях горизонтальных листов балок и глав-
ных ферм, на которые непосредственно
опираются мостовые брусья, поскольку
головки болтов затрудняют создание
плотного опирания брусьев.
Применение сварных соединений при
усилении пролетных строений железно-
дорожных мостов осложняется трудностя-
ми обеспечения необходимой надежности
этих соединений по следующим основ-
ным причинам: качество металла усиля-
емых (особенно старых) пролетных строе-
ний в большинстве случаев не удовлетво-
ряет требованиям, предъявляемым к ме-
таллу для сварных мостов; специфика
производства сварочных работ при уси-
лении мостов позволяет применять, как
правило, ручную сварку, которая из-за
трудности выполнения не обеспечивает
требуемое качество сварных соедине-
ний, сложность осуществления наибо-
лее совершенных типов соединений
(в стык) и устранения опасных концент-
раторов напряжений в сварных соедине-
ниях.
Опыт применения сварки при усиле-
нии мостов дает пока неудовлетворитель-
ные результаты: в усиленных элементах в
процессе эксплуатации нередко возника-
ют опасные трещины. Поэтому в настоя-
щее время сварка при усилении мостов
применяется в исключительных случаях
и только с разрешения МПС.
По мере совершенствования техноло-
гии сварки, очевидно, применение ее
при усилении мостов будет расширяться.
При проектировании усиления необ-
ходимо обращать особое внимание на
уменьшение саеснений движения поез-
дов по мосту в процессе его усиления
(сокращение «окон», ограничение скоро-
стей движения).
Усиление балок проезжей части. Уси-
ление слабых по сечению продольных ба-
лок проезжей части осуществляют поста-
новкой горизонтальных листов, прикреп-
ляемых к нижним поясным уголкам вы-
сокопрочными болтами или заклепками,
а к верхним — заклепками. В продоль-
ных балках верхний горизонтальный
лист рекомендуется ставить на всей дли-
не балки. При этом упрощается укладка
(прирубка) мостовых брусьев.
При усилении балок, не имеющих
верхних поясных листов (рис. 28.9,а),
287
Соблюдают следующий порядок работ.
На верхний пояс продольной балки в
промежуток между поездами укладыва-
ют лист с заранее просверленными отвер-
стиями. Затем по отверстиям в этом лис-
те сверлят отверстия в горизонтальных
полках уголков и ставят заклепки, сдви-
гая для этого поочередно мостовые
брусья.
Если продольная балка имеет горизон-
тальные листы и ее нужно усилить,- то
постановка дополнительных горизон-
тальных листов — более сложная опе-
рация, требующая достаточно длительно-
го промежутка времени между поездами
(«окна»). Для сокращения «окон» лист
усиления можно заменить полулистами
(рис. 28.9, б).
При прикреплении листа усиления за-
клепками соблюдают следующий поря-
док работ. В полулисте по разметке
сверляг отверстия диамегром на 3—6 мм
меньше, чем диаметр заклепки. Затем
на одной половине пояса (относительно
продольной оси балки удаляют головки
вертикальных заклепок, не выбивая те-
ло заклепки. Эту работу выполняют без
перерыва движения поездов. В промежу-
ток между поездами выбивают старые
заклепки и накладывают полулист, рас-
сверливают часть отверстий (около 50 %)
и прикрепляют полулист «черными» бол-
тами и пробками. После этого можно на-
чать пропуск поездов Затем последова-
тельно вместо пробок и болтов ставят за-
клепки, предварительно рассверливая
нерассверленные отверстия.
Закончив работы с одним полулистом,
в таком же порядке ставят второй полу-
лист. Зазор между полулистами запол-
няют шпаклевкой
Другой вариант усиления продольных
балок, полностью исключающий «окна»,
заключается в прикреплении уголков
усиления рядом с существующими пояс-
ными (рис. 28.9, в). Постановке допол-
нительных поясных уголков обычно ме-
шают уголки жесткости. Их необходимо
заменить новыми с высотой, равной рас-
стоянию между внутренними поверхно-
стями горизонтальных полок вновь до-
бавляемых поясных уголков, или срезать
их концы, чтобы обеспечить установку
новых уголков. Существенным недостат-
ком этого варианта усиления является
низкая эффективность использования но-
вого металла.
Эффективным способом усиления про-
дольных балок, имеющих низкий класс
по нормальным напряжениям, является
установка предварительно напряженных
затяжек в уровне нижних поясов.
Продольные балки старых мостов час-
то нуждаются в усилении по прикрепле-
нию их к поперечным. Замена существую-
щих заклепок в прикрепляющих угол-
ках на заклепки или высокопрочные бол-
ты большего диаметра является одним
из вариантов такого усиления. Однако
указанным способом удается незначи-
тельно усилить прикрепления продоль-
ных балок к поперечным. Для значи-
тельного повышения несущей способно-
сти этих прикреплений увеличивают
число прикрепляющих заклепок или вы-
сокопрочных болтов, что достигается
путем наложения на уголки прикрепле-
ния накладок, позволяющих разместить
дополнительные заклепки или высоко-
прочные болты (рис. 28.10, а). Между
накладкой и стенкой продольной балки
устанавливают прокладку. J3 этом типе
усиления требуется замена старых за-
клепок прикрепления.
Возможно усиление прикрепления про-
дольных балок с применением сварки
(рис. 28.10, б). При этом способе усиле-
ния соблюдают следующий порядок ра-
боты: сначала к полкам уголков прива-
ривают накладки, а затем ставят заклеп-
ки или высокопрочные болты. При при-
варке накладок необходимо следить за
тем, чтобы они не были приварены к стен-
ке балки.
Усиление по шагу поясных заклепок
при действующих нормах расчетных со-
Рис 28.10 Усиление прикрепления продольных балок к поперечным путям увеличения
числа заклепок и болтов
противлений на смятие и срез обычно не
требуется. При необходимости такого
усиления можно наложить на вертикаль-
ные полки поясных уголков накладки
или приваривать их к кромкам вер-
тикальных полок с прикреплением их
высокопрочными болтами через проклад-
ки к стенке балки (подобно усилению при-
крепления продольных балок к попереч-
ным, показанному на рис. 28.10, б).
При усилении балок проезжей части
может также потребоваться постановка
«рыбок», дополнительных уголков жест-
кости, связей.
Одновременно с усилением произво-
дится ремонт поврежденных элементов
балки. Обычно он выполняется путем
замены поврежденных элементов или их
частей или перекрытием поврежденных
мест накладками.
Усиление пролетных строений со спло-
шными балками. Для сравнительно не-
большого увеличения грузоподъемности
пролетного строения со сплошными глав-
ными балками их усиление производят
добавлением горизонтальных листов или
уголков к поясам аналогично усилению
продольных балок. Для более эффектив-
ного использования металла усиления
используют приемы регулирования внут-
ренних усилий в процессе усиления (раз-
грузка конструкций от собственного ве-
са, создание усилий, противоположных
Ю Зак 1048
по знаку усилиям от нагрузки). Это до-
стигается устройством временных шпрен-
ге л ей, временных опор.
Когда требуется значительное повыше-
ние грузоподъемности пролетного строе-
ния, эффективно устройство шпренгелей,
особенно предварительно напряженных
(рис. 28.11). Этот способ усиления вы-
годно отличается от других тем, что ра-
боты по усилению производят, как пра-
вило, без перерыва движения поездов.
При усилении предварительно напря-
женными шпренгелями можно исполь-
зовать высокопрочную сталь в виде стер-
жней круглого сечения и других прокат-
ных профилей, тросов и пучков из высо-
копрочной проволоки. Использование
тросов и пучков из высокопрочной про-
волоки возможно при надежной защите
их от коррозии. Предварительное на-
пряжение производят домкратами, по-
лиспастами, винтовыми приспоблениями.
Прикрепление элементов шпренгеля
из проката (уголков) выполняют на вы-
сокопрочных болтах (рис. 28.11, б). Пред-
варительное напряжение может осущест-
вляться следующим образом. После при-
крепления всех элементов шпренгеля,
за исключением горизонтальных угол-
ков к одному из узлов, при помощи по-
лиспаста и лебедки стягивают узлы II
и III расчетным усилием. В стянутом
состоянии ставят и затягивают высоко-
289
Прочные болты в прикреплениях гори-
зонтальных уголков.
Предварительное напряжение можно
создать также домкратами, установлен-
ными в узлах II и III. После прикрепле-
ния всех элементов шпренгеля, кроме
прикрепления стоек к узлам II и 111,
домкратами создается расчетный рас-
пор между балкой и узлами // и III.
В этом состоянии стойки закрепляют
к узлам высокопрочными болтами.
Значительное повышение грузоподъ-
емности пролетных строений с ездой по-
верху достигается устройством на верх-
них поясах главных балок железобетон-
ной плиты, включенной в совместную ра-
боту. В результате такого усиления по-
лучается сталежелезобетонное пролетное
строение. В этом случае одновременно с
усилением создается более совершенная
конструкция мостового полотна с ездой
на балласте или с непосредственным при-
креплением рельсов к железобетонной
плите.
Железобетонная плита, используемая
для усиления, может быть монолитной
или сборной. Для обеспечения совмест-
ной работы железобетонную плиту с
верхними поясами балок соединяют по-
средством жестких упоров, прикрепляе-
мых к балкам и омоноличиваемых в пли-
те (рис. 28.12, я), высокопрочными бол-
тами (рис. 28.12, б) или с применением
закладных частей и столиков (рис. 28.12,
в). При усилении пролетных строений
железобетонными плитами на месте тре-
буются длительные «окна». Чтобы их со-
кратить, усиление можно выполнять в
стороне, сняв усиляемое пролетное строе-
ние с опор и поставив вместо него на вре-
мя усиления запасное. Эффективность
этого способа повышается при наличии
высокопрочные
Рис. 28.12 Соединение железобетонной плиты с балкой при помощи:
на участке нескольких однотипных про-
летных строений, требующих усиления.
При усилении балок со сплошной стен-
кой приходится в некоторых случаях уве-
личивать прочность стыков. Для этого
можно заменить заклепки новыми боль-
шего диаметра или высокопрочными бол-
тами. При этом рассверловку отверстий
и замену заклепок производят постепенно
со снятием одновременно не более 10% все-
го количества заклепок. Если указанный
способ оказывается недостаточным или
если требуется также увеличение площа-
ди накладок, то ставят новые накладки
взамен старых или дополнительные на-
кладки.
Одновременно с усилением произво-
дится ремонт поврежденных коррозией,
трещинами и вмятинами элементов балок,
который заключается в замене повреж-
денных элементов и их частей новыми или
в перекрытии поврежденных участков
накладками.
Усиление сквозных главных ферм. При
усилении сквозных главных ферм предо-
ставляются широкие возможности ис-
кусственного регулирования^ усилий в
стержнях путем изменения статической
схемы и предварительного напряжения
элементов. Это позволяет создавать на-
иболее благоприятные условия для ис-
пользования несущей способности усиля-
емых элементов конструкций и вновь
добавляемых, что значительно повышает
эффективность усиления в целом. Вы-
бор схемы и метода усиления делают на
основании анализа состояния конструк-
ции, ее деформативности и расчетной
грузоподъемности отдельных элементов.
Усиление с изменением статической
схемы работы главных ферм почти всег-
да сопровождается усилением отдельных
элементов ферм и их прикреплений.
Один из основных способов усиления
элементов сквозных ферм состоит в увели-
чении их сечений путем добавления к ним
нового металла (рис. 28.13). При разме-
щении металла усиления по сечению эле-
мента надо стремиться к тому, чтобы не
создавать дополнительных эксцентриси-
тетов ни в сечениях, ни в прикреплениях,
если это не связано с преднамеренным
регулированием напряжений, а также к
минимуму работ по расклепке усиляемых
элементов
тппн н + н
291
Рис. 28.14. Схемы расположения затяжек
Усиление поясов главных ферм тавро-
вого или коробчатого сечения добавле-
нием новых горизонтальных листов пол-
ной ширины вызывает переклепку всех
вертикальных связующих заклепок. Что-
бы не расклепывать одновременно уси-
ляемые участки пояса по всей ширине
пакета, новый металл следует добавлять
в виде отдельных узких полос или угол-
ков (рис. 28.13, а) подобно тому, как это
делается при усилении балок со сплошной
стенкой.
Способы увеличения площади попереч-
ного сечения раскосов подвесок и стоек
весьма разнообразны и зависят от типа
усиляемых элементов (рис. 28.13, б).
Усиление элементов главных ферм мо-
жет производиться с разгрузкой эле-
ментов от усилий, вызываемых постоян-
ной нагрузкой, или без ее разгрузки.
В первом случае, если усилия от постоян-
ной и временной нагрузок совпадают по
знаку, достигается более эффективное ис-
пользование добавляемого металла, ко-
торый будет воспринимать и усилия от
постоянной нагрузки. Однако для раз-
грузки усиляемых элементов требуются
дополнительные временные опоры, на
которые устанавливают домкраты для
разгрузки отдельных элементов, или уст-
ройство специальных разгрузочных при-
способлений для каждого усиляемого
элемента. Устройство разгрузочных
приспособлений связано, как правило,
со значительными затратами и достаточ-
но сложно.
Поэтому в большинстве случаев уси-
ление элементов главных ферм произво-
дится без их разгрузки.
Эффективность усиления элементов
главных ферм значительно повышается
при использовании предварительного на-
292
пряжения. При этом в новом металле соз-
даются предварительные напряжения
того же знака, то и напряжения от на-
грузки, а в старом — противополож-
ного знака. Это дает возможность исполь-
зовать для усиления стали повышенной
прочности, что приводит к снижению
массы добавляемого металла, а следова-
тельно, к уменьшению постоянной на-
грузки. Кроме того, при усилении эле-
ментов с применением предварительного
напряжения почти полностью исключает-
ся расклепка в узловых прикреплениях и
по длине элемента, что позволяет выпол-
нять усиление без перерыва движения
поездов.
При усилении элементов, растянутых и
работающих на знакопеременные уси-
лия с преимущественным растяжением,
в качестве добавляемых элементов наибо-
лее предпочтительны затяжки круглого
сечения, натяжение которых произво-
дится с помощью гаек, навинчиваемых на
их концы с передачей усилий с затяжек
на усиляемый элемент через упоры. Упо-
ры прикрепляют за центрами узлов, к
которым присоединяются усиляемые эле-
менты.
Затяжки в сечении усиляемого эле-
мента (рис. 28.14) располагают таким об-
разом, чтобы равнодействующая предва-
рительного напряжения проходила через
центр тяжести сечения. Для уменьшения
колебаний затяжек они в отдельных сече-
ниях соединяются с основными элемен-
тами. Иногда связи между усиляемым
элементом и затяжками устанавливают
для предотвращения потери устойчиво-
сти элемента при его обжатии усилиями
предварительного напряжения. Необхо-
димость этих связей определяется расче-
том. Предварительное напряжение мож-
но использовать и при усилении сжатых
элементов, создавая в них растягиваю-
щие предварительные напряжения.
Добавляемый при усилении металл
должен быть надежно перекрыт в сты-
ках и прикреплен к узлам. Для повыше-
ния жесткости прикрепления рекомен-
дуется применять соединения на высоко-
прочных болтах.
Одновременно, если это требуется по
расчету, усиляют прикрепления старо-
го металла.
С целью уменьшения «окон» необходи-
мо стремиться к сокращению объема ра-
бот по одновременной расклепке сущест-
вующих прикреплений.
Кроме увеличения площади попереч-
ного сечения элементов ферм и усиления
их прикреплений и стыков, может ока-
заться необходимым усиление или поста-
новка соединительных планок и диаф-
рагм между ветвями элементов. Соедини-
тельную решетку усиляют постановкой
уголковых распорок, превращением тре-
угольной решетки в крестовую, а также
путем замены плоских элементов решет-
ки уголковыми.
Сжатые элементы, кроме увеличения
площади поперечного сечения, могут
быть усилены путем уменьшения свобод-
ной длины, что достигается установкой
дополнительных элементов в решетке
ферм.
Усиление связей между главными
фермами. Наиболее распространенный
недостаток связей между главными фер-
мами старых пролетных строений — не-
достаточная жесткость их элементов.
Это приводит к провисанию связей, зна-
чительным их колебаниям при проходе
поезда и снижению поперечной жестко-
сти пролетных строений. Вследствие ко-
лебаний связей происходит расстройство
их прикреплений и нередко в них воз-
никают усталостные трещины. Такие свя-
зи усиляют путем увеличения сечений эле-
ментов связей или уменьшения их сво-
бодной длины. Увеличение сечений эле-
ментов связей производится с соблюде-
нием требований, предъявляемых к эле-
ментам главных ферм.
Усиление связей производят также с
целью повышения их прочности.
28.5. Усиление железобетонных
пролетных строений
Усиление железобетонных пролетных
строений может производиться путем
увеличения их сечения (арматуры и бе-
тона) или добавлением элементов с изме-
нением статической схемы.
Наиболее простой способ усиления ба-
лок заключается в приварке новых стерж-
ней арматуры к стержням крайних ря-
дов существующей. Для этой цели сни-
мают защитный слой бетона, примерно
наполовину оголяя стержни крайнего
ряда арматуры, и к ним при помощи ко-
ротышей длиной около 15 см приварива-
ют новые стержни (рис. 28.15, а). После
приварки восстанавливают защитный
слой торкретированием. В этом случае
высота сечения балки и ее грузоподъем-
ность увеличиваются незначительно.
Более существенное повышение грузо-
подъемности железобетонных балочных
пролетных строений достигается путем
приварки к наружным стержням арма-
туры растянутого пояса арматурного
каркаса (рис. 28.15, б). После установки
каркаса производят бетонирование в
опалубке. Для лучшего заполнения бе-
тон подают через загрузочные воронки
под напором столба бетона высотой
0,5—1 м. Бетон уплотняют наружными
вибраторами.
Наиболее эффективным способом уси-
ления пролетных строений при наличии
в них большого количества крупных раз-
вивающихся трещин считают устройство
железобетонной оболочки.
При усилении балок путем увеличе-
ния сечения весьма желательно приме-
нять предварительное натяжение добав-
Рис. 28 15. Усиление железобетонной балки путем добавления арматуры-
а —с приваркой стержней через коротыши, б —с приваркой каркаса;
1 — существующая арматура; 2— новый бетон; 3— арматура усиления, 4 — сварной шов 5 - на
клонный коротыш; 6 ~ прямой хомут; 7 -- коротыш
293
ляемой арматуры. Способ натяжения и
конструкцию натяжных устройств выби-
рают в зависимости от конкретных усло-
вий.
Для натяжения арматуры можно ис-
пользовать электронагрев, домкраты,
болтовые устройства.
Перед бетонированием или торкрети-
рованием необходимо тщательно очистить
поверхности старого бетона и арматуры.
Консистенция бетона должна быть доста-
точно пластичной.
Рекомендуется применять быстротвер-
деющие, безусадочные или расширяю-
щиеся цементы.
Рассмотренные способы усиления ба-
лок можно применять и при усилении
элементов пролетных строений железо-
бетонных мостов любой конструкции.
Возможности усиления балочных же-
лезобетонных мостов путем изменения
статической схемы сильно ограничены по
сравнению с металлическими мостами.
При изменении статической схемы надо
стремиться к тому, чтобы характер эпюр
моментов и перерезывающих сил в уси-
ляемой конструкции по возможности со-
хранялся.
Этому условию во многих случаях
удовлетворяют шпренгельные системы
(рис. 28.16).
Шпренгели изготовляют из стального
проката, стальных тросов, пучков высо-
копрочной проволоки. Большое внима-
ние следует обращать на защиту шпрен-
гелей особенно из тросов и пучков от
коррозии. Их желательно помещать в
оболочки из полимерных материалов или
покрывать специальными составами; эле-
менты шпренгелей из прокатной стали
можно окрашивать.
294
28.6. Ремонт и усиление каменных,
бетонных мостов и опор
Наиболее характерные повреждения
каменных и бетонных мостов — это тре-
щины в сводах, щековых стенках надсвод-
ной части и в опорах; расстройство
кладки; нарушение водоотвода и гидро-
изоляции. Поэтому в каменных и бетон-
ных мостах ремонтные работы в основ-
ном направлены на заделку трещин, вос-
становление швов в каменной кладке, ус-
транение расстройств кладки, восстанов-
ление водоотвода и гидроизоляции сво-
дов и надсводного строения и опор. Эти
работы аналогичны изложенным в п. 28.2.
Способы усиления каменных и бетон-
ных мостов в основном сводятся к раз-
грузке существующих сводов от воздей-
ствия временной и постоянной нагрузок
и устройству дополнительных сводов.
Для разгрузки сводов удаляют надсвод-
ное заполнение и укладывают железо-
бетонную плиту или балки, снимающие
нагрузку с части свода (рис. 28.17, а)
или со всего свода (рис. 28.17, б). Допол-
нительные своды устраивают из бетона
или железобетона и располагают над су-
ществующим сводом (рис. 28.18, а) или
под ним (рис. 28.18, б).
Сооружение нового свода над сущест-
вующим производят под защитой раз-
грузочных пакетов без перерыва движе-
ния поездов или при закрытом перегоне
на все время работ.
Устройство нового свода под сущест-
вующим возможно без закрытия движе-
ния поездов, но в начальный период твер-
дения бетона необходимо ограничение
скорости движения поездов в течение при-
мерно 3 сут. Бетонирование свода в этом
случае значительно сложнее, чем при
устройстве его над существующим; воз-
никают сложности обеспечения совмест-
ной работы, полного пробетонирования
нового свода. Для включения нового сво-
да в совместную работу устанавливают
анкеры, делают штрабы в старом своде,
бетонирование ведут с подпором. Для
заполнения образовавшихся при бе-
тонировании зазоров и пустот в зону кон-
такта сводов инъектируют цементно-пес-
чаный раствор (1:1; 1:2) через инъекторы,
устанавливаемые с боков и с низа сводов.
При стесненных условиях подмостово-
го габарита, малой строительной высо-
те, а также при необходимости уширения
моста с боков' старого свода при усиле-
нии сооружают железобетонные арки.
Включение их в совместную работу со
сводом обеспечивают постановкой анке-
ров, устройством штраб.
Способ ремонта опор в каждом конк-
ретном случае устанавливают на осно-
вании комплексной оценки характера
повреждения и причин, его вызвавших.
Исправление расшивки швов, восста-
новление сливных поверхностей, шту-
катурки поврежденных поверхностей на
небольших участках, ликвидацию неболь-
ших неразвивающихся трещин и других
мелких повреждений и дефекторов про-
изводят при текущем содержании.
Заделка трещин в массивных опорах
производится так же, как и в железобе-
тонных пролетных строениях.
В случае расстройства кладки опор,
что чаще наблюдается в старых опорах,
кладка которых выполнена на известко-
вом растворе, для восстановления ее
монолитности применяют цементацию—
нагнетание цементного раствора под дав-
лением. Для этого в кладке с помощью
перфораторов бурят вертикальные или
наклонные скважины диаметром 35—
75 мм, располагая их в шахматном по-
рядке, с расстоянием между ними 0,9—
1,6 м. Длина наклонных скважин (при-
мерно 15° к горизонту) не должна превы-
шать % толщины массива при бурении с
двух сторон и 3/4 — при бурении с од-
ной стороны. После бурения всех сква-
жин их промывают водой под давлени-
ем 0,2—0,4 МПа. Промывку ведут свер-
ху вниз горизонтальными рядами. После
промывки продувают сжатым воздухом
в том же порядке, как делали промывку,
а затем скважины плотно закрывают дере-
вянными пробками, обернутыми паклей.
Для цементации, как правило, применя-
ют водоцементный раствор состава от 1:10
до 1:1 (отношение цемента к воде по мас-
се) . Сначала нагнетают более жидкую
консистенцию от 1:10 до 1:4 при давле-
нии около 0,1 МПа, а в конце до 1:1 при
давлении до 0,5—1,1 МПа. Для повыше-
ния качества нагнетаемого раствора и
улучшения его проходимости через тре-
щины в кладке применяют пластифициру-
ющие добавки.
Если наряду с расстройством кладки
опоры ее облицовка подверглась также
разрушению, то, кроме цементации, уст-
раивают железобетонную оболочку опо-
ры. Минимальную толщину оболочки из
условия возможности бетонирования при-
нимают равной 12 см. Оболочку армиру-
ют сетками. Для усиления связи оболоч-
ки с телом опоры ставят анкеры, закреп-
ляемые в скважинах для инъектирова-
ния водоцементного раствора. Оболочку
опирают на обрез фундамента, а вверху
подводят под карнизные камни. На ус-
тоях оболочку заводят в конусы насыпи на
40—50 см.
Рис 28.18. Усиление сводов путем устройства'
дополнительных сводов:
а — расположенным сверху существующего; б — рас
положенным снизу существующего;
1 — новый свод; 2 — старый свод; 3 — облегченное
надсводное строение, 4 — уширение опоры
295
Рис. 28.19. Усиление промежуточной опоры
железобетонными поясами:
1 —• подферменник, 2 — железобетонный пояс, 3
анкер; 4 — продольная арматура; 5 — хомут; 6 — за
щитный слой (торкрет-бетон)
Для укрепления расстраивающейся
кладки наряду с цементацией устраива-
ют железобетонные пояса высотой
1,0—1,5 м и толщиной 25—40 см
(рис. 28.19).
Хорошую защиту от дальнейшего раз-
рушения выветривающейся и трещинова-
той поверхности каменной или бетонной
кладки обеспечивает торкретирование.
Торкрет наносят обычно толщиной 20—
40 мм в два-три слоя по сетке из про-
волоки диаметром 8—10 мм с ячейками
5—10 см. Каждый последующий слой на-
носят после схватывания предыдущего.
Ремонт подводной части опор произво-
дят под защитой водонепроницаемых
перемычек в виде деревянных или метал-
лических шпунтовых ограждений, желе-
зобетонных или металлических оболо-
чек. В зимнее время в районах с низкими
температурами можно использовать ле-
довые перемычки, создаваемые постепен-
ным вымораживанием и сколкой льда
вокруг опоры или на участке, где необ-
ходимо выполнить ремонт.
Усиление опор сочетается с их ремон-
том и вызывается совокупностью двух
причин: недостаточными размерами опо-
ры и неудовлетворительным их состоя-
нием. *
При недостаточной прочности тела опо-
ры устраивают железобетонную оболоч-
ку достаточных размеров, чтобы на нее
можно было передать всю нагрузку или
значительную ее часть.
Для устоев с недостаточными размера-
ми в некоторых случаях можно приме-
нить разгрузку от давления грунта со
стороны насыпи, например, заменив за-
сыпку за устоем кладкой, или отодвинуть
конус насыпи с добавлением нового про-
лета.
В отдельных случаях для повышения
грузоподъемности массивных опор мож-
но заменить массивную верхнюю часть
ее, расположенную выше уровня высо-
ких вод, более легкой рамной или столб-
чатой конструкцией. Этот способ может
оказаться наиболее приемлемым, если
требуется перекладка верхней части опо-
ры или другой значительный ремонт.
На рис. 28.20 показана конструкция
усиления опоры из бутовой кладки мощ-
296
ной железобетонной оболочкой. Толщи-
на железобетонной оболочки равна 40 см.
Для связи между длинными железобе-
тонными стенками оболочки поставлены
стяжки из стержней диаметром 24 мм,
которые пропущены через сквозные от-
верстия в кладке. Кроме того, по корот-
кой стороне опоры устроены анкеры,
заделанные в кладку на глубину 80 см.
В верхней части опоры старая кладка
заменена мощной железобетонной плитой,
передающей нагрузку на оболочку.
Усиление фундаментов представляет
собой весьма сложную задачу. При этом
конструкция усиления и способ произ-
водства работ должны обеспечивать
включение добавляемой части фундамен-
та в совместное со старым фундаментом
восприятие действующих сил.
Фундаменты, расположенные на сва-
ях, могут быть увеличены по своей пло-
щади с добавлением новых свай.
Фундаменты опор на естественном ос-
новании можно усилить путем их ушире-
ния (рис. 28.21). Усиление выполняют
под защитой шпунтового ограждения.
После удаления грунта и откачки воды
бетонируют мощные консоли. Для обес-
печения надежного сцепления их с су-
ществующей кладкой на ее поверхности
делают горизонтальные гребни и в нее
заделывают анкеры. Подошву уширен-
ной части фундамента располагают вы-
ше существующей, чтобы при рытье кот-
лована не повредить подошву старого
фундамента.
Для более интенсивного включения в
работу уширенной части фундамента ре-
комендуется производить обжатие грун-
та под ней (см. рис. 28.21). На дно кот-
лована под консолью укладывают бе-
тонную плиту. В просвет между плитой и
консолью устанавливают гидравлические
домкраты. После достижения необходи-
мого давления на грунт между плитой и
консолью устанавливают распорки, дом-
краты вынимают и бетонируют просвет.
При усилении опор может оказаться
полезным химическое укрепление грун-
тов под подошвой фундамента. Для это-
го используются жидкое стекло и в ка-
честве закрепителя — хлористый каль-
ций, которые нагнетаются под давлени-
ем в грунт через трубки, опущенные ни-
же подошвы фундамента. Такой грунт
Рис. 28.21. Усиление фундамента путем его
образует окаменелый монолит. Наиболее
хорошие результаты этот способ дает при
укреплении песчаных грунтов.
Для упрочнения грунтов в основаниях
можно также использовать цементацию,
глинизацию и битуминизацию. В зави-
симости от способа укрепления в грунт
через трубки нагнетают цементный, гли-
нистый растворы или горячий битум.
Цементацию применяют для рыхлых
песков. Глинизация находит- применение
для заполнения в основании больших пу-
стот. Для этих целей используют биту-
минизацию, но только при наличии боль-
ших скоростей течения грунтовых вод,
когда глинистый раствор может быть
вымыт.
Для упрочнения грунтов и повышения
несущей способности илистых грунтов
могут быть использованы электрохими-
ческие методы упрочнения, основанные
на пропуске через упрочняемый грунт
постоянного тока, в результате чего про-
исходят электрокинетические явления
(движение мельчайших грунтовых час-
тиц к аноду), явления электролиза и хи-
мические реакции.
28.7. Ремонт и усиление
водопропускных труб
В процессе эксплуатации водопропуск-
ных труб возникает необходимость раз-
личных ремонтных работ, а иногда и уси-
ления отдельных их элементов.
Ремонтные работы по укреплению ру-
сел и труб (бетонного и каменного моще-
297
ния) проводят до паводка. В районах с
умеренным климатом при непучинистых
грунтах для ремонта бетонных укрепле-
ний русел и бетонных лотков применяют
монолитный бетон. Бетон укладывают на
слой песчано-гравийной или щебеночной
подготовки толщиной не менее 5 см, уст-
раиваемой в местах поврежденного бето-
на после его удаления. В районах с теп-
лым климатом при непучинистых грун-
тах подготовительный слой можно не
делать.
Каменное мощение русел у труб ремон-
тируют обычно укладкой камня в один
или два ряда на подготовительный слой
мха толщиной около 5 см или слой щебня
толщиной 10—15 см с подбивкой, трам-
бованием и расщебенкой пустот.
В каменных трубах вывалы камней да-
же на небольших участках необходимо
устранять немедленно или устраивать вре-
менное подкрепление зоны вывала, ина-
че через образовавшийся вывал может
произойти утечка грунта насыпи, и, как
следствие, — опасное деформирование
пути.
Поврежденные швы в кладке трубы за-
делывают цементно-песчаным раствором
состава 1:2 с водо-цементным отноше-
нием не более 0,5, приготовленным на
цементе марки не менее М 300 и песке с
крупностью зерен 0,3—1 мм.
Ремонтируемые швы предварительно
расчищают с последующей очисткой по-
верхностей проволочной щеткой. Под-
готовленные таким образом швы забива-
ют паклей, смоченной в горячей смоле
или битуме. Швы раскрытием более 10 мм
заделывают затем цементно-песчаным
раствором или бетоном поэтапно: снача-
ла производят частичное заполнение шва,
а после схватывания— окончательную
заделку. Для улучшения сцепления раст-
вора (бетона) с поверхностью ее предва-
рительно смачивают цементным молоком
состава 1:5 (цемент, вода). Эти работы
выполняют при текущем содержании во-
допропускных труб.
При капитальном ремонте труб наибо-
лее характерны следующие работы: за-
мена или устройство гидроизоляции, ук-
репление (усиление) кладки фундамента,
перекладка оголовков, устройство внут-
ренней’ железобетонной оболочки, тор-
кретирование поверхностей.
На трубах обычно укладывают двух-
слойную оклеечную гидроизоляцию. Ук-
ладку гидроизоляции производят без
перерыва движения поездов с установкой
разгрузочных пакетов или инвентарных
пролетных строений (рис. 28.22). Инвен-
тарные пролетные строения (разгрузоч-
ные пакеты) устанавливают и убирают
в «окно» между поездами с ограждением
места работ сигналами остановки.
Технология, материалы, применяемые
при устройстве и ремонте гидроизоля-
ции труб, аналогичны используемым при
устройстве гидроизоляции пролетных
строений. По гидроизоляционному по-
Рис 28.22 Устройство гидроизоляции на водопропускной трубе
крытию укладывают слой жирной мятой
глины толщиной около 20 см. Устройство
и ремонт гидроизоляции изложенным
способом могут производиться практи-
чески без ограничения скорости движе-
ния поездов.
При образовании в кладке (бетонной,
каменной, кирпичной) большого коли-
чества трещин, пустот, расстройств про-
изводят ее укрепление путем цемента-
ции. Работы по цементации кладки ана-
логичны работам, проводимым при ре-
монте мостов.
В случае значительных расстройств
кладки, при больших деформациях произ-
водят ее перекладку. Перекладку или
переустройство оголовков выполняют под
защитой временных землеоградительных
стенок, поддерживающих насыпь. Эти
работы обычно выполняют без перерыва
и ограничения скорости движения по-
ездов.
При значительных повреждениях клад-
ки тела трубы или недостаточной несу-
щей способности ее усиливают, устраивая
внутреннюю железобетонную оболочку.
Ее делают из монолитного бетона толщи-
ной 15—25 см с армированием в виде замк-
нутого контура из кольцевых стержней
диаметром 12—16 мм (через 15—20 см)
и продольных — диаметром 8—10 мм
(через 20—30 см). Арматуру прикрепляют
к металлическим штырям, забиваемым в
швы кладки с шагом 60 см поперек и 100—
120 см вдоль оси трубы. Работы по уст-
ройству оболочки выполняют в следую-
щем порядке. Сначала устанавливают
кружала опалубки и монтируют арматур-
ный каркас. Затем бетонируют оболочку
снизу вверх с закладкой досок опалубки
по мере бетонирования. Верхнюю часть
свода оболочки бетонируют с торца «на
себя» секциями длиной 50 см.
При наличии в кладке трещин, поверх-
ностных раковин, выветрившихся участ-
ков производят торкретирование внут-
ренней поверхности труб. В случае не-
больших повреждений поверхности клад-
ки торкретирование делают без металли-
ческой сетки. При более крупных по-
вреждениях кладки, а также для получе-
ния более прочного покрытия, защищаю-
щего кладку, например от ударного и ис-
тирающего воздействий Льда и наносов,
устанавливают сетку из проволоки диа-
метром около 5 мм, прикрепляемую к
штырям на расстоянии около 10 мм от
поверхности кладки. Технология, мате-
риалы и оборудование, применяемые при
торкретировании кладки труб, аналогич-
ны используемым при ремонте опор и
пролетных строений мостов.
Глава 29
РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ И ТРУВ
29.1. Общие сведения
Реконструкция искусственных соору-
жений — коренное изменение их основ-
ных характеристик в период эксплуата-
ции: отверстий, габаритов, числа путей,
вида езды, грузоподъемности, статичес-
кой схемы и др.
Необходимость реконструкции мостов
обычно связана с значительным повыше-
нием грузоподъемности, недопустимым
физическим износом и изменением усло-
вий эксплуатации железной дороги, вод-
ного или другого пути под мостом.
Водопропускные трубы реконструи-
руют главным образом в связи с необхо-
димостью повышения их водопропускной
способности, уширения земляного полот-
на, а также в случае резкого ухудшения
их физического состояния.
Основные виды реконструкции мостов:
замена существующих пролетных строе-
ний новыми с более высокими характе-
ристиками; переустройство опор; увели-
чение числа путей на мосту; устройство
автомобильного поезда на железнодорож-
ном мосту; переустройство моста, на-
пример деревянного в железобетонный.
Наиболее распространенные виды ре-
конструкции водопропускных труб сле-
дующие: переустройство оголовков; уд-
линение труб; увеличение их водопро-
пускной способности путем изменения
конструкции входного оголовка или уст-
ройства на входе повышенного звена, а
при невозможности достижения требуе-
мой водопропускной способности трубы
указанными методами — ее замена на
новую соответствующих размеров; пере-
устройство старых труб, находящихся в
неудовлетворительном состоянии.
299
Варианты реконструкции искусствен-
ных сооружений весьма разнообразны.
Кроме того, с вариантами реконструк-
ции часто конкурируют другие реше-
ния, например, усиление. Выбор опти-
мального решения с учетом максималь-
ного числа факторов производят на ос-
новании технико-экономического анали-
за всех возможных вариантов. Так, на
выбор решения между усилением и заме-
ной пролетных строений оказывают влия-
ние факторы, связанные не только с за-
тратами на материалы и производство ра-
бот, но и потерями, вызванными переры-
вами в движении поездов и снижениями
их скорости.
Экономическую эффективность усиле-
ния или замены пролетных строений оце-
нивают сравнением соответствующих
вариантов по суммарным приведенным
затратам1. Приведенные затраты (?тр
определяют по формулам:
при усилении пролетного строения с
последующей его заменой новым
+------^~7"+ —С*' t '
(1 + ^нп) * (1 +^нп) 2
при замене пролетного строения
п ,С'г v
(1 +^нп)
где Kq —единовременные затраты со-
ответственно на усиление и замену пролетного
строения; СТ1, СТ2 — ежегодные эксплуата-
ционные расходы, включающие амортизацион-
ные отчисления и затраты по текущему со-
держанию соответственно усиленного и ново-
го пролетного строения; t± — срок службы уси-
ленного пролетного строения; /2 ~~ срок,
ограничивающий период суммирования затрат
по вариантам; t2 = + 1; Kr — единовре-
менные затраты на замену усиленного пролет-
ного строения новым через tt лет; £Нп —
нормативный коэффициент для приведе-
ния разновременных затрат (£нп = 0,08).
Единовременные затраты на усиление
эксплуатируемого пролетного строения
складываются из сметной стои-
1 Указания по определению экономиче-
ской эффективности работ по капитальному
ремонту искусственных сооружений. Л.:
ЛИИЖТ, 1977.77 с.
300
мости строительно-монтажных работ
и дополнительных затрат + /Qj4),
связанных со снижением скорости дви-
жения поездов и предоставлением «окон»
в процессе усиления пролетного строения
в эксплуатационных условиях:
где = Сэ + Сб + (Км + КПс) £и + Слч;
Сэ — дополнительные расходы, вызванные
торможением и разгоном прездов, Сб — до-
полнительные расходы на содержание поезд-
ных бригад, /См — увеличение оборотных
средств за счет ограничения скорости движе-
ния поездов в период работ по усилению моста;
/Сцс — единовременные затраты, вызванные
увеличением парка вагонов и локомотивов; Еп
— нормативный отраслевой коэффициент
эффективности; Спч — затраты, связанные
с дополнительной задержкой пассажиров
из-за ограничения скорости движения поездов,
— затраты, связанные с простоями поез-
дов в период действия «окон».
Единовременные затраты на замену
пролетного строения
К30 =Лс-*л + Кич,
где К3С — сметная стоимость строительно-
монтажных работ по замене пролетного строе-
ния, К3 — ликвидная стоимость заменяемого
пролетного строения; — дополнитель-
ные затраты, вызванные простоем поездов в
период работ по замене пролетного строения.
Аналогично определяют единовремен-
ные затраты Ki па замену усиленного
пролетного строения новым.
При реконструкции мостов малых про-
летов металлические пролетные строения,
как правило, заменяют железобетонны-
ми с ездой на балласте. Такая замена про-
летных строений улучшает эксплуата-
ционные качества реконструированных
мостов ввиду уменьшения эксплуатаци-
онных расходов и устройства езды на бал-
ласте.
Основное требование к организации
работ по замене пролетных строений —
минимальное нарушение графика дви-
жения поездов.
29.2. Реконструкция мостов
с изменением числа путей
и подмостовых габаритов
Реконструкция мостов в связи с уве-
личением числа путей на мосту встреча-
ется довольно часто. Иногда при строи-
тельстве однопутного моста предусмат-
ривалось устройство в перспективе вто-
рого пути, для чего опоры возводили иод
два пути. В этом случае реконструкция
представляет собой установку пролет-
ных строений рядом с эксплуатируемыми
под второй путь.
При отсутствии готовых опор реконст-
рукцию производят с устройством до-
полнительных опор на фундаментах су-
ществующих опор (при наличии поло-
гих ледорезов) или на самостоятельных
фундаментах. Для устройства дополни-
тельной опоры на ледорезной части су-
ществующей опоры полностью или час-
тично разбирают кладку ледореза. Для
обеспечения надежного соединения но-
вой кладки со старой устраивают штра-
бы, закладывают анкеры из' рельсов,
толстых арматурных стержней (рис.
29.1).
Сооружение дополнительных опор на
самостоятельных фундаментах с целью
упрощения их конструкции обычно произ-
водят с низовой стороны существующих
опор. При этом, по существу, строят но-
вый мост рядом со старым.
Сооружение устоев под пролетные
строения нового пути часто приходится
выполнять в пределах существующих на-
сыпей. Для обеспечения устойчивости на-
сыпей при сооружении устоя применяют
оградительные ” стенки, * расположенные
параллельно оси пути (рис. 29.2, а) или
наклонно (рис. 29.2, б). Стенку в зависи-
мости от глубины выборки насыпи дела-
ют деревянной закладной (при глубине
выборки насыпи до 4 м) или шпунтовой
из деревянного или металлического
шпунта (при глубине выборки насыпи
более 4 м).
Новые устои сооружают на естествен-
ном основании с применением свай или
свай оболочек, образующих фундамент
типа высокого ростверка. В последнем
случае требуется срезка существующей
насыпи на небольшую высоту, что почти
полностью исключает укрепление насы-
Рис 29.1 Устройство дополнительной опоры
(уширение опоры) на ледорезной части суще-
ствующей:
/ — старая кладка; 2 — новая кладка, 3 — анкеры
пи на время производства работ. Если
требуется срезать насыпь и под действу-
ющим путем, то для обеспечения движе-
ния поездов этот участок перекрывают
разгрузочным пакетом, опираемым од-
ним концом на старый устой, а другим —
на шпальную клетку.
Монтаж пролетных строений под но-
вый путь производят обычными метода-
ми, применяемыми при строительстве
новых мостов.
В малых и средних мостах разбивку на
пролеты новой части моста, сооружаемой
на новых опорах, обычно не изменяют,
сохраняя прежнюю схему. В мостах через
судоходные реки в судоходной части при
удовлетворении требований подмостово-
го габарита, как правило, сохраняют
прежнюю разбивку на пролеты, а в не-
судоходных частях по технико-экономи-
ческим соображениям нередко изменяют
схему расположения опор, уменьшая дли-
ну пролета. При этом пролетные строе-
Рис. 29.2. Схемы сооружения устоев под про-
летные строения нового пути
а — с устройством оградительной стенки параллель-
но оси пути; б — с устройством оградительной стен-
ки наклонно к оси пути;
/ — устой под новый путь; 2 — оградительная степ
ка, 3 — старый устой
301
ния из несудоходной части существую-
щего моста могут быть установлены в су-
доходную часть сооружаемого при рекон-
струкции моста, а несудоходная часть ре-
конструируемого моста перекрывается но-
выми пролетными строениями по изме-
ненной схеме разбивки на пролеты. Та-
кой вариант реконструкции возможен на
мостах, имеющих большое число одина-
ковых пролетных строений, удовлетво-
ряющих требованиям судоходства по
длине пролета.
Реконструкция мостов с целью увели-
чения подмостовых габаритов обусловли-
вается изменениями условий судоходства
или пропуска другого вида транспорта
под мостом (путепроводом).
Ширину подмостового габарита увели-
чивают путем замены пролетных строе-
ний на новые большей длины с разбор-
кой части опор (рис. 29.3, б), а высоты—
подъемкой пролетных строений или за-
меной пролетных строений на новые с
меньшей строительной высотой, напри-
мер, пролетных строений с ездой повер-
ху на пролетные строения с ездой пони-
зу (рис. 29.3, в).
Замену пролетных строений длиной
до 45 м производят стреловыми, консоль-
но-балочными и консольными кранами,
а при больших пролетах применяют по-
перечную, продольную надвижки. В не-
которых случаях снятие старых пролет-
ных строений и установку новых вы-
полняют при помощи плавучих средств.
Пролетные строения малой длины заме-
няют преимущественно полноповоротны-
ми кранами на железнодорожном ходу,
которые позволяют производить весь ком-
плекс работ по демонтажу старых пролет-
ных строений и монтажу новых. Недоста-
ток организации работ стреловыми крана-
ми — необходимость демонтажа или от-
вода в сторону от пути контактных прово-
дов на электрифицированных участках,
а в отдельных случаях — занятие габа-
рита соседнего пути. Отмеченные особен-
ности увеличивают продолжительность
ограничений движения поездов и требу-
ют повышенной бдительности для обес-
печения безопасности работ.
Работы по замене пролетных строений
стреловыми кранами на железнодорож-
ном ходу производят в «окно» в движении
поездов, используя один или два крана в
зависимости от веса пролетного строения,
наличия рядом второго пути, продолжи-
тельности «окна», необходимости переуст-
Рис 29.3. Схемы реконструкции моста с увеличением подмостового габарита:
302
ройства устоев. Эти работы относитель-
но несложны при замене одиночных про-
летных строений, так как кран работает,
находясь на насыпи, и его устойчивость
можно обеспечить известными методами.
В многопролетных мостах с ездой повер-
ху применение стреловых кранов ослож-
няется тем, что крану нужно работать,
находясь на пролетных строениях, а это
может вызвать в них недопустимые пере-
грузки элементов и снизить поперечную
устойчивость крана. Организация работ
с применением двух кранов и более тре-
бует тщательной проработки всех эта-
пов по замене пролетного строения. Та-
кие работы выполняют в соответствии с
проектом или технологической картой,
разрабатываемыми для конкретного мос-
та, и проводят их под непосредственным
руководством лица, ответственного за
технику безопасности. Продолжитель-
ность «окна» для замены пролетных строе-
ний малой длины составляет 5,5—8,5 ч.
Консольные краны в большинстве слу-
чаев применяют для замены пролетных
строений длиной 20—35 м. Для замены
таких пролетных строений чаще всего ис-
пользуют краны ГЭК-50, ГЭК-80 и
ГЭПК-130, причем краном ГЭПК-130
можно заменить пролетные строения с
ездой понизу длиной 45 м. Краны ГЭК-50
и ГЭК-80 берут и ставят пролетное строе-
ние (блок) по оси пути, а ГЭПК-130 мо-
жет выносить груз в сторону до 5,3 м.
Консольные краны по сравнению с пол-
ноповоротными имеют ряд преимуществ:
они не имеют выносных опор (аутригеры),
при работе не нарушают габарит сосед-
него пути и не требуют демонтажа кон-
тактной сети (небходимо лишь ее обес-
точивание).
В то же время при работе с консоль-
ными кранами следует иметь в виду и их
особенности — большой вынос в сторону
от пути переднего конца транспорти-
руемого пролетного строения при про-
ходе по кривым участкам пути, большое
давление на путь от осей передней опор-
ной платформы при загруженном кране,
невозможность прохода крана с грузом
при возвышении одного рельса над дру-
гим более 80 мм, необходимость в надвиж-
ке под консоль и уборки из-под нее ус-
танавливаемого (убираемого) пролетно-
го строения, блока.
Для замены металлического Пролет-
ного строения длиной 23 м железобетон-
ным одним консольным краном требует-
ся «окно» в 5,5—6 ч.
Для замены пролетных строений дли-
ной до 25 м мостовым проектным бюро
ЦП МПС разработан балочно-консоль-
ный кран грузоподъемностью 160 т.
(БКЭ-160). Замену пролетных строений
этим краном выполняют в такой последо-
вательности (рис. 29.4). Новое пролетное
строение подводится под кран путем по-
перечной передвижки на ближайшем к
мосту раздельном пункте. С устанавли-
ваемым пролетным строением кран за-
ходит на мост, снимает старое пролетное
строение (положение /). Затем кран пере-
двигается в положение //, устанавлива-
ет новое пролетное строение и после вос-
становления пути уходит со старым про-
летным строением на раздельный пункт.
Освободившийся кран в такой же после-
довательности производит замену второ-
го пролетного строения и т.д. Таким об-
разом, при работе консольно балочным
краном во время «окна» не производятся
операции по поперечной передвижке но-
вого и старого пролетных строений, что
сокращает времязакрытия перегонов. Для
замены пролетного строения длиной 23 м
балочно-консольным краном требуется
«окно» в 3—3,5 ч.
Реконструкция с заменой пролетных
строений большей длины — весьма слож-
ный комплекс дорогостоящих работ. При
проектировании этого вида реконструк-
ции необходимо стремиться к максималь-
ному использованию старых опор; пере-
устройство моста производить только в
судоходной части реки, а в путепрово-
дах —в пределдх проезда под ним. Выбор
оптимального решения производят на
основе технико-экономического сравне-
ния вариантов реконструкции.
Замену пролетных строений передвиж-
кой, чаще поперечной, а в некоторых
случаях комбинированным способом (про-
дольная и поперечная) выполняют по
проектам, разрабатываемым с учетом
местных условий, режима водотока, ос-
нащенности строительной организации,
эксплуатационной работы участка доро-
ги, на котором реконструируется мост,
и др. Приемы ведения работ этими спосо-
303
бами при строительстве новых мостов
рассмотрены в гл. 22 и 24.
Важным моментом при замене пролет-
ных строений поперечной передвижкой
является выбор уровня сборки новых
пролетных строений. Так, при невысоких
опорах и малом зеркале меженной воды
новые пролетные строения собирают в
створе и в одном уровне со старыми. При
высоких опорах, большом зеркале воды
новые пролетные строения для удобства
сборки целесообразно монтировать в по-
ниженном уровне, а затем поднимать до
уровня поперечной передвижки (домкра-
тами, фермоподъемниками). В тех слу-
чаях, когда новые пролетные строения
представляют неразрезную систему, их
удобно собирать вне русла (на подходе к
мосту), затем продольной надвижкой по
временным опорам переместить в русло
рядом с мостом, а потом в «окно» попереч-
ной передвижкой поставить на место.
Ранее замену пролетных строений по-
перечной передвижкой чаще всего про-
изводили последовательно одно за дру-
гим. Это обусловливалось недостаточ-
ностью оснащения строительных орга-
низаций оборудованием и опыта ведения
таких работ. В настоящее время замену
пролетных строений поперечной пере-
движкой, как правило, выполняют сце-
пом старых пролетных строений с новы-
ми и на всю длину моста. Это позволяет
значительно сократить суммарную про-
должительность ограничений в движении
поездов.
При замене пролетных строений по-
перечной передвижкой в каждом проле-
те с верховой и низовой стороны прихо-
дится сооружать подмости для сборки
нового и разборки старого пролетного
строения, а также устройства для их
подъемки и передвижки (рис. 29.5). При
замене пролетных строений при помощи
плавучих средств приходится устраивать
самостоятельные пирсы для сборки но-
вых и разборки старых пролегных строе-
ний, а также иметь два комплекта плаву-
чих средшв — один для снятия, а другой
для установки пролетных строений.
Замена пролетных строений попереч-
ной передвижкой может быть осуществле-
на в любое время года и практически при
любых местных условиях. В то же время
замена пролетных строений с использо-
ванием плавучих средств ограничена по
времени года„ в целом ряде случаев не-
возможна из-за недостаточных глубин ре-
ки. При технико-экономической оценке
способов замены пролетных строений в
первом приближении можно считать,
что замена с использованием плавучих
средств выгоднее замены с помощью по
Рис. 29.4. Схема замены пролетных строений консольно-балочным краном
1 — новое пролетное строение, 2 — снятое пролетное строение, 3 — консольно-балочный кран
304
Рис 29 5 Схема поперечной передвижки при замене пролетных строений.
перечной передвижки при четырех про-
летах и более.
Подъемку пролетных строений с целью
увеличения высоты подмостового габа-
рита выполняют в «окна», продолжитель-
ность которых определяют с учетом вре-
мени, необходимого на один цикл подъ-
емки всех пролетных строений и пути на
подходах к мосту. За один цикл (в одно
«окно») производят подъемку на высоту
до 15 см. После завершения каждого цик-
ла подъемки открывают движение поез-
дов по мосту и ведут подготовку к сле-
дующему циклу работ. Пролетные строе-
ния, как правило, поднимают гидравли-
ческими домкратами, устанавливаемыми
под опорные поперечные балки, и опира-
ют на временные клетки из железобе-
тонных, металлических или деревянных
элементов. После подъемки пролетных
строений на требуемую высоту их опира-
ют на постоянные надстроенные части
опор с установкой опорных частей.
29.3. Прочие виды реконструкции
мостов
Нередко возникает необходимость подъ-
емки пролетных строений на малых мос-
тах в связи с подъемкой пути при ремон-
те. При повышении уровня пути относи-
тельно начального положения до 30 см
на железобетонных мостах при хорошем
их состоянии путь поднимают, увеличи-
вая толщину балластного слоя с соответ-
ствующим наращиванием бортов пролет-
ных строений (рис. 29.6) и боковых сте-
нок устоев. Если поднять путь на малых
мостах увеличением толщины балласт-
Рис. 29.6. Наращивание бортов пролетного строения бетонированием:
305
його слоя или повышением высоты по-
перечин нельзя, то производят подъемку
пролетных строений с наращиванием под-
ферменных плит, шкафных и боковых
стенок устоев. Подъемку пролетных ст-
роений осуществляют домкратами, ес-
ли имеются поддомкратные балки или
консоли, а также стреловыми или кон-
сольными кранами. Для наращивания
подферменных плит используют железо-
бетонные блоки. Подъемку пролетных
строений и установку блоков произво-
дят в «окно». Блоки, устанавливают на
быстротвердеющий цементный раствор.
При подъемке пролетного строения на
высоту более 20 см новые блоки реко-
мендуется обетонировать с установкой
арматурного каркаса, прикрепленного
штырями к шкафной стенке устоя.
Шкафные и боковые стенки устоев на-
ращивают бетонированием или установ-
кой на цементный раствор заранее за-
готовленных бетонных блоков. Эту ра-
боу выполняют после подъемки пролет-
ных строений.
При электрификации железных дорог
пролетные строения с ездой понизу, из-
готовленные по расчетным нормам до
1907 г. включительно, как правило, не
удовлетворяют требованиям габарита по
высоте. В связи с этим проводят их пере-
устройство. Увеличение габарита по вы-
соте достигают перестановкой горизон-
тальных и поперечных связей на более вы-
сокий уровень, а также переустраива-
ют портальное заполнение. При этом в
пролетных строениях пролетами до 66 м
нередко верхние связи приходится уста-
навливать выше верхних поясов главных
ферм (рис. 29.7).
В последние годы на металлических
мостах все чаще проводят реконструк-
цию мостового полотна на деревянных по-
перечинах, заменяя его мостовым полот-
ном с ездой на железобетонной плите
(балластное и безбалластное). При этом
включение железобетонной плиты в сов-
местную работу с продольными или глав-
ными балками позволяет значительно по-
вышать их грузоподъемность.
Устройство автомобильного проезда на
железнодорожном мосту является осо-
бым видом реконструкции. Она может
быть эффективно использована при пере-
сечении автомобильными дорогами боль-
ших рек при наличии в этом районе же-
лезнодорожного моста с достаточным ре-
зервом грузоподъемности. При этом на
железнодорожном мосту устраивают ав-
томобильный проезд и мост в течение
определенного времени, которое устанав-
ливается технико-экономическим обос-
нованием, обеспечивает одновременный
пропуск железнодорожной и автомобиль-
ной нагрузок. Схема расположения л
конструкция автомобильного проезда за-
висят от характеристик реконструируе-
мого моста. Так, при реконструкции мос-
та со сквозными металлическими пролет-
ными строениями с ездой понизу возмож-
ны следующие варианты расположения
автомобильного проезда: на консолях,
Рис. 29.7 Схема переустройства верхних связей с целью увеличения высоты габарита
пролетного строения:
/—стойка решетки фермы; 2 — верхний пояс фермы; 3 — распорка, 4 - фасонка горизонтальных
связей; 5 — уголки горизонтальных связей
306
Ш.15 1,56 95.85м 1,53
Рис. 29 8 Схема переустройства железнодорожного моста под совмещенную езду с
устройством автомобильного проезда в уровне верхних поясов главных ферм
прикрепляемых к поперечным балкам
проезжей части существующих пролет-
ных строений; над железнодорожным
проездом; в уровне верхних ^поясов глав-
ных ферм. От расположения автомобиль-
ного проезда в значительной степени за-
висит устройство развязок автомобиль-
ной и железной дорог, что необхо-
димо учитывать при выборе варианта
(рис. 29.8).
При замене пролетных строений боль-
ших железнодорожных мостов, особенно
расположенных в крупных населенных
пунктах, возможны варианты переуст-
ройства таких мостов под совмещен-
ную езду.
29.4. Реконструкция водопропускных
труб
Наиболее распространенными видами
реконструкции водопропускных труб яв-
• ляются переустройство оголовков, уд-
линение труб, увеличение их водопро-
пускной способности. В ряде случаев на
эксплуатируемых железнодорожных ли-
ниях возникает необходимость в устрой-
стве новых труб под существующими на-
сыпями или замена новыми.
Переустройство оголовков путем на-
ращивания их по высоте (не более 1 м)
делают при недостаточной длине трубы
для поддержания откоса насыпи. Конст-
рукцию наращивания оголовков выбира-
ют в зависимости от его высоты и типа
оголовков. Элементы наращивания ого-
ловков выполняют из каменных, бетон-
ных и железобетонных сборных блоков,
соединяя их со старой кладкоц стальны-
ми штырями.
Наращивание по всему периметру ого-
ловков сложной конфигурации в плане
(коридорный, воротниковый, раструбный)
выполняют из монолитного бетона или
железобетона.
При удлинении труб кладку фундамен-
тов, как правило, не разбирают и
сохраняют существующее отверстие
(рис. 29.9). Разборку старых фундамен-
тов под оголовками трубы делают при
плохом состоянии их кладки, недоста-
точных глубине на промерзание и разме-
рах в плане. Пристраиваемые участки те-
ла трубы, как правило, выполняют по
типу существующей, а новые оголовки
могут быть изменены.
Трубы старой постройки имеют, как
правило, портальные, коридорные, во-
ротниковые и раструбные плохо обтека-
емые оголовки, которые по сравнению с
обтекаемыми, например коническими, в
трубах равных отверстий имеют пропуск-
ную способность ниже 40 %. Поэтому во
многих случаях путем переустройства
плохо обтекаемого оголовка в хорошо об-
текаемый удается значительно повысить
пропускную способность трубы.
Для повышения водопропускной спо-
собности труб, работающих при затоп-
ленном входе, по предложению ЛИИЖТа,
делают плавный вход в трубу устройст-
Рис. 29.9. Удлинение трубы.
/ — новый оголовок; 2 — стары!
вый фундамент
307
Рис 29.10 Повышение обтекаемости входного
оголовка трубы
вом над входным отверстием обтекаемого
открылка-козырька или перемычки
(рис. 29.10). Такое простое устройство,
которое может быть сделано силами дис-
танции пути без капитального переуст-
ройства трубы, позволяет значительно
повысить ее водопропускную способ-
ность.
В прямоугольных трубах повышение
водопропускной способност и несложно
достичь устройством на входе повышен-
ных звеньев. Перед переустройством тру-
бы на повышенный расход воды необхо-
димо проверить и отремонтировать изо-
ляцию в стыках звеньев, особенно, если
труба будет работать в напорном ре-
жиме.
При невозможности достичь указанны-
ми методами требуемого увеличения про-
пускной способности трубы ее заменяют
новой соответствующих размеров. Пере-
устройство старых труб на новые выпол-
няют и при неудовлетворительном состоя-
нии их основных элементов. Замена ста-
рой трубы новой имеет много общего со
строительством новой трубы под сущест-
вующей насыпью.
Необходимость переустройства труб под
существующими насыпями возникает
редко и обычно связана с изменением
гидрологической обстановки у трассы су-
ществующей линии. Проектирование и
строительство новых труб под существу-
ющими насыпями выполняют по нормам
для труб, сооружаемых на новых желез-
нодорожных линиях. Сооружение труб
под существующими насыпями может вы-
полняться различными способами. При
открытом способе (рис. 29.11, а) насыпь
раскрывают под углом естественного от-
коса в «окно», затем раскрытый участок
перекрываюг временным мостом, состоя-
щим из инвентарного пролетного строе-
ния на шпальных опорах, и открывают
движение поездов. При длине пакета
18,2 м можно сооружать трубы в насыпи
высотой до 5 м.
Для уменьшения объема.земляных ра-
бот и длины временного моста применя-
ют способ устройства трубы в прорези,
выполняя крепление ее стенок по мере
углубления (рис. 29.11, б).
При высоте насыпи 8—10 м рекоменду-
ется комбинированный способ, при кото-
ром верхнюю часть насыпи раскрывают
открытым способом на глубину, опреде-
ляемую длиной имеющегося пакета и кру-
тизной откосов, в нижнюю проходят про-
резью.
Рис. 29.11. Сооружение трубы в насыпи:
а — открытым способом; б — в прорези;
/—шпунт; 2 — фундамент трубы, 5— сооружаемая труба; 4 — инвентарное пролетное строение;
5 — ограждение
308
В насыпях высотой более 10 м трубы
сооружают с проходкой насыпи штоль-
невым или щитовым способом, а также
продавливанием.
Из рассмотренных способов устройст-
ва труб под существующими насыпями
наиболее часто применяются открытый
способ, в прорези и комбинированный
как относительно несложные. Штольне-
вый способ проходки насыпи из-за ряда
существенных недостатков применяют
очень редко. Щитовой метод достаточно
экономичен, наиболее безопасен и приме-
ним при любой глубине заложения труб.
Ограниченность применения этого спо-
соба зачастую вызывается отсутствием
горнопроходческого оборудования в стро-
ительных организациях.
Способ продавливания применяют при
сооружении бесфундаментных железобе-
тонных и металлических труб. При этом
способе требуется устройство надежных
упоров для домкратов, вдавливающих
звенья в тело насыпи.
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ТОННЕЛИ
Глава 30
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОННЕЛЯХ
30.1. Назначение тоннелей
и их классификация
Тоннелем называют горизонтальное
или наклонное подземное искусственное
сооружение, имеющее значительную про-
тяженность и предназначенное для тран-
спортных целей, пропуска воды, проклад-
ки городских коммунальных сетей или
размещения производственных предприя-
тий.
Тоннели на путях сообщения служат
средством для преодоления различных
препятствий или для развития линии под
землей с использованием ограниченного
уклона.
К транспортным относятся тоннели
железнодорожные, автодорожные, судо-
ходные, пешеходные тоннели метропо-
литенов, а также тоннели' большого по-
перечного сечения, в которых происхо-
дит движение транспорта нескольких ви-
дов.
Классификации транспортных тонне-
лей определяются признаками, положен-
ными в их основу. Так, по местоположе-
нию тоннели бывают горные, подводные
и городские различного назначения.
По способу постройки различают тон-
нели, сооружаемые открытым и закры-
тым способами. При открытом способе в
предарительно разработанном котло-
ване сооружают тоннельную конструк-
цию, которую после ее завершения
засыпают грунтом. Закрытый способ по-
стройки или проходки тоннелей в свою
очередь подразделяют на горный и щи-
товой.
310
При горном способе работ создают под-
земную выработку, обычно закрепляе-
мую временной крепью, под защитой ко-
торой в дальнейшем сооружают постоян-
ную тоннельную конструкцию, называе-
мую обделкой.
Такую конструкцию обычно выполня-
ют из монолитного бетона.
Щитовой способ постройки связан с ис-
пользованием проходческого щита —
подвижной стальной крепи, ограждаю-
щей места разработки грунта и сооруже-
ния обделки, которую при щитовом спо-
собе обычно выполняют сборной из же-
лезобетонных или чугунных элементов
заводского изготовления.
Кроме перечисленных, существуют и
другие способы постройки тоннелей, по-
лучившие название специальных. Они
применяются в особых местных услови-
ях, когда использование обычных спо-
собов вызывает значительные осложне-
ния.
Преодоление препятствий при помо-
щи тоннелей расширяет возможности
трассирования и улучшает эксплуата-
ционные показатели транспортной ли-
нии. Различают высотные и контурные
препятствия. К высотным относятся гор-
ные хребты, водоразделы и другие воз-
вышенности . Контурными препятствия-
ми называют/ области на земной поверх-
ности, по которым затруднительно или
невозможно провести открытую тран-
спортную линию без использования ис-
кусственных сооружений. К таким пре-
пятствиям в горных районах относятся
участки оползней, осыпей, лавин и
снежных заносов, на равнинах — водо-
токи, водоемы и населенные пункты, в
городах — участки густой застройки.
Тоннельные варианты пересечения вы-
сотного препятствия необходимо срав-
нивать с двумя другими возможными ва-
риантами — обхода препятствия и раз-
вития линии с подъемом на перевал и уст-
ройством глубокой выемки.
Преодоление контурных препятствий
связано с применением искусственных со-
оружений в виде эстакад, мостов и тон-
нелей, а защита от осыпей, лавин и снеж-
ных заносов требует устройства специ-
альных галерей.
В ряде случаев наиболее целесообразен
перенос трассы в тоннель, расположен-
ный в глубине горного массива за пре-
делами опасной зоны.
Для преодоления водного препятствия
необходимо устройство моста или тон-
неля. Тоннельное решение возможно в
двух вариантах: при постройке щитовым
способом или способом спускных сек-
ций. Оба варианта могут успешно кон-
курировать с вариантом мостового пере-
хода, так как подводный тоннель в срав-
нении с мостом имеет ряд важных
преимуществ: отсутствие помех судоход-
ству, защищенность от ветра, льда и волн,
меньшая бесполезная высота подъема
транспорта и меньшая длина пересече-
ния при высоком габарите судов и широ-
кой пойме.
Особенно успешно в мировой практике
по сравнению с мостами находят приме-
нение подводные тоннели из опускных
секций, которые, кроме перечисленных
преимуществ, отличаются необычайно
высокой индустриальностью изготовле-
ния. Секции таких тоннелей длиной 100—
150 м изготовляют подобно судам в за-
водских условиях в доках или на стапе-
лях, сплавляют к месту постройки тон-
неля и опускают в заранее подготовлен-
ную траншею или при глубоких водото-
ках на дамбу.
Процесс постройки тоннеля сводится к
сравнительно мало трудоемкому и хоро-
шо механизированному соединению от-
дельных секций в тоннель под водой.
К недостаткам тоннельного решения
относится необходимость вентиляции,
постоянного освещения и водоотвода.
По экономическим показателям корот-
кие тоннели уступают мостам.
С увеличением ширины водного пре-
пятствия стоимость 1 м моста увеличи-
вается, а стоимость 1 м тоннеля сни-
жается.
ЗОЛ. Обзор развития тоннелестроения
Тоннели, построенные до нашей эры и в ее
начале на территории древней Римской им-
перии, не имели обделки. Они сооружались
в скальных грунтах достаточно крепких, что-
бы не обрушиться без поддерживающих уст-
ройств, но и достаточно мягких или трещино-
ватых, чтобы выработку можно было пройти
при помощи таких примитивных инструмен-
тов, как кирка, лом и клинья.
Дальнейшее развитие тоннельного строи-
тельства происходило в конце средних веков
в связи с расширением торговли и развитием
межгосударственных связей, а также благо-
даря изобретению пороха, который быстро
нашел применение для взрывания горных по-
род.
Новое интенсивное строительство тонне-
лей связано с бурным развитием в 30-е годы
прошлого столетия железных дорог, требо-
вавших сравнительно малых уклонов и со-
оружения тоннелей для преодоления высот-
ных препятствий. В то же время развивались
технические средства, расширяющие возмож-
ности строителей тоннелей. Коренные измене-
ния произошли в середине XIX в., когда были
открыты пироксилин и динамит — взрыв-
чатые вещества гораздо более сильные, чем
черный порох. В это же время были изобрете-
ны бурильные машины, заменившие мало-
производительное ручное бурение. Новая тех-
ника открыла возможность решения трудней-
ших задач тоннелестроения — сооружение
больших тоннелей через Альпы, разделявшие
Францию, Италию и Швейцарию.
В XX в. строительство тоннелей развива-
лось не только на железных, но и на автомо-
бильных дорогах всего мира. Область строи-
тельства тоннелей значительно расширилась
после того, как в 1825 г. английский инженер
Брюнель для постройки тоннеля под р. Тем-
зой впервые применил изобретенный им про-
ходческий щит, который позволил существен-
но уменьшить опасность при строительстве
тоннелей в слабых и неустойчивых грунтах.
Первые железнодорожные тоннели в Рос-
сии были построены в 1859—1862 гг. на быв-
шей Петербургско-Варшавской дороге — это
два двухпутных тоннеля длиной 1280 и 427 м.
Построено много тоннелей в Крыму, на Кав-
казе, Урале и в Сибири.
В 1886—1890 гг. сооружен двухпутный
тоннель под Сурамским перевалом на Кавказе
протяженностью 3998 м. Его строительство
осложнялось тяжелыми геологическими усло-
виями. Как геодезические, так и проходческие
работы велись на исключительно высоком для
того времени техническом уровне. Методы ра-
бот и конструкции, предложенные для Сурам-
ского тоннеля, послужили образцом для мно-
гих последующих сооружений и были ис-
пользованы при строительстве ряда других
тоннелей на Кавказе, в Сибири и на Даль-
нем Востоке.
После Великой Октябрьской социалисти-
ческой революции и ликвидации разрухи стро-
ительство тоннелей на путях сообщения по-
311
лучило новое развитие. В годы первых пяти-
леток на строительстве тоннелей в Советском
Союзе начинает применяться крупная меха-
низация, используются новые материалы и спо-
собы ведения работ, внедряются сборные кон-
струкции, совершенствуются и развиваются
методы изысканий, проектирования и рас-
четов подземных конструкций.
Крупнейшим вкладом в технику мирового
тоннелестроения явилось сооружение Мос-
ковского метрополитена имени В. И. Ленина.
К 1986 г протяженность линий Московского
метрополитена достигла 212,5 км, а число стан-
ций составило 132.
В настоящее время успешно эксплуати-
руются и расширяются метрополитены Ленин-
града, Киева, Тбилиси, Баку, Харькова, Ере-
вана, Ташкента, Минска, Горького и Новоси-
бирска. Проектируются метрополитены в дру-
гих крупных городах Советского Союза.
Завершаются большие подземные работы на
БАМе, где построен Байкальский тоннель
(6,7 км). Заканчивается строительство Северо-
Муйского тоннеля (15,3 км). По размерам и
сложности условий строительства эти тонне-
ли по праву могут быть отнесены к числу са-
мых уникальных подземных сооружений в ми-
ре.
Глава 31
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАССЫ ТОННЕЛЯ
31.1. Особенности плана и профиля
План и профиль железнодорожных и
автодорожных тоннелей проектируют по
нормам \ установленным для открытых
участков трассы с учетом особенностей,
связанных с движением транспорта в ог-
раниченном закрытом пространстве.
Для обеспечения нормальных условий
движения транспорта, вентиляции, улуч-
шения условий трассирования и проход-
ки тоннеля план его трассы желательно
проектировать прямолинейным. Формы
плана и профиля тоннелей на путях со-
общения зависят от их назначения. Тон-
нели, сооружаемые для преодоления пре-
пятствий, имеют преимущественно пря-
молинейный план и двускатный профиль
(рис. 31.1). Если тоннель необходим для
развития линии, то его план имеет кри-
волинейную форму в виде петли или вит-
ка спирали (рис. 31.2). Профиль таких
тоннелей всегда односкатный.
Радиусы кривых в железнодорожных
тоннелях должны быть не менее 600 м.
Однако меньшие радиусы позволяют со-
кратить длину тоннеля и уменьшить объ-
ем сравнительно дорогих подземных ра-
бот. Поэтому при соответствующем тех-
нико-экономическом обосновании допус-
кается радиус, равный 400 м, а в труд-
ных горных условиях по согласованию с
МПС — 250 м.
В автодорожных тоннелях рекоменду-
ются кривые радиусом не менее 250 м.
При специальном обосновании в очень
сложных условиях рельефа или город-
ской застройки допускаются кривые ра-
диусом до 150 м.
Тоннели на строящихся двухпутных
железных дорогах должны быть рассчи-
таны на размещение двух путей. В тон-
нелях, сооружаемых для преодоления
препятствий, зачастую имеется возмож-
ность использования минимального ук-
лона. В тоннелях, предназначенных для
развития линии, рационально исполь-
зовать максимально допустимые уклоны.
Максимальный уклон (%0) в тоннеле
на кривой
fT = kip — ,
где k — коэффициент смягчения уклона
(см. СНиП 11-39-76); ip — руководящий ук-
лон линии; 1ЭК — уклон, эквивалентный со-
противлению на кривой.
1 СНиП Н-39-76 — для железных дорог; Рис. 31 1. План и профиль перевального тон-
СНиП 2 05.02-85 — для автомобильных дорог. неля
312
Рис 31 2 План и профиль спирального тон-
неля для развития линии
Требование смягчения руководящего
уклона до величины /т распространяется
не только на тоннель, но и на подходы к
нему со стороны подъема на участке, рав-
ном длине поезда.
Коэффициент смягчения уклона k учи-
тывает дополнительное воздушное сопро-
тивление движению поезда в тоннеле,
а также снижение сцепления ведущих
колес локомотива с рельсами в связи с
повышенной влажностью.
Минимальный уклон в тоннеле опре-
деляется необходимостью обеспечения
естественного водоотвода. Его значение
не должно быть менее 3 %0. Как ис-
ключение в пределах разделительных
участков профиля допускается уклон,
равный 2 %0. Также в виде исключения
допускается устройство горизонтальных
разделительных площадок длиной не бо-
лее 400 м. В этом случае необходимый для
естественного водоотвода продольный
уклон в пределах площадки придают во-
доотводному лотку.
31.2. Выбор отметки подошвы
тоннеля и мест порталов
Задача выбора отметки расположения
тоннеля по высоте возникает обычно при
проектировании трассы перевального тон-
неля. Она имеет множество решений. Из
них выбирают то, которое удовлетворяет
технико-экономическим требованиям,
предъявляемым к подземному искусствен-
ному сооружению как звену пути сооб-
щения. Наиболее от тетливо особенности
вариантов трассы проявляются при рас-
смотрении крайних решений, т. е.вершин-
ного и подошвенного (базисного) располо-
жений тоннеля относительно водораз-
дельного хребта (рис. 31.3).
Вершинный вариант тоннеля намного
короче подошвенного, а следовательно,
продолжительность его постройки и стро-
ительная стоимость будут меньше. Од-
нако в этом варианте значительно возрас-
тает длина подходов к тоннелю и услож-
няются условия их строительства. Оче-
видно также, чю вершинный вариант
требует использования уклонов, близ-
ких к максимальному, поэтому эксплуа-
тационные показатели трассы будут ху-
же, чем у подошвенного.
В частности, такой вариант потребует
больших годовых эксплуатационных рас-
ходов
Подошвенный вариант тоннеля отли-
чается большей длиной, но подходы к не-
му короче и, как правило, имеют мень-
шие уклоны.
Очевидно, строительная стоимость это-
го варианта С2 будет больше, чем у вер-
шинного, а. эксплуатационные расходы
Э2 ниже.
Отмеченные показатели Съ Эъ С2 и
Э2 для различных вариантов высотного
расположения тоннеля позволяют опре-
делить срок окупаемости дополнитель-
ных капитальных вложений, потребных
на сооружение более дорогого подошвен-
ного тоннеля в сравнении с вершинным
тоннелем.
Рис. 31.3. Вершинное и базисное расположе-
ния тоннеля
313
Из отношения разностей строительных
стоимостей и эксплуатационных годовых
расходов находим величину срока оку-
паемости (число лет)
Если эта величина не превышает 10—
15 лет, то считают , целесообразным
строительство подошвенного тоннеля.
При большем сроке окупаемости ищут
промежуточное оптимальное решение.
Вершинный вариант принимают при не-
обходимости выполнения строительства
в кратчайшие сроки при минимальных за-
тратах.
Необходимо отметить, что крутизна
склонов водораздельного хребта у его
подошвы обычно невелика и постепенно
возрастает по мере приближения к сед-
лу перевала. Поэтому небольшое повы-
шение отметки подошвы тоннеля по срав-
нению с отметкой базисного варианта ве-
дет к значительному сокращению дли-
ны подземного сооружения. И наоборот,
некоторое понижение этой отметки от-
носительно отметки расположения вер-
шинного варианта мало сказывается на
изменении длины тоннеля в связи с боль-
шой крутизной склонов у седла перева-
ла.
На выбор отметки подошвы тоннеля
оказывают большое влияние топографи-
ческие, геологические и гидрогеологи-
ческие условия, по трассе, а также гид-
рометеорологические и климатические
условия: неблагоприятность последних
двух может сильно осложнить эксплуа-
тацию тоннеля и подходов к нему.
Положение входов в тоннель — порта-
лов — определяют на продольном про-
филе трассы, совмещенном с геологиче-
ским разрезом. Необходимо стремиться
расположить портал в коренных устой-
чивых грунтах вне оползневых участ-
ков.
Практикой устройства портальных вре-
зок в горный массив выработана реко-
мендация, в соответствии с которой у
портала толща грунтов над тоннельной
конструкцией должна составлять не менее
2 м.
Назначив места расположения пор-
талов, определяют длину тоннеля и глу-
бину предпортальных выемок.
314
31.3. Состав геодезическо-
маркшейдерских работ
Проектирование трассы тоннеля вхо-
дит в комплекс трассирования пути со-
общения и является важнейшей и наибо-
лее сложной задачей этого комплекса.
Геодезические работы составляют основ-
ную часть изысканий тоннеля, широко
используются при проектировании его
трассы и обеспечивают соблюдение точно-
го направления оси тоннеля и внутрен-
них размеров конструкции в процессе
строительства.
В состав геодезических работ, обеспе-
чивающих 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 выработки.
Первая из перечисленных работ за-
ключается в трассировании, выполняе-
мом при изысканиях. Трассирование мо-
жет быть проведено геометрическим и
аналитическим способами. Существо гео-
метрического способа заключается в за-
креплении проекций точек оси тоннеля на
поверхности и последующей передаче на-
правления оси в подземную выработку
при помощи инструментов. Этот простей-
ший способ применим при благоприят-
ном рельефе в открытой местности для
тоннелей, ось которых в плане прямоли-
нейна.
Если припортальные участки трассы
расположены на кривых, то передачу
оси тоннеля в подземную выработку удоб-
но производить через визирные штоль-
ни—вспомогательные выработки неболь-
шого поперечного сечения, расположен-
ные на продолжении прямолинейного
отрезка оси тоннеля.
При аналитическом способе трасси-
рования направление оси тоннеля опре-
деляют на крупномасштабном плане
района строительства, составленном в
системе координат, соответствующей
опорной сети триангуляции и полигоно-
метрических пунктов. По плану опреде-
ляют координаты проекций характер-
ных точек оси тоннеля и вычисляют дли-
ны элементов трассы и углы поворота,
Аналитический способ позволяет полу-
чить более точные данные для трассиро-
вания, чем геометрический, но требует
проведения трудоемких работ, связан-
ных с прокладкой опорной триангуля-
ционной и полигонометрической сетей.
При сравнительно несложном релье-
фе местности возможно сочетание анали-
тического и геометрического способов,
когда выполняется закрепление проек-
ций точек трассы тоннеля на поверхно-
сти, которое используется для построе-
ния геологического разреза, а также для
наблюдения за осадками поверхности во
время ведения подземных работ. Кроме
того, точки, закрепленные на поверхно-
сти, облегчают передачу в подземную вы-
работку направления оси тоннеля.
Получение данных для построения пла-
на местности, необходимого при аналити-
ческом способе трассирования тоннеля,
может быть значительно облегчено и ус-
корено благодаря применению аэрофото-
съемки и наземной фототеодолитной съем-
ки
31.4. Геодезические работы
на поверхности
Геодезические работы на поверхности
включают создание плановой и высотной
основы для построения оси тоннеля, а
также выполнение крупномасштабной то-
пографической съемки.
Плановой геодезической основой при
строительстве тоннелей служит сеть три-
ангуляции, опирающаяся на пункты го-
сударственной триангуляции не ниже III
класса. При изысканиях трассы пути со-
общения разрабатывают специальную
тоннельную триангуляцию. Она состоит
из сети смежных треугольников
(рис. 31.4), близких к равносторонним и
не содержащих углов, меньших 40°. В че-
тырехугольниках, составленных парой
смежных треугольников, определяют вто-
рую диагональ.
Длины сторон треугольников назнача-
ют в зависимости от эквивалентной дли-
ны тоннеля, которую определяют по фор-
муле
Гэкв~"|/^^ (31.1)
где L — длина тоннеля; I •— максимальное
расстояние между двумя встречными забоями.
В. коротких тоннелях проходку начи-
нают с двух порталов и тогда все три ве-
личины, входящие в формулу (31.1),
равны между собой. В длинных тонне-
лях для ускорения процесса проходки
стремятся к расширению фронта работ,
открывая, кроме двух портальных, до-
полнительные забои через шахты, прой-
денные вблизи трассы тоннеля, или через
специальные штольни-окна, если уча-
сток тоннеля проходит вблизи косогора.
В этих случаях расстояние между дву-
мя встречными забоями I будет частью
длины тоннеля L.
Для обеспечения высокой точности
геодезических работ рекомендуется наз-
начать длины сторон треугольников
близкими к величине Гэкв, но не менее
0,5 км. Точность маркшейдерских (под-
земных геодезических) работ увеличива-
ется, если расположение пунктов позво-
ляет ориентировать встречные забои че-
рез стволы шахт, вспомогательные штоль-
ни или порталы по одной и той же сторо-
не треугольника, входящего в систему
триангуляции. Именно такой стороной
является отрезок АБ (см. рис. 31.4),
вблизи которого расположены шахтные
Рис 31.5. Схема триангуляции для спираль-
ного тоннеля
315
стволы, используемые для передачи на-
правления в выработку.
Триангуляционная сеть для тоннеля,
строящегося с целью развития линии и
имеющего в плане петлевую или спираль-
ную форму, образуется по центрально-
лучевой системе (рис. 31.5).
31.5. Ориентирование подземной
выработки
Ориентирование подземной выработки
заключается в передаче в нее дирекци-
онного угла проекции оси выработки и
координат опорных точек.
Простейший способ ориентирования за-
ключается в провешивании проекции оси
тоннеля на поверхности и последующей пе-
редаче направления оси в подземную вы-
работку (рис. 31.6). Этот способ приме-
ним при постройке коротких тоннелей с
прямолинейной осью. Геодезической осно-
вой служат закрепленные на поверхности
Рис 31 6 Ориентирование тоннельных вырабо-
ток провешиванием
Рис 31.7. Ориентирование способом соедини-
тельных треугольников
316
точки А—Д. Построение точек трассы
тоннеля ах, а2 и еъ е2 производится при
помощи теодолита, установленного в при-
портальных точках А и Е, без угловых
измерений провешиванием осевого ство-
ра. Несмотря на простоту, способ непо-
средственного провешивания направле-
ния оси имеет ограниченное применение
потому, что точность построения створа
всегда ниже точности его измерения, ис-
пользуемого при другом способе разбив-
ки оси тоннеля при помощи подземных
полигонометрических ходов.
Если открытие фронтов работ происхо-
дит не только через порталы, но и через
стволы шахт, то ориентирование вырабо-
ток, забои которых расположены у ство-
лов, производится способом створа двух
отвесов, проектирующих на заданный
подземный горизонт две точки, опреде-
ляющие направление линии в наземной
полигонометрии.
Чтобы погасить возможные колебания
отвесов, вызванные движением воздуха
в стволе шахты, их погружают в сосуды,
наполненные сравнительно вязкой жид-
костью, например, машинным маслом.
Способ створа двух отвесов прост, не
требует громоздких вычислений, но по
той же причине, что и способ провешива-
ния оси тоннеля, не позволяет добиться
большой точности в передаче направле-
ния в выработку. Поэтому использова-
ние изложенного способа возможно, ес-
ли забой удален от шахты не более чем
на 50 м.
Основной способ передачи направле-
ния в подземную заработку через ствол
шахты — это способ соединительных
треугольников, в котором также исполь-
зуются два отвеса, но передача дирекци-
онного угла производится без установки
теодолита в их створ. На поверхности и в
расчетном горизонте подземной выработ-
ки строят два вытянутых треугольника
(рис. 31.7), двумя вершинами которого
служат точки, лежащие на отвесах. По-
этому стороны треугольников, ограни-
ченные этими точками, равны между со-
бой. Третьи вершины находятся в точках,
определяющихся положением пристволь-
ных полигонометрических знаков, рас-
положенных на расстоянии от ближай-
шего отвеса в 1,5—2 раза большем рас-
стояния между отвесами так, чтобы угол
между направлениями на отвесы из этих
точек не превышал 3°. На поверхности
должна быть обеспечена видимость с
приствольной точки одного из пунктов
триангуляции или достаточно удаленного
пункта тоннельной полигонометрии.
Задача заключается в определении ко-
ординат подземной точки Лх и дирек-
ционного угла Юр Для этого измеряют
на поверхности углы а и <о, а также сто-
роны треугольника АВ, АС и ВС. Ис-
пользуя измеренные величины и извест-
ные тригонометрические зависимости,
вычисляют значения углов В и С.
В горизонте подземной выработки из-
меряются углы ах, (i)x и стороны Л1В1 и
Л1С1 (В^ = ВС), а затем вычисляют
углы Bi и Cj.
Если удовлетворено условие
<Лг4-<Вг + <Сг = 180°,
то треугольники решены правильно.
При этом допускается невязка в преде-
лах 1—3", которая увязывается в тупом
угле треугольника.
Рис 31 8 Подземная полигонометрия
1 — рабочая, 2 — основная
Рис. 31 9 Передача вертикальных отметок в
выработку
31.6. Маркшейдерские работы
К маркшейдерским относят все подзем-
ные геодезические работы. Их элемен-
ты рассматривали в предыдущем параг-
рафе при построении геодезической осно-
вы в горизонте подземной выработки.
Здесь излагаются особенности подземных
полигонометрии и нивелирования.
Подземная полигонометрия служит
основой для всех маркшейдерских работ
при выполнении проекта подземного ис-
кусственного сооружения. Ее особенность
заключается в незамкнутости висячих
ходов и поэтому контроль точности пост-
роений подземной полигонометрии мо-
жет быть выполнен только повторными
измерениями.
У порталов и врезок вспомогательных
штолен подземная полигонометрия опи-
рается на пункты наземной геодезической
основы или при ведении работ через шах-
ты — на подземные пункты, полученные
посредством передачи направления через
вертикальные стволы шахт.
При проходке подземной выработки
строят рабочий полигонометрический ход
со сторонами треугольников длиной 24—
50 м и основной ход с длинами сторон,
приблизительно вдвое большими, чем у
рабочего (рис. 31.8). Если забой удален от
начала хода на расстояние, большее 1 км,
дополнительно строят главный полиго-
нометрический ход, стороны которого
принимают в 1,5—2 раза большими, чем
стороны треугольников основного хода.
Подземное нивелирование при сооб-
щении подземных выработок с поверхно-
стью через порталы и штольни выполня-
ют как продолжение наземных нивелир-
ных ходов.
Если выработки сообщаются с поверх-
ностью через ствол вертикальной шахты,
передача отметок производится также че-
рез ствол (рис. 31.9) при помощи двух
нивелиров одновременным взятием от-
счетов с компарированной стальной ру-
летки и нивелирных реек.
Вертикальные отметки передают на
подземные реперы, в качестве которых ис-
пользуют обычно подземные полигоно-
метрические знаки. Подземные реперы
служат основой подземных нивелирных
ходов.
317
Глава 32
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ТРАССЕ ТОННЕЛЯ
32.1. Значение, средства и методы
инженерно-геологических
исследований
В отличие от большинства инженерных
сооружений, расположенных на поверх-
ности земли или частично заглубленных,
тоннельные конструкции целиком рас-
полагаются в толще грунтов, свойствами
и состоянием которых определяется вы-
бор типа конструкции и методы ее пост-
ройки, глубина заложения тоннеля, а
также положение его в плане и профи-
ле. Высококачественная и своевремен-
ная оценка естественных условий во мно-
гом определяет сроки окончания строи-
тельства тоннеля и его стоимость.
Полные геологические и гидрогеоло-
гические исследования горного массива
по трассе тоннеля включают определе-
ние:
наличия или отсутствия дислокаций,
разломов, карстов и зон раздробленных
грунтов;
сейсмических условий района строи-
тельства;
степени устойчивости горного массива
и отдельных его частей;
физико-механических свойств грунтов,
составляющих массив;
ожидаемого горного давления на об-
делку (несущую конструкцию) тоннеля;
характеристик подземных вод и под-
земных газов в тоннельной выработке;
ожидаемой температуры подземной вы-
работки.
Первоначально изучают существую-
щие литературные и картографические
материалы по геологии и гидрогеологии
района строительства. Затем выполня-
ют геологические рекогносцировки, да-
ющие общее представление о строении
горного массива, и устанавливают мето-
ды и объемы дальнейших полевых иссле-
дований.
Наибольшее распространение при по-
левых работах имеет бурение разведоч-
ных скважин как сравнительно малотру-
доемкое. Этот способ позволяет вести раз-
ведку горного массива практически на
318
неограниченную глубину и получать мно-
гочисленные образцы грунтов. Однако
изучение свойств массива только по об-
разцам не дает полного представления о
характере массива и поведении горных
пород в подземных выработках. Скважи-
ны разведочного бурения используют
также для исследования подземных вод
и водонепроницаемости горных пород.
Самые достоверные сведения о геоло-
гических и гидрогеологических услови-
ях получают при проходке разведочных
выработок в виде шурфов, шахт и штолен,
в которых непосредственно видны про-
ходимые породы и условия их залегания.
Шахты и штольни, пройденные с целью
разведки, используют также при про-
изводстве работ для расширения их фрон-
та, вентиляции, транспортирования грун-
тов и материалов.
Кроме перечисленных, все большее
распространение получают геофизиче-
ские методы разведки, которые позво-
ляют изучить строение и состав горного
массива непосредственно с поверхности.
В этих методах используют различия в
электропроводимости отдельных грун-
тов, скорости прохождения в них удар-
ной волны, изменение силы тяжести
вблизи пластов и различия магнитных
свойств. Геофизические методы разведки
особенно эффективны при глубоком зало-
жении тоннелей — около нескольких со-
тен метров.
Все шире применяется аэрокосмиче-
ская съемка, позволяющая охарактери-
зовать тектонику горного массива.
32.2. Условия залегания грунтов
Взаимодействие конструкции и окру-
жающих ее грунтов в значительной сте-
пени зависит от условий их залегания.
Условия залегания пласта грунта опре-
деляют наличием или отсутствием дисло-
каций и тремя следующими характеристи-
ками: направлением простирания, уг-
лом падения и мощностью пласта
(рис. 32 .1).
Наиболее благоприятно заложение
тоннеля при отсутствии дислокациий по
простиранию мощного горизонтального
пласта, сложенного из устойчивых грун-
тов (рис. 32.2, а).
Менее благоприятно расположение
тоннеля в наклонных пластах (рис. 32.2,
б) по их простиранию или вкрест прости-
рания. В первом случае следует ожидать
значительное давление пласта на обдел-
ку тоннеля, во втором — возможны про-
висание и обвалы в выработку подрезан-
ных пластов, а также повышенный при-
ток воды в местах пересечения выработ-
кой плоскостей контакта соседних плас-
тов.
При заложении тоннеля в пластах,
изогнутых в складки (рис. 32, 2, в) по их
простиранию, область антиклинали бу-
дет сравнительно благоприятна: здесь
можно ожидать небольшое давление
грунтов и малые притоки воды. Небла-
гоприятным будет заложение в крыле
антиклинали и особенно в синклинали,
где, кроме повышенного давления грун-
тов на конструкцию, следует ожидать
большой приток подземных вод. Если тон-
нель заложен вкрест простирания скла-
док, то условия будут еще более тяжелы-
ми, чем при заложении в наклонных
пластах в связи с отсутствием определен-
ной системы в пересечении выработки с
частями складок.
Весьма неблагоприятно пересечение
тоннельной выработкой плоскости сбро-
са (рис. 32.2, г) На таком участке воз-
можны взаимное перемещение частей
пластов и большой приток подземных вод.
Конструкцию тоннельной обделки в об-
ласти сброса принимают усиленной
Большие осложнения не только в про-
цессе строительства, но также и в про-
цессе эксплуатации могут доставить не-
разведанные карстовые пустоты, которые
обычно образуются из-за выщелачива-
ния растворимых в воде грунтов. Карс-
товые пустоты могут служить причиной
обвалов и разрушений, особенно в слу-
чае сейсмических явлений в районе рас-
положения тоннеля. Если наличие карс-
тов обнаружено при геологической раз-
ведке, следует вынести трассу из зоны
карстов. При неожиданной встрече кар-
стов во время проходки их обычно запол-
няют материалами, нерастворимыми в
воде: крупным песком, гравием или щеб-
нем. Заполнение карстов не должно на-
рушать естественного стока воды, чтобы
не вызвать ее подпор и развитие карсто-
вых явлений в соседних местах.
При выборе направления трассы тон-
неля в районах повышенной сейсмично-
сти необходимо избегать областей мас-
сива, сложенных из неустойивых водо-
насыщенных грунтов, а также зон текто-
нических разрывов. Несмотря на то что
Рис. 32.2 Заложение тоннеля:
319
тоннели являются сейсмостойкими соору-
жениями, в районах, где возможны зем-
летрясения более 6 баллов, необходимы
меры по усилению сейсмостойкости кон-
струкции, выражающиеся в замене бетон-
ных элементов обычных обделок железо-
бетонными, а также предусматривающие
возможность взаимных расчетных сме-
щений смежных звеньев подземной кон-
струкции без нарушения ее несущей спо-
собности.
32.3. Физико-механические свойства
грунтов
От свойств и состояния грунтов, окру-
жающих подземную выработку, непо-
средственно зависит выбор типа конст-
рукции тоннельной обделки и методов
производства работ. Изучение свойств
грунтов, слагающих горный массив, вы-
полняют по их образцам, извлеченным из
скважин, или по обнажениям в подзем-
ной выработке. Первый способ доступнее,
связан с меньшими затратами средств и
времени, но позволяет получить менее на-
дежные данные о свойствах пластов грун-
тов в сравнении с непосредственным изу-
чением пород в выработке.
По физико-механическим свойствам
грунты могут быть разделены на пластич-
ные, сыпучие (естественной влажности или
водонасыщенные) и твердые (скальные).
Пластичные и сыпучие грунты изучают-
ся в механике грунтов. Горные тоннели
в большинстве случаев проходят в скаль-
ных грунтах. Эта среда является жела-
тельной при проходке большинства под-
земных выработок, поэтому ее свойства
(—прочность, твердость, трещиноватость,
слоистость, пористость, водопроницае-
мость и растворимость — рассмотрены
достаточно подробно.
Прочность горных пород опре-
деляется их способностью воспринимать
различного рода усилия. Обычно иссле-
дованию на прочность подвергаются об-
разцы грунтов, но, кроме того, разрабо-
таны и успешно применяются методы ис-
пытания обнаженных в выработке плас-
тов на сжатие и растяжение при помощи
штампов, вдавливаемых в массив, и ан-
керов, заделанных в грунт и выдергивае-
мых из него В испытаниях на сжатие
320
прочность образцов мало отличается от
прочности грунта в массиве, определен-
ной в выработке. При испытаниях на
растяжение получается обычно больший
разброс показаний; прочность грунта в
массиве оказываемся гораздо ниже, чем
при испытаниях образцов. Это, в частно-
сти, объясняется влиянием трещинова-
тости.
Отличительная особенность грунтов
состоит в сравнительно большой прочно-
сти на сжатие и низкой прочности на рас-
тяжение, которая в 10—20 раз меньше
прочности на сжатие. Учитывая это, под-
земным выработкам стремятся придать
сводчатый характер, чтобы исключить воз-
можность появления на их контуре рас-
тягивающих напряжений, т. е. макси-
мально используют способность грунтов
работать на сжатие, уменьшая тем са-
мым нагрузку на несущую конструкцию.
Под твердостью грунта в тон-
нелестроении принято понимать сопро-
тивление проникновению в него инстру-
мента. Твердость оценивается по ско-
рости бурения шпура, имеющего стан-
дартные размеры.
Трещиноватость определя-
ется степенью изрезанности пласта грун-
та трещинами. Она измеряется числом
трещин, приходящихся на единицу пло-
щади обнаженного массива. В трещинова-
тых породах возможны обвалы, которые
предотвращаются временной крепью;
возможен также повышенный приток во-
ды.
Слоистость так же, как и тре-
щиноватость, влечет возможность обва-
лов при проходке. Кроме того, при небла-
гоприятном ориентировании тоннеля от-
носительно слоев возможно односторон-
нее давление грунта на подземную кон-
струкцию.
Пористость характеризуется
наличием в грунте мелких полостей, ко-
торые могут сообщаться между собой или
быть замкнутыми. Этому качеству со-
путствует уменьшение плотности и проч-
ности породы. Незащищенная поверх-
ность пористых грунтов сравнительно
быстро подвергается разрушению под
действием воды, воздуха и резких колеба-
ний температуры.
Водонепроницаемость оп-
ределяется способностью грунта пропус-
кать воду. Это качество может быть изу-
чено посредством пробных откачек из
скважин или в лабораторных испытани-
ях фильтрацией через образцы напорной
воды. Большой водопроницаемостью
обладают обычно трещиноватые и пори-
стые грунты.
Растворим ос ть свойственна та-
ким горным породам, как гипс или ан-
гидрит, известняк, доломит и мергель.
Эксплуатация тоннелей, заложенных в
растворимых грунтах, связана с зна-
чительными трудностями, из-за возмож-
ности образования за обделкой пустот,
наполненных водой.
Необходимо отметить, что физико-ме-
ханические свойства ряда грунтов (мер-
гель, мел, аргиллит и др.) при обнаже-
нии их выработкой значительно изменя-
ются под воздействием компонентов вне-
шней среды.
При постройке тоннелей важнейшие из
перечисленных свойств — это прочность
и твердость. Совокупность этих качеств
определяется коэффициентом крепости
грунта., предложенным проф. М.М. Про-
тодьяконовым для оценки прочностных
свойств грунтов. Коэффициент крепости
назван им также кажущимся коэффи-
циентом трения и подобно ему является
безразмерной величиной. В большинстве
учебников по тоннелям приводится клас-
сификация грунтов проф. М. М. Прото-
дьяконова, предложенная им в начале
XX в. и до сих пор широко используе-
мая в отечественной практике тоннеле-
строения и проведения горных выработок.
В этой классификации все грунты разде-
лены на пятнадцать категорий. К пер-
вым категориям относятся самые креп-
кие грунты с коэффициентом крепости
10—20. Это — наиболее крепкие плот-
ные и вязкие кварциты и базальты, а так-
же исключительные по крепости другие
грунты. В категории крепких грунтов
включены песчанистые сланцы, обыкно-
венный и крепкий песчаник, известняк и
мрамор, а также некрепкий гранит и до-
ломит. Коэффициент крепости этих грун-
тов составляет 5—8. Затем следуют кате-
гории средних и мягких скальных грун-
тов: мел, гипс, мергель, разнообразные
сланцы, некрепкий песчаник и извест-
няк с коэффициентом крепости от 2 до 4.
Последние категории включают мягкие,
И Зак 1048
землистые, сыпучие и плывунные грун-
ты с коэффициентом крепости 0,3—1,5.
Для скальных грунтов проф. М. М. Про-
тодьяконов рекомендует определять ко-
эффициент крепости f в зависимости от
их прочности на сжатие 7?, выражаемой в
паскалях:
f-0,001#
В сыпучих и глинистых грунтах коэф-
фициент крепости f является функцией
угла внутреннего трения ф:
f = tg<p.
Коэффициент крепости используют в
расчетах тоннельных конструкций при
определении давления грунтов на времен-
ную и постоянную крепи выработки, а
также при выборе способов проходки.
32.4. Горное давление и его прогноз
Горным давлением называют силовое
воздействие грунтов на крепь подземной
выработки. В ненарушенном массиве
грунты сжаты действием собственного ве-
са и веса вышележащих пластов. При об-
нажении частей горного массива в выра-
ботках грунт получает возможность де-
формироваться в освобожденное прост-
ранство. При этом происходит перерас-
пределение внутренних усилий в плас-
тах, и, если вблизи обнаженной поверх-
ности возникают напряжения, превосхо-
дящие предел прочности грунта, то он
разрушается, падая в выработку. Если
смещениям грунта в сторону выработки
препятствует крепь, то на нее передается
горное давление — главная нагрузка, на
которую работают временная крепь и по-
стоянная обделка тоннеля.
Горное давление зависит от свойств
грунтов, окружающих выработку, усло-
вий их залегания, мощности и разнообра-
зия пластов, а также от других условий
Аналитический учет всех действующих
факторов представляется чрезвычайно
затруднительным. Поэтому в сущест-
вующих гипотезах и теории горного дав-
ления учитывают лишь главные факто-
ры — свойства грунта, окружающего тон-
нельную конструкцию п глубину зало-
жения выработки.
321
Рис. 32.3. Схема образования естественного
разгружающего свода.
1 — выработка, 2 — вывал
Аналитические способы определения
горного давления, основанные на теоре-
тических предпосылках, позволяют най-
ти лишь приближенное его значение.
С большей достоверностью давление
грунта на крепь определяется в разведоч-
ных выработках непосредственными из-
мерениями при помощи ' специальных
приборов и различными методами модели-
рования, среди которых для тоннелей на-
ибольшее значение приобрели центро-
бежное моделирование и моделирование
эквивалентными материалами.
В отечественной инженерной практике
для аналитического определения горно-
го давления широко используется гипо-
теза проф. М М. Протодьяконова, кото-
рый, изучая поведение грунтов в подзем-
ных выработках и на моделях, устано-
вил, что при раскрытии выработки часть
грунта в ее кровле и боках обрушивается
Рис. 32.4. Схема определения размеров свода
давления:
*/ — свод давления; 2 — вывал
322
в освобожденное пространство (рис. 32.3),
а оставшаяся часть в виде естественного
разгружающего свода сохраняет состоя-
ние равновесия, воспринимая нагрузку
от собственного веса и веса вышележа-
щих грунтов. Автор гипотезы принял, что
все грунты являются телами до извест-
ной степени несвязными, обладающими
свойствами сыпучих тел. Кроме того, в
основу гипотезы была заложена независи-
мость горного давления от глубины зало-
жения выработки и ее прямая зависи-
мость от свойств грунта, а также ширины
выработки.
В качестве расчетной характеристи-
ки, ’определяющей свойства грунтов,
был предложен коэффициент крепости
грунта.
Основная зависимость, вытекающая из
гипотезы Протодьяконова, устанавлива-
ет высоту свода давления h (разгружаю-
щего свода или вывала) над подземной
выработкой (рис. 32.4):
(з2 °
где h — высота свода давления, м, L —
пролет свода давления, м; L = b -р 2ht tg
(45° — ф/2); (р — угол внутреннего трения
грунта; f — коэффициент крепости грунта,
b — ширина выработки; h± — высота выра-
ботки.
Возможность применения формулы
(32.1) ограничена условием: толщина
слоя устойчивых грунтов над выработ-
кой не менее чем в 2 раза должна превы-
шать высоту свода давления Я > 2 /г
Если это условие не удовлетворяется,
необходимо учитывать давление от полно-
го веса грунта, залегающего над выработ-
кой.
При заложении тоннеля в глинистых
грунтах давление на крепь подземной вы-
работки обычно превышает давление, оп-
ределенное из расчета на возможность
естественного сводообразования. В этом
случае также рекомендуется вести рас-
чет на давление всего столба грунтов,
расположенных над выработкой.
Отметим основные недостатки гипоте-
зы Протодьяконова, ограничивающие
возможность ее применения:
1) предположение однородности на-
пластования грунтов в области выработ-
ки;
2) трудность точной количественной
оценки коэффициента крепости грунта
для горного массива, обнаженного выра-
боткой;
3) принятие простой линейной зависи-
мости между высотой свода давления h
и его шириной L, не подтверждающееся
практикой и дающее преувеличенное зна-
чение высоты свода h в узких выработ-
ках (штольнях шириной 1,5—2,0 м) и ее
преуменьшенное значение в выработках
шириной более 8—10 м.
Начиная с 30-х годов текущего сто-
летия теория горного давления получила
дальнейшее развитие главным обра-
зом в трудах советских ученых на базе
новых решений теорий упругости и пла-
стичности.
После выполнения геологоразведоч-
ных работ по трассе тоннеля составляют
прогноз горного давления с качественной
оценкой его проявления. В слабых грун-
тах, а также в грунтах, размокающих под
действием подземных вод, возможно все-
стороннее горное давление на крепь как
со стороны кровли, так и с боков выра-
ботки, а также со стороны ее подошвы.
В скальных грунтах малой и средней кре-
пости возможно проявление горного дав-
ление со стороны кровли и с боков вы-
работки. В крепких грунтах возможно
лишь незначительное давление со сторо-
ны кровли.
При составлении прогноза горного дав-
ления следует уделять большое внимание
условиям залегания грунтов, в зависи-
мости от которых возможны необычные
проявления горного давления, как, на-
пример, одностороннее боковое давление
при расположении выработки по прости-
ранию наклонного пласта.
Предварительный прогноз горного дав-
ления постоянно уточняется по мере
продвижения забоев и получения данных
о действительном поведении грунтов в
подземных выработках
32.5. Подземные воды и газы,
температура подземной выработки
Подземные воды вызывают серьезные
осложнения при проходе выработок, осо-
бенно при ведении работ через промежу-
11*
точные шахты, а также в случаях, когда
продольный уклон выработки направлен
в сторону забоя. Осложнения продолжа-
ются и после завершения строительства:
подземные воды выщелачивают грунты
вблизи тоннеля и оказывают вредное вли-
яние на материал обделки. В районах с
суровым климатом в зимнее время благо-
даря притоку подземных вод возможно
образование наледей, нарушающих га-
барит тоннеля. Поэтому как при строи-
тельстве, так и при эксплуатации тонне-
ля должны быть приняты все меры, пре-
пятствующие попаданию подземных вод
в тоннель.
Источниками образования подземных
вод могут быть атмосферные осадки, во-
дотоки и водоемы на поверхности, а так-
же водоносные пласты грунтов, подзем-
ные источники и естественные подзем-
ные резервуары в виде заполненных во-
дой карстовых пустот. Подземным во-
дам свойственна большая агрессивность
даже в тех случаях, когда их источники
находятся на поверхности, так как, про-
ходя через многочисленные трещины и
поры в горных выработках, вода обога-
щается примесями, вредно действующи-
ми на материал обделки.
Особенно вредны для подземных конст-
рукций растворенные в воде серная и со-
ляная кислоты и их соли, а также соли
аммония, квасцы, фенол и гуминовые
кислоты.
В результате гидрогеологических ис-
следований горного массива необходимо
получить сведения о возможном макси-
мальном притоке воды в выработку, об
уровне грунтовых вод, их температуре
и химическом составе.
При невозможности естественного сто-
ка воды из выработки необходимо обес-
печить ее сброс в приямки, устроенные в
самых низких частях выработки, и свое-
временную откачку насосами. Высокий
относительно горизонта выработки уро-
вень грунтовых вод свидетельствует об
их значительном напоре и, если приток
воды в выработку большой, а напор с те-
чением времени снижается мало, то в
процессе проходки или даже до нее не-
обходимо принять меры по увеличению
водонепроницаемости грунтов посредст-
вом цементации, силикатизации и биту-
мизации.
323
Высокая температура притекающих в
выработку подземных вод свидетельству-
ет о действии горячих источников. При
этом повышается температура подземной
выработки, образуется туман и чрезвы-
чайно затрудняется ведение работ. Ра-
дикальным способом устранения этих
помех является перекрытие путей посту-
пления в выработку горячей воды, кото-
рое возможно после тщательной гидрогео-
логической разведки.
Зная химический состав подземных
вод, можно подобрать материал обделки,
на который примеси, растворенные в во-
де, не будут оказывать вредного воздей-
ствия. Во всех случаях необходимо при-
нимать меры для снижения притока воды
в выработку или эксплуатируемый тон-
нель, так как большой приток даже ма-
лоагрессивной воды оказывает вредное
действие на обделку и грунты В то же
время действие агрессивных вод не при-
несет ощутимого вреда, если их течение
вблизи выработки замедлится или пре-
кратится.
Подземные газы, выделяющиеся из на-
пластований грунтов в подземную выра-
ботку, могут оказывать вредное действие
на организм человека, а также на мате-
риал обделки.
Большую опасность представляют со-
бой горючие газы, образующие с возду-
хом взрывчатые смеси.
Радикальное средство борьбы с вред-
ными газами — усиленная вентиляция
подземных выработок, благодаря кото-
рой подается большое количество свеже-
го воздуха, разбавляющего вредные газы
до допустимой концентрации.
Температура подземной выработки за-
висит от температуры окружающих грун-
тов, которая тем выше, чем больше глу-
бина заложения пластов относительно
поверхности.
Повышенная температура затрудняет
ведение работ и создает неудобства
при эксплуатации подземных сооруже-
ний.
Максимальная температура, при кото-
рой человек еще может работать, плюс
50 °C, если атмосфера сухая, и плюс 40 °C,
если атмосфера влажная. Обычно атмос-
фера в тоннельных выработках влаж-
ная.
324
Глава 33
КОНСТРУКЦИИ ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК
33.1. Внутреннее очертание обделок
Размеры и формы внутреннего очерта-
ния обделок транспортных тоннелей оп-
ределяются главным образом габаритом
приближения строений. Для железных
дорог нормальной колеи в СССР установ-
лен габарит С, приведенный в ГОСТ
9238—83. Габарит приближения конструк-
ций автодорожных тоннелей дан в СНиП
11-44-78. Тоннели железнодорожные и
автодорожные. Специальный габарит при-
ближения строений принят для перегонных
тоннелей метрополитена (СНиП 11-40-80
Метрополитены).
Обделки тоннелей, сооружаемые за-
крытым способом, имеют плавное криво-
линейное очертание. Внутренний контур
обделки однопутного железнодорожного
тоннеля для прямого участка пути, опи-
санный вокруг габарита С, представля-
ет’собой коробовую кривую (рис. 33.1),
построенную из трех или пяти центров.
Внутреннее очертание обделки двухпут-
ного тоннеля (рис. 33.2) представляет со-
бой коробовую кривую с тремя центрами,
расположенными достаточно близко для
того, чтобы их можно было объединить
в один центр. В этом случае контур очер-
чивается дугой одной окружности и огра-
ниченное им внутреннее пространство
получается несколько избыточным.
Между габаритом в точке А (см.
рис. 33.2) и внутренним очертанием об-
делки оставляют свободное пространство
размером 10—15 см, обеспечивающее за-
пас на неточность строительных работ, а
в точке Б — размером 30—35 см для
Рис 33.1. Построение внутреннего очертания
подковообразной обделки однопутного тонне-
ля:
а — йз трех центров, б — из пяти центров
Рис 33 2. Построение внутреннего очертания
подковообразной обделки двухпутного тонне-
ля.
а — из трех центров, б — из одного центра
размещения за пределами габарита С уст-
ройств сигнализации, связи, светиль-
ников и кабелей.
Внутреннее очертание обделки авто-
дорожного тоннеля для двухполосного
движения по форме и размерам близко к
очертанию двухпутного железнодорож-
ного тоннеля. Избыточное пространство
над габаритом используют обычно для
вентиляции тоннеля.
На кривых участках пути размеры га-
барита приближения строений увеличи-
ваются, а для двухпутных тоннелей уве-
личивается и расстояние между осями
путей с учетом максимально возможных
перспективных скоростей движения по-
ездов.
Замкнутое круговое очертание, как
правило, применяется в однопутных тон-
нелях метрополитена, сооружаемых за-
крытым способом, где круговой контур
не приводит к существенным избыткам
внутреннего пространства тоннеля в свя-
зи с особенностями габарита метрополи-
тена и необходимостью размещения боль-
шего числа кабелей.
Рис. 33.3. Конструкция обделок однопутных железнодорожных тоннелей в грунтах с
коэффициентом крепости:
a—6 — f=Q; в —f==3 —4 при наличии боковою давления
33.2. Конструкции обделок
из монолитного бетона
Монолитный бетон служит основным
материалом обделок железнодорожных
и автодорожных тоннелей, сооружаемых
горным способом. Это объясняется тем,
что для его приготовления используют
местные материалы, а процессы, связан-
ные с бетонированием, могут быть пол-
ностью механизированы.
Тоннельная обделка закрепляет грун-
ты, обнаженные выработкой. Ее форма,
размеры элементов и выбор материала за-
висят- от физико-механических свойств
грунтов.
В очень крепких невыветривающихся
и нерастворимых грунтах, не проявляю-
щих горного давления и представляющих
собой сплошной массив без трещин, вы-
работку можно ничем не закреплять,
тоннель эксплуатируется без обделки.
Однако такие условия встречаются чрез-
вычайно редко и, как правило, даже в са-
мых крепких грунтах выработку закреп-
ляют постоянной обделкой, которая не
выполняет функций несущей конструк-
ции, а служит облицовкой.
Рассмотрим конструкции монолитных
обделок однопутных железнодорожных
тоннелей из монолитного бетона, разра-
ботанные Метрогипротрансом.
В крепких грунтах с коэффициентом
крепости / > 10 рекомендуется неполная
обделка в виде циркульного свода, а
стены выработки оставляют незакреплен-
ными (рис. 33.3, а). В грунтах средней
крепости применяется подковообразная
325
Рис. 33.4. Конструкция обделки двухпутного
железнодорожного тоннеля в грунтах с коэф-
фициентом крепости f=5
обделка в виде подъемистого свода
(рис. 33.3, б). Аналогичная конструк-
ция с размером свода в замке (верхней
части) 40 см и стен в месте сопряжения
их со сводом 50 см рекомендуется для бо-
лее слабых грунтов с коэффициентом
крепости f = 34-5. Эти конструкции при-
меняются в условиях, когда грунты про-
являют вертикальное давление, а боко-
вое давление практически отсутствует
или весьма незначительно.
При наличии бокового давления устра-
ивают замкнутые обделки с обратным
сводом в лотковой части (рис. 33.3, в).
В слабых грунтах с коэффициентом кре-
пости f — 14-2,5, где возможно не толь-
ко значительное боковое давление, но и
давление со стороны подошвы выработки,
применяется аналогичная конструкция
с большими размерами основных эле-
ментов: толщиной в замке 50 см, стен —
80 см.
Обделка двухпутного тоннеля, соору-
жаемого в тех же условиях, что и одно-
путного (коэффициент крепости f = 5),
в связи с большим пролетом испытывает
большее горное давление и имеет боль-
шую толщину (рис. 33.4). В грунтах
меньшей крепости эти обделки устраива-
ют замкнутыми, с обратным сводом.
Толщину элементов увеличивают. При
коэффициенте крепости грунта 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 се-
чений обделок автодорожных тоннелей и
двухпутных железнодорожных тоннелей
близки.
33.3. Ниши, камеры и порталы
Для укрытия людей, находящихся в
тоннеле при прохождении поезда, в об-
делке устраивают углубления — ниши
(рис. 33.5). Углубления большего разме-
ра, называемые камерами, предназначе-
ны для хранения рабочего инвентаря, ма-
териалов и инструментов.
Ниши располагаются с обеих сторон
тоннеля в шахматном порядке через 60 м
по каждой стороне (рис. 33.6), а камеры —
соответственно через 300 м. При длине
тоннеля 300—400 м в нем устраивают од-
ну камеру в средней части тоннеля. В тон-
нелях длиной, более 3 км, кроме обычных
одинаковых камер, устраивают одну-две
камеры большей длины (до 6 м) для хра-
нения запаса материалов и оборудова-
ния.
Портал сооружают для сопряжения
конструкции тоннеля с подходной выем-
кой. Он обеспечивает устойчивость ло-
бового и боковых откосов, а также отвод
от тоннеля воды, стекающей с лобового
откоса.
Портал — единственный элемент тон-
неля, открытый для обзора, поэтому ес-
тественно стремление придать этой части
ответственного сооружения надлежащее
архитектурное оформление.
Рис. 33.5. Конструкция ниши (размеры камеры
показаны в скобках)
Рис. 33 6 Схема расположения ниш и камер в
плане.
/ — ниши; 2 - камера
326
Рис. 33.7 Конструкция прямого портала
Самое простое конструктивное реше-
ние портала (рис. 33.7) возможно, когда
направление оси в начале тоннеля совпа-
дает с направлением горизонтальной про-
екции линии наибольшего ската лобового
откоса. В этом случае плоскость порталь-
ной стены устанавливают перпендику-
лярно оси тоннеля. Такой портал приня-
то называть прямым в отличие от ко-
сого портала — более сложного реше-
ния, к которому приходится прибегать,
если направление оси тоннеля составля-
ет с проекцией линии наибольшего ската
некоторый угол а. Практически необхо-
димость такого решения возникает, если
этот угол превышает 30°. При этом плос-
кость портальной стены составляет с осью
тоннеля угол, меньший 90° на величину,
близкую к углу а.
Рис. 33.8 Конструкция ступенчатого портала
Портал Обделка
327
Устройство косого портала существен-
но снижает возможность архитектурно-
го оформления входа в тоннель и услож-
няет конструкцию сопряжения порталь-
ной стены с тоннелем. Поэтому в таких
осложненных условиях стремятся устро-
ить портал прямым, разместив порталь-
ную стену перпендикулярно оси тонне-
ля, но тогда изменение отметок лобового
откоса в плоскости портала становится
значительным и для сопряжения конст-
рукции с откосом необходимо лобовой
портальной стене придать ступенчатую
форму (рис. 33.8).
33.4. Сборные конструкции
тоннельных обделок
В качестве материала сборных обделок
используют чугун, сталь и железобетон.
Металлические обделки отличаются
точностью изготовления, водонепрони-
цаемостью и простотой сборки. При строи-
тельстве тоннелей метрополитенов ^чу-
гунные обделки до недавнего времени име-
ли самое широкое распространение.
Сталь применяется в конструкциях сбор-
ных обделок чрезвычайно редко и в со-
четании с монолитным бетоном, защища-
ющим ее от коррозии, которой она под-
вержена в большей степени, чем чугун.
Железобетонные сборные обделки в по-
следние десятилетия стали основными в
тоннелях, сооружаемых щитовым спосо-
бом. Они значительно дешевле чугунных
обделок и не уступают им по большинст-
ву показателей, кроме водонепроницае-
мости.
Рис. 33.9. Конструкция обделки из чугунных
тюбингов:
а —схема кольца; б — нормальный тюбинг;
1 — нормальный тюбинг; 2 — смежный тюбинг, 3 —
замковый тюбинг, 4 — отверстия для болтов; 5 —
спинка тюбинга; 6 — диафрагмы, 7 — радиальный
борт; 8 — отверстие для нагнетания раствора 9 -
кольцевой борт
328
Сборная обделка из чугунных тюбин-
гов (рис. 33.9) имеет форму кольца. Ее
собирают из отдельных элементов — тю-
бингов, соединенных между собой болта-
ми. Большую часть обделки составляют
одинаковые (нормальные) тюбинги. В
кольце нормальные тюбинги примыка-
ют друг к другу плоскостями бортов, име-
ющих радиальное направление. Такие
тюбинги стремятся проектировать воз-
можно более крупными. Условия, ог-
раничивающие их размеры, вытекают из
удобства сборки кольца и транспорти-
рования тюбингов через ствол шахты и
в узких подземных выработках.
Один из тюбингов 3, располагаемый
обычно в верхней части обделки, имеет
значительно меньшие размеры. Плоско-
сти его бортов нерадиальны; тюбинг по
форме близок к трапеции, короткая сто-
рона которой обращена наружу. Этот
элемент обделки устанавливают послед-
ним, замыкая каждое кольцо, поэтому
его называют замковым или ключевым.
Направление бортов ключевого тюбин-
га позволяет ввести его в проектное по-
ложение с внутренней стороны простым
радиальным перемещением.
Тюбинги 2, примыкающие к замково-
му, отличаются от нормальных только
направлением плоскости борта, смежного
с ключевым тюбингом. Они называются
смежными.
Нормальный тюбинг / имеет коробча-
тую форму. Его спинка 5 (рис. 33.9, б)
обращена к грунту и изогнута по цилин-
дрической поверхности. Борта тюбингов
радиальные 7 (продольные относительно
оси т&ннёля) и кольцевые 9 имеют от-
верстия для болтов 4, скрепляющих тю-
бинги. Наружные поверхности бортов
простроганы. В спинке тюбинга имеется
отверстие 8 с резьбой, через которое за
обделку производится нагнетание раст-
вора. Для увеличения жесткости тю-
бинга, уменьшения пролета спинки и
лучшего распределения давления щито-
вых домкратов имеются продольные и по-
перечные диафрагмы 6.
Обделка из чугунных тюбингов явля-
ется жесткой водонепроницаемой кон-
струкцией, но материал ее дорог и дефи-
цитен. Поэтому в настоящее время в на-
шей стране применение сборных чугун-
ных обделок допускается лишь при соору-
жении наиболее ответственных подзем-
ных конструкций в слабых водонасыщен-
ных грунтах.
Тоннельные обделки из сборного же-
лезобетона во многом отличаются от об-
делок из чугунных тюбингов в связи с
разными свойствами материалов, требу-
ющих определенных рациональных форм.
В частности, соединение элементов бол-
тами, успешно применяемое для чугун-
ных обделок, неприемлемо для обделок
из сборного железобетона: в бетоне вбли-
зи болтовых соединений появляются
многочисленные трещины, материал вы-
крашивается, арматура подвергается
коррозии.
Поиски жесткого соединения смежных
элементов привели к использованию в об-
делке железнодорожного тоннеля из бло-
ков стыка Передерия (рис. 33.10). Такая
конструкция обладает большой жестко-
стью, необходимой при заложении тон-
неля в слабых грунтах, проявляющих
всестороннее давление.
В то же время исследования статиче-
ской работы сборных обделок, ведущие-
ся в СССР и за рубежом, показали, что
элементы подземных конструкций кру-
гового очертания сохраняют проектное
положение, не имея связей, даже в таких
грунтах, как пески и пластичные глины,
если обеспечена равномерная передача
на конструкцию активного и реактивного
давления грунта. Поэтому в современных
конструкциях сборных железобетонных
обделок (рис. 33.11) сплошного и ребри-
стого поперечных сечений применяется
шарнирный цилиндрический стык без ка-
ких-либо связей, способных работать на
растяжение. Стальные стержни, закла-
дываемые в отверстия в торцах блоков
(рис. 33.12, а), не выполняют функций
связи, они фиксируют взаимное проект-
ное положение торцов соседних блоков
при монтаже.
Специфична конструкция замка
(рис. 33.12, б): в отличие от ключевого
тюбинга чугунной обделки сборная желе-
зобетонная конструкция замыкается с тор-
ца из пространства между плоскостью за-
боя и передней плоскостью собираемого
кольца. Для облегчения этого процесса
замковый элемент собирают из трех не-
больших вкладышей, которые последова-
тельно вдвигают вручную в свободное
Рис. 3*3 10 Конструкция обделки из блоков со
связями, работающими на растяжение:
Рис 33 12 Элементы сборной железобетонной
обделки
а — торец нормального блока, б — замковый блок
пространство. Снаружи на замковых
вкладышах укреплены стержни, прива-
ренные к закладным деталям. Эти стерж-
ни исключают возможность выпадания
элементов замка в процессе монтажа об-
делки.
329
Разнообразные конструкции сборных
железобетонных обделок разработаны в
проектах и осуществлены в натуре. Не-
которые из них отличаются чрезмерной
сложностью форм и способов взаимного
сопряжения элементов, не учитываю-
щих особенности материала обделок.
Практика постройки и эксплуатации
различных конструкций показала, что
самыми перспективными являются об-
делки из элементов сравнительно про-
стой конструкции с цилиндрическими
стыками без связей (см. рис. 33.11, а)*
Весьма перспективны сборные обделки,
предварительно обжимаемые в грунт. Не-
обходимое условие их применения —
строго цилиндрическая форма тоннель-
ной выработки, которая может быть до-
стигнута при механизированной щитовой
проходке. Использование конструкций,
обжатых в грунт, исключает необходи-
мость нагнетания за обделку раствора,
предотвращает или значительно снижает
осадки земной поверхности над тонне-
лем и улучшает условия статической ра-
боты конструкции. Простейшим и на-
дежным способом обжатия обделки явля-
ется вдавливание в них с торца клиновых
блоков. Широко применяется обжатие
при помощи домкратов различной кон-
струкции. При обжатии обделок боль-
ших пролетов целесообразны домкраты
Фрейсинэ.
Существуют проектные решения сбор-
ных железобетонных обделок подковооб-
разной формы. От обделок кругового
очертания их невыгодно отличает боль-
шое число различных типов блоков в
каждом кольце.
33.5- Гидроизоляция обделок,
водоотводные устройства в тоннелях
Цель гидроизоляции — недопущение
подземных вод во внутреннее простран-
ство тоннеля. Гидроизоляция в первую
очередь обеспечивается водонепроница-
емостью материала конструкции. До-
полнительным средством, увеличиваю-
щим водонепроницаемость конструкции и
окружающего массива, является нагне-
тание за обделку песчано-цементного
раствора. Раствор заполняет/трещины и
330
полости в обделке и массиве грунта, пре»
граждан путь подземным водам.
Радикальным средством, позволяющим
обеспечить полную водонепроницаемость
обделки, является включение в ее кон-
струкцию замкнутых водонепроницае-
мых мембран.
Обделка из монолитного бетона может
быть выполнена практически водонепро-
ницаемой благодаря соответствующему
подбору состава бетона и качественному
уплотнению при его укладке. Течи обыч-
но появляются в местах рабочих швов,
оставленных при бетонировании. Они
ликвидируются после нагнетания за об-
делку песчано-цементного раствора че-
рез трубки, заложенные в бетон при его
укладке.
Сравнительно простое средство увели-
чения водонепроницаемости бетонной об-
делки — торкретирование ее внутренней
поверхности двумя-тремя слоями песча-
но-цементного раствора. Для предотвра-
щения возможности появления в тор-
крет-бетоне усадочных трещин рекомен-
дуется изготовлять его на водонепрони-
цаемом безусадочном цементе. Эффек-
тивность торкретной изоляции значитель-
но увеличивается при нанесении ее по
стальной сетке, предварительно прикреп-
ленной к обделке анкерными стержнями.
Армированное торкретное покрытие обес-
печивает водонепроницаемость обделки
при гидростатическом давлении до 10 Па.
При возведении бетонных обделок в
сильно обводненных грунтах с большим
гидростатическим давлением конструк-
цию изолируют сплошной водонепрони-
цаемой мембраной (рис. 33.13) из гиб-
ких рулонных материалов, приклеенных
к внутренней поверхности обделки. Та-
кая изоляция, называемая гибкой или
оклеечной, прижимается к обделке внут-
ренней железобетонной конструкцией
(рубашкой). В качестве гибких изолиру-
ющих материалов используют гидро-
изол — асбестовый картон, пропитанный
нефтяным окисленным битумом, а также
стеклорубероид и стеклобит — новые ма-
териалы, обладающие большей механи-
ческой прочностью, чем гидроизол. Ру-
лонный изолирующий материал наклеи-
вают в три — пять слоев. Трехслойная изо-
ляция применяется при гидростатическом
давлении до 30 Па.
Чтобы обеспечить водонепроницаемость
небольших частей подземных конструк-
ций из монолитного бетона, соединяющих
ответственные элементы подземного соору-
жения, выполненные из другого материа-
ла (например, из чугуна), применяют гид-
роизоляцию из стальных листов толщи-
ной 8—12 мм, сваренных между собой.
Листы устанавливают с внутренней сто-
роны тоннельной обделки; при строи-
тельстве они обычно выполняют также
роль опалубки Совместность работы
стальной изоляции с бетоном обделки до-
стигается благодаря анкерам, приварен-
ным к листам и заглубленным в бетонный
массив.
Обделки из чугунных тюбингов обла-
дают самой высокой водонепроницаемо-
стью. Однако и в них есть места, через ко-
торые в тоннель может поступать вода —
это швы между тюбингами, отверстия
для болтов и нагнетания за обделку.
Швы между тюбингами (рис. 33.14) с
внутренней стороны расширяются, об-
разуя канавку, которую заполняют и
зачеканивают замазкой из водонепро-
ницаемого расширяющегося цемента
(ВРЦ) или из быстросхватывающегося со-
става (БУС). В наиболее ответственных
сооружениях при большом гидростати-
ческом давлении и значительных колеба-
ниях температуры эксплуатируемой кон-
струкции для чеканки швов допускает-
ся применение более дорогого материа-
ла^— свинцового шнура, состоящего из
свинцовой трубки, заполненной кручены-
ми асбестовыми нитями, пропитанными
битумом. При чеканке свинцовый шнур
сминается и плотно прилегает к стенкам
канавки, обеспечивая герметичность шва.
Изоляцию болтовых отверстий в тюбин-
гах (см. рис. 33.14) выполняют при по-
мощи сферических стальных шайб с ас-
бестобитумным заполнением, которое
вдавливается в полость между болтом
и отверстием при затягивании гайки. В
настоящее время вместо асбестобитум-
ной изоляции отверстий начинают при-
менять конические упругие шайбы из
пластмасс.
Отверстие для нагнетания закрывают
чугунной пробкой с нарезкой, под фла-
нец которой закладывают асбестовую
шайбу, пропитанную битумом.
Рис. 33.13. Поперечное сечение тоннеля с ок
теечной гидроизоляцией бетонной обделки.
Гидроизоляцию сборных обделок из
железобетонных блоков выполняют в ос-
новном теми же средствами, что и в чу-
гунных обделках, но эффективность ее
значительно ниже. Это объясняется тем ,
что после сборки и загружения кольца в
теле самих блоков, работающих в усло-
виях внецентренного сжатия с больши-
ми эксцентриситетами, появляются тре-
щины. Трещины образуются также вбли-
зи чеканочных канавок от ударов чека-
ночных молотков и действия расширяю-
щейся при твердении замазки, распира-
ющей стенки канавки. Через эти трещи-
ны в тоннель проникает вода, арматура
блоков подвергается коррозии, что вле-
чет за собой увеличение трещин.
В гидроизоляции конструкций из
блоков особую важность приобретает на-
гнетание за обделку растворов. Для на-
гнетания применяются также раствор
331
й)
Рис 33 15 Водоотводные лотки:
а - без утепления, б — с утепляющей засыпкой; в — с утеплением из блоков теплоизоляции,
/ — лоток; 2 — блок из легкого бетона; 3 — водоотводная трубка, 4 — утепляющая засыпка: 5
блок теплоизоляции стенки; 6 — блок теплоизоляции перекрытия
бентонитовой глины и различные смеси,
от удачного выбора которых зависит эф-
фективность гидроизоляции обделки.
Водонепроницаемость блоков увеличи-
вается благодаря покрытию их слоем би-
тума с наружной стороны и торцов.
При устройстве сборной железобетон-
ной обделки в водонасыщенных грунтах
требуется устройство оклеечной гидро-
изоляции в сочетании с железобетонной
рубашкой аналогично тому, как это вы-
полняется при изоляции обделки из мо-
нолитного бетона. Такая гидроизоляция
значительно усложняет конструкцию и
увеличивает сроки ее возведения.
В настоящее время проблема обеспече-
ния водонепроницаемости железобетон-
ных обделок решается в двух направле-
ниях: созданием водонепроницаемого
тела блоков и надежной гидроизоляции
швов между блоками.
Несмотря на обязательные меры по
обеспечению водонепроницаемости об-
делок в тоннелях, в различные периоды
их эксплуатации может скапливаться
вода, которую необходимо собрать и уда-
лить.
Удаление воды из тоннеля и сброс ее
за пределами порталов выполняются
посредством водоотливных лотков
(рис. 33.15, а), продольный уклон которых,
как правило, соответствует уклону пути в
тоннеле, но должен быть не менее 0,003.
Поперечный уклон бетонного выравнива-
ющего слоя в сторону лотка — не менее
0,02. Внутренние размеры лотков назна-
чают в соответствии с гидравлическим
расчетом на максимально возможный при-
ток воды, но не менее 30 х 30 см.
Для предотвращения возможности за-
мерзания воды в лотке между ним и на-
332
ружной крышкой укладывают утепля-
ющую засыпку (рис. 33.15, б) В местно-
сти с суровым климатом конструкцию
лотка со всех сторон утепляют блоками
из материала с малой теплопроводно-
стью или листами теплоизоляции
(рис. 33 15, в).
Глава 34
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА
ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК
34.1. Нагрузки на подземные
конструкции
Нагрузки, действующие на тоннель*
ные обделки, подразделяются СНиПу
на постоянные, временные и особые.
К постоянным нагрузкам относятся
давление грунтов, собственный вес кон-
струкции, гидростатическое давление,
воздействие от предварительного напря-
жения обделки и давление от зданий и со-
оружений, расположенных над тоннелем
или в пределах призмы обрушения.
Временные нагрузки включают воз-
действие на конструкцию транспорта,
движущегося в тоннеле и на поверхно-
сти, воздействия колебаний температу-
ры, ползучести и усадки бетона и мороз-
ного пучения, а также воздействия, воз-
никающие в период строительства: дав-
ление раствора, нагнетаемого за обделку,
давление щитовых домкратов, вес обо-
рудования и материалов, закрепленных
на обделке.
Особые нагрузки возникают при сейс-
мических и других подобных им явлени-
ях.
Подземные конструкции рассчитыва-
ют на неблагоприятное сочетание нагру-
зок. В транспортных тоннелях главным
из внешних силовых факторов является
горное давление, для определения кото-
рого используют данные, полученные в
разведочных выработках и при эксплуа-
тации тоннелей в аналогичных геологи-
ческих условиях, а также аналитический
способ, основанный на использовании
гипотезы проф. М. М. Протодьяконова.
Для определения горного давления по
гипотезе М. М. Протодьяконова кон-
тур подковообразной выработки заклю-
чают в прямоугольник (рис. 34.1, а),
из нижних углов которого проводят ли-
нии, определяющие положение призмы
обрушения. Пересечение этих линий с
продолжением верхней стороны прямо-
угольника определяет пролет свода дав-
ления L. Высоту вывала h определяют
по формуле (32.1).
Принимая (в запас прочности) верти-
кальную нагрузку по максимальной ор-
динате свода давления, получим норма-
тивную вертикальную нагрузку
где у — удельный вес грунта.
Если тоннель заложен в слабых не-
устойчивых грунтах, где образование
естественного разгружающего свода не-
возможно, или не удовлетворяется усло-
вие Н >2h (см. п. 32.4), вертикальная
нагрузка учитывает вес всей толщины
грунта, расположенной над тоннелем,
i=l
где ъ и ht — соответственно удельный вес
грунта и толщина Z-го слоя; п — число слоев
Активное боковое давление грунта на
обделку определяют, как для подпорной
стены, к поверхности призмы обрушения
которой приложена вертикальная на-
грузка q. Трапецеидальную боковую на-
грузку приближенно заменяют равномер-
но распределенной нагрузкой р, равной
интенсивности давления в середине высо-
ты обделки,
Р=(<7+ -^-]^(45°-<р/2).
Аналогично определяют нагрузку от
горного давления на обделки кругового
очертания (рис. 34.1, б).
Необходимо учитывать, что при пре-
обладающем вертикальном давлении q бо-
ковое давление р улучшает условия ра-
боты конструкции, противодействуя де-
формациям обделки, вызванным верти-
кальной нагрузкой. Поэтому расчетное
значение бокового давления получают,
умножая нормативную . нагрузку р на
коэффициент перегрузки /и, меньший
единицы.
Собственный вес конструкции опреде-
ляют по ее проектным размерам и удель-
ным весам материалов.
Расчет на гидростатическое давление
выполняют, когда обделка тоннеля на-
дежно герметизирована. В этом случае
удельный вес грунта определяют с уче-
том его взвешенности в воде
где уо “ удельный вес твердой фазы грун-
та, 8 — коэффициент пористости.
Рис 34.1. Схемы для определения нагрузки от, горного давления в выработках:
а — подковообразного очертания; б — кругового очертания
333
Нагрузка от транспортных средств,
движущихся .в тоннеле, обычно передается
через балластный слой и бетонную под-
готовку на массив грунта в лотковой час-
ти, распределяясь по значительной его
поверхности и не оказывая влияния на
работу обделки. Каждую расчетную на-
грузку получают из нормативной умно-
жением ее на соответствующий коэффи-
циент перегрузки предусмотренный
СНиПом.
34.2. Особенности статической
работы тоннельной обделки
Обнаженные подземной выработкой
грунты не только передают на конструк-
цию горное давление, но и работают с ней
совместно, противодействуя деформаци-
ям обделки в сторону грунта. Для обес-
печения совместной работы необходим
плотный контакт между обделкой и грун-
том, который достигается благодаря наг-
нетанию за конструкцию песчано-це-
ментного раствора.
Способность грунта деформироваться
характеризуется модулем общей дефор-
мации Ео и коэффициентом поперечной
деформации р0, которые используются в
методах расчета подземных конструкций
(предложенных проф. С. С. Давыдовым и
д-ром техн, наук С. А. Орловым), осно-
ванных на применении теории упруго-
сти.
До настоящего времени в расчетах под-
земных конструкций обычно применяет-
ся более простой способ оценки упругих
свойств грунта, основанный на использо-
Рис. 34.2. Схема взаимодействия обделки и
грунта:
/ — зона отлипания; 2 — зона упругого отпора
334
вании теории местных деформаций, вы-
текающей из гипотезы Винклера о пря-
мой зависимости между напряжениями
в грунте и ее деформациями:
где k — коэффициент упругого отпора
грунта; 6 — деформация грунта под действи-
ем вдавливающегося в него тела ‘
Под действием преобладающего вер-
тикального горного давления верхняя
часть обделки прогибается во внутреннюю
сторону (рис. 34.2). Область, в которой
деформации конструкции направлены
внутрь выработки и не встречают проти-
водействия грунта, называют зоной от-
липания. Эта зона определяется цент-
ральным углом 2 а, который зависит от
крепости грунта и упругих свойств об-
делки. Она находится в пределах от 90е
для крепких грунтов до 150° для слабых
грунтов.
В то же время стенки тоннеля стремят-
ся деформироваться в наружную сторо-
ну, встречая от грунта упругий отпор.
Область, в которой деформации обделки
направлены к грунту, называют зоной
упругого отпора.
Вообще границы между зоной отлипа-
ния и зоной упругого отпора, определяе-
мые углом 2 а, неизвестны. При расчете
тоннельной обделки значением угла 2а
. задаются и уточняют его значение по ре-
зультатам расчета, когда появляется воз-
можность определить направление пере-
мещений частей обделки.
Существует ряд способов учета упру-
гого отпора в статических расчетах обде-
лок. Одни основаны на первоначальном
задании формы эпюры отпора; в других
распределенный упругий отпор грунта
заменяется действием отдельных упру-
гих опор, поставленных по наружной по-
верхности обделки, как, например, в рас-
четах по методу проф. С. С. Давыдова или
в способе Метрогипротранса (см. п. 34.5).
При правильной оценке упругих свойств
грунта точность расчета зависит от часто-
ты расположения опор, которая при ис-
пользовании ЭВМ не ограничивает воз-
можностей проектировщика.
34.3. Основные расчетные схемы
обделок, сооружаемых закрытым
способом
Расчетная схема конкретной конструк-
ции — такая абстрактная система, ко-
торая максимально приближается к за-
данной конструкции, но отличается от
нее некоторыми допущениями, не иска-
жающими существенно ее статическую
работу и позволяющими применить для
расчета известные методы строительной
механики. Принятые в расчетной схеме
допущения и упрощения должны обес-
печивать запас прочности конструкции.
Одним из важных преимуществ любой
строительной конструкции является яс-
ность ее расчетной схемы. Если расчет-
ную схему конструкции составить за-
труднительно, то и трудно предсказать,
как будет работать конструкция и как ра-
циональнее использовать в ней материал.
В составлении расчетной схемы прояв-
ляются искусство и знания проектиров-
щика. От качества расчетной схемы, ее
соответствия заданной конструкции за-
висит и достоверность результатов рас-
чета, никакая тщательность выполнения
которого не может компенсировать по-
грешностей, допущенных в расчетной
схеме.
Затруднения при составлении расчет-
ных схем подземных конструкций возни-
кают обычно в учете взаимодействия об-
делки и грунта. Очевидно, с точки зре-
ния обеспечения запаса прочности конст-
рукции лучше недоучесть упругий отпор
грунта на тех участках, где его проявле-
ние сомнительно.
Тоннельные обделки принадлежат к
конструкциям, протяженность которых
значительно превосходит размеры их по-
перечного сечения. Поэтому, если нагруз-
ка и свойства упругого основания по дли-
не тоннеля не изменяются, то для расче-
та удобно выделить участок конструк-
ции —- кольцо размером по продольной оси
1 м.
Простейшая расчетная схема
(рис. 34.3, а) соответствует конструкции
в виде сравнительного пологого бесшар-
нирного свода, пяты которого упруго
заделаны в грунте (см. рис. 33.3): учи*
тывается их поворот у и горизонтальное
перемещение Л под действием нагрузки;
вертикальные перемещения обеих пят
при одинаковых условиях их опирания
равны и поэтому не учитываются, так
как они не оказывают влияния на стати-
ческую работу свода. Подобные конструк-
ции, как правило, работают в зоне отли-
пания. Если вблизи пят имеется незна-
чительная область упругого отпора, то
в запас прочности конструкции ее не
учитывают.
Расчетная схема незамкнутой подково-
образной обделки (рис. 34.3, б) соответ-
ствует конструкции подъемистого сво-
да. Согласно методике Метрогипротран-
са криволинейный контур обделки заме-
няется вписанным ломаным, а распреде-
ленные силовые воздействия как актив-
ные, так и пассивные заменяются сосре-'
доточенными силами, приложенными в
узлах системы. Жесткость каждого
стержня принимают равной средней жест-
кости заменяемого им элемента обделки.
Горизонтальное перемещение подошвы
стены исключается ее заглублением и си-
лами трения между подошвой и основа-
нием. Поворот подошвы на угол у возмо-
жен ввиду ее упругой заделки в грунте.
335
Расчетная схема незамкнутой подково-
образной обделки справедлива также для
замкнутой конструкции с обратным сводом,
так как этот элемент сооружают в послед-
нюю очередь и он не оказывает влияния
на работу обделки, которая к этому вре-
мени уже восприняла нагрузку от горного
давления и приобрела соответствующие
деформации.
Методика Метрогипротранса пригодна
для расчета большинства подземных кон-
струкций, в том числе и для обделок кру-
гового очертания из чугунных тюбингов
(см. рис. 33.9), расчетную схему которых
принимают в виде упругого кольца, ра-
ботающего под действием вертикальной и
горизонтальной нагрузок в упругой сре-
де (рис. 34.3, в).
Если чугунная обделка заложена в
слабых неустойчивых грунтах (ил, плы-
вун), неспособных обеспечить отпор, при-
нимают расчетную схему упругого коль-
ца, работающего в свободно деформиру-
емой среде (рис. 34.3, г).
Для обделки из железобетонных бло-
ков с шарнирными стыками С. А. Орло-
вым предложена расчетная схема
(рис. 34.3, д), близкая к расчетной схе-
ме кольца в упругой среде и отличаю-
щаяся от нее наличием шарниров в ме-
стах соединения блоков.
Как правило, тоннельные конструк-
ции являются системами с большой сте-
пенью статической неопределимости.
34.4. Расчет обделки способом
Метрогипротранса
В расчете обделок способом Метрогип-
ротранса используется метод сил. Сте-
пень статической неопределимости рас-
Рис. 34 4. Основная
система подково-
образной обделки
по методу сил
четной схемы определяется числом узлов,
к которым примыкают упругие опоры, с
добавлением верхнего узла. Основная си-
стема (рис. 34.4) для расчетной схемы,
принятой согласно рис. 34.3, б, получа-
ется введением шарниров в указанных уз-
лах с одновременным приложением не-
известных усилий — парных изгибаю-
щих моментов Х2, ..., Хп. В связи с
симметрией системы и нагрузки лишние
неизвестные усилия, расположенные сим-
метрично относительно вертикальной
оси, равны между собой и определяются
из решения системы канонических урав-
нений:
Xi 6ц + Х2 62+ 4-Хп 61Л+А1Р—О,
$21+^2 $22+ ~г *п $2п + Д2р=0;
(34 1)
+ *п (6Пп +
где и &гр — соответственно единич-
ные и грузовые перемещения основной систе-
мы; уп — угол поворота подошвы стены под
действием единичного момента, определяемый
из выражения
kp — коэффициент упругого отпора в основа-
нии стены; /п — момент инерции подошвы
Перемещения определяют по фор-
муле:
. - Г MjMh , „ NjNh
Oife —S 1 — dS-j-2 — am^~
J F‘rn EFm
+ S"^’
где Мг, Ni, R}, M& R^ — соответст-
венно изгибающие моменты, нормальные силы
и реакции в упругих опорах от действия пар-
ных единичных моментов, приложенных в
точках ink; Im, Fm и ат — соответственно
момент инерции, площадь поперечного сече-
ния и длина /и-го стержня основной системы,
Dm — характеристика упругости опоры, оп-
ределяемая по формуле
k — коэффициент упругого отпора; b — рас-
четная длина участка обделки (b = 1 м).
Усилия в основной системе определя-
ют, начиная с ее верхней части, пред-
ставляющей трехшарнирный свод.
Усилия в шарнирной цепи, примыкаю-
щей к трехшарнирному своду, находтя
336
а) б) | у
Рис 34.5. Схема для расчета
делки методом перемещений:
а — расчетная схема; б — основная
тоннельной об-
система
В расчетной схеме по методу переме-
щения (рис. 34.5, а) упругие опоры (пру-
жинки), собирающие упругие свойства
основания с половины длины стержня,
направлены перпендикулярно его оси и
располагаются по концам стержня. Ос-
новная система (рис. 34,5, б) получается
наложением на каждый узел связей, пре-
пятствующих его повороту, горизонталь-
ному и вертикальному перемещениям.
Пружинки в основной системе условно не
показаны.
Глава 35
ПРОХОДКА ЭЛЕМЕНТОВ ТОННЕЛЬНОЙ
ВЫРАБОТКИ
последовательным вырезанием узлов, на-
чиная с верхнего. При этом в грузовом
состоянии р, а также в единичных состоя-
ниях 1 и 2 (см. рис. 34.4) к верхнему уз-
лу 2 шарнирной цепи прикладываются
усилия от трехшарнирного свода в виде
его реакции Hi и Vt с противоположным
знаком.
Из решения системы канонических
уравнений (34.4) определяют изгибаю-
щие моменты, действующие в отмеченных
узлах конструкции.
Изгибающие моменты в сечениях верх-
ней части обделки (выше точки 2, см.
рис. 34.3, б), а также нормальные силы
в стержнях и реакции в упругих опорах
находят из выражений:
Мт = Мтр4-2Мтп Хп, 1
Rm ~ ^трт , J
где Мтр, Nmp, Rmp — изгибающий мо-
мент, нормальная сила и реакция в m-м стерж-
не основной системы в грузовом состоянии;
Мтп, Nmn> Rmn — соответствующие усилия
в т -м стержне в единичном состоянии и.
Расчетная схема Метрогипротранса
пригодна не только для расчетов по мето-
ду сил, но и для расчетов по методу пере-
мещений в форме, разработанной д-ром
техн, наук Н. Н. Шапошниковым. При
выполнении расчетов на ЭВМ метод пере-
мещений имеет существенное преимущест-
во перед методом сил, заключающееся
в значительных упрощениях трудоемко-
го процесса вычисления коэффициентов
канонических уравнений.
12 Зак 1048
35.1. Фронт тоннельных работ
В связи с значительной трудоемкостью
подземных работ и с узостью их фронта
продолжительность сооружения тоннеля
зачастую лимитирует время окончания
строительства всей дороги. Поэтому для
сокращения срока окончания тоннель-
ных работ применяют комплексную ме-
ханизацию трудоемких процессов, а при
проходке тоннелей для этой же цели не-
обходимо всемерное расширение фронта
подземных работ открытием дополнитель-
ных забоев.
В слабых грунтах тоннельную выра-
ботку раскрывают по частям (рис. 35.1)
с немедленным закреплением обнажен-
ного массива временной крепью. Внача-
ле проходят нижнюю штольню /. Из нее
при помощи вертикальных или наклон-
Рис 351 Очередность раскрытия элементов
подземной выработки
337
Рис. 35 2 Открытие дополнительных забоев с помощью вспомогательных выработок
ных ходков 2 открывают забой верхней
штольни 3, на базе которой раскрывают
верхнюю часть выработки — калотту 4.
Затем разрабатывают грунт в средней
штроссе 5 и в последнюю очередь — в бо-
ковых штроссах 6,
Обычно строительство тоннеля начина-
ют с обоих порталов 1 и 12 (рис. 35.2)
проходкой направляющих штолен 4 и 11.
На базе направляющей штольни со сторо-
ны портала 1 открыты два дополнитель-
ных фронта работ по проходке 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 эксплуатации тон-
неля может быть использована как вен-
тиляционная. Если трасса тоннеля про-
ходит вблизи косогора, дополнительные
забои 8 и 10 могут быть открыты через
штольню-окно 9.
В устойчивых грунтах элементы выра-
ботки укрепляют: калотту раскрывают
без предварительной проходки верхней
штольни, раскрытие средней и боковых
штросс проводят в один прием.
В очень крепких грунтах, где постанов-
ка временной крепи не требуется, воз-
можно одновременное раскрытие выра-
ботки на полный профиль без членения
ее на элементы.
35.2. Крепление врезки и проходка
направляющей штольни
Прохбдческим работам должны пред-
шествовать устройство подходной выем-
ки и крепление врезки в лобовой откос, в
котором предварительно снимают верх-
ний слой, сложенный из слабых вывет-
ривающихся грунтов.
Крепление врезки (рис. 35.3) выполня-
ют из бревенчатых рам /, подпирающих
щиты из досок и брусьев 2 и 3. Перекры-
тие врезки 4 состоит из нескольких слоев
бревен, поверх которых укладывают кам-
ни и мягкий грунт 5, предохраняющие ус-
тановленную крепь от ударов кусками
грунта в случае их скатывания с лобового
откоса.
Основой штольневой крепи служат ра-
мы из бревен 6. Верхний элемент рамы —
5 — заполнение
338
верхняя—соединяется со стойками вруб-
кой в «лапу» или «в «шор».
Бревна скрепляются скобами. Штоль-
невая рама подпирает крепление кров-
ли из досок — марчеван 7, передние кон-
цы которых опираются на поперечную
доску — филату 9, прижимающуюся к
марчеванам клиньями 8.
В слабых грунтах марчеваны, заложен-
ные поверх филаты, забивают в массив
и под защитой марчеван по мере их про-
движения разрабатывают грунт. При пол-
ном заглублении марчеван одного посада
под их передние концы подводят верхняя
новой штольневой рамы, и цикл работ
повторяется в очередной заходке.
В скальных грунтах, в которых кров-
лю хотя бы на непродолжительное время
можно оставить без крепления, доски не
забивают, а закладывают после освобож-
дения пространства каждой заходки или
ее части от грунта.
Кровлю затягивают досками всплош-
ную. Бока выработки закрепляют слош-
ной затяжкой только в слабых грунтах.
В породах средней крепости стены вы-
работки крепят досками, расположен-
ными вразбежку. В крепких грунтах сте-
ны выработки могут оставаться незакреп-
ленными.
35.3. Раскрытие калотты
В слабых грунтах раскрытие калотты
(рис. 35.4, а) производят на базе верх-
ней направляющей штольни. В ней раз-
бирают доски, крепящие боковые части
выработки, верхняк / берут на подхват
установкой вблизи его концов рядом со
стойками пары верхних прогонов — лон-
гарин 2, под которые проводят новые
стойки. После этого стойки штольневой
рамы убирают. Поверх лонгарин заби-
вают первый посад марчеван 3 в направ-
лении, перпендикулярном оси тоннеля,
под него подводят следующую пару лон-
гарин и так до полного раскрытия калот-
ты.
Работы в калотте и других элементах
выработки производят кольцами —
участками длиной 3—6 м, в пределах ко-
торых выполняют одну производствен-
ную операцию, например, раскрытие вы-
работки или бетонирование обделки.
Проходка калотты в грунтах средней
крепости (рис. 35.4, б) может выполнять-
ся при отсутствий направляющей штоль-
ни, благодаря чему достигается опреде-
ленная экономия, так как разработка
грунта в ограниченном пространстве ма-
лых выработок средствами малой механи-
зации обходится дороже, чем в больших
выработках. В этих условиях рациональ-
но использовать стальные элементы кре-
пи в виде проходческих дуг 4 из старых
узкоколейных рельсов, кружальных дуг
5 из швеллеров и распорок-наездников 6,
сваренных из швеллеров. Все наездники
имеют одинаковые размеры, но благода-
ря различным клиньям 7 позволяют уста-
новить кружальную дугу от проходче-
ской на различных расстояниях, обеспе-
чивая проектные размеры свода. Дуговая
металлическая крепь в меньшей степени,
чем деревянная, стесняет внутреннее
•пространство выработки и позволяет рас-
положить марчеваны 8 в кровле калотты
параллельно оси тоннеля, уменьшая пере-
бор грунта.
В крепких скальных грунтах, где эле-
менты выработки укрупняют, использу-
Рис 35.4. Схема временной крепи калотты:
а — из деревянных элементов; б — со стальными дугами
12*
339
ют полигональную крепь из брусьев или
арочную из стальных элементов. Эти
конструкции служат опорой для досок за-
тяжки кровли, вместо которых можно ус-
тановить стальную сетку, предохраняю-
щую от незначительных местных выва-
лов. Полигональная и арочная крепи в
меньшей степени стесняют внутреннее
пространство выработки, чем деревян-
ная, применяемая в слабых грунтах.
35.4. Анкерная крепь
Новым и весьма эффективным видом
временной крепи подземных выработок,
не стесняющих их внутреннее пространст-
во, является анкерная (штанговая) крень
(рис. 35.5), область применения которой
расйространяется на все скальные грун-
ты. Анкер 1 закладывают в предваритель-
но пробуренное в грунте цилиндрическое
отверстие — шпур и закрепляют вблизи
дна шпура или по всей его длине. Анке-
ры, заделанные в горный массив, скреп-
ляют его части, разделенные слоями и тре-
щинами, значительно повышая устой-
чивость обнаженных грунтов.
В слабых грунтах анкеры поддерживают
металлические дуги, за которые заклады-
вают доски затяжки кровли. В грунтах
средней крепости и крепких к анкерам
подвешивают стальную сетку 2.
Наибольшее распространение получили
стальные и железобетонные анкеры.
Стальные анкеры клинощелевого типа
отличает простота изготовления. Однако
в связи с небольшой поверхностью кон-
такта головки анкера и грунта несущая
способность таких анкеров невелика. Зна-
чительно большей несущей способностью
обладают стальные анкеры распорного
типа, у которых в головной части поме-
щена специальная гильза, распираемая
гайкой, навинчивающейся на стержень
анкера при его вращении в шпуре. Из-за
подверженности коррозии стальные ан-
керы сравнительно недолговечны.
Железобетонные анкеры долговечны,
обладают большой несущей способностью,
но включаются в работу лишь после того,
как раствор в шпуре наберет достаточную
прочность. Простейший анкер (рис. 35.5,
в), называемый набивным, образуется при
вдвигании стального стержня в шпур,
наполненный раствором. Очевидно, высо-
кокачественное заполнение раствором
шпуров в кровле выработки затрудни-
тельно, поэтому набивные анкеры ис-
пользуют для закрепления грунта в
стенках и подошве выработки.
Более универсальны перфорированные
железобетонные анкеры, в которых раст-
вор укладывается в полый цилиндр из
жести с отверстиями, равномерно распре-
деленными по его поверхности. Перфо-
рированный цилиндр с раствором встав-
ляют в шпур, а затем внутрь цилиндра
вдвигают стальной стержень, выдавли-
вающий через отверстия раствор, запол-
няющий пространство между стенками
шпура и цилиндром.
В последнее время для закрепления
стержня в шпуре стали использовать по-
лимерные материалы: на конце стержня
анкера закрепляется ампула, в которой
отдельно помещены эпоксидная смола и
отвердитель. Ампула раздавливается
стержнем о дно шпура и ее состав пере-
мешивается вращением стержня. После
отвердения смолы анкер надежно за-
крепляется в массиве.
Расчет анкерной крепи предусматрива-
ет определение длины анкеров и расстоя-
ния между ними (шага анкеров).
Глава 36
РАЗРАБОТКА И УБОРКА ГРУНТА
36.1. Способы разработки грунта
Разработку грунта в выработках тон-
нелей, сооружаемых горным способом,
выполняют главным образом буровзрыв-
ным способом. Значительно реже для
этой цели применяют пневаматические
отбойные молотки; обычно ими выравни-
вают контур выработки после буровзрыв-
ных работ.
Для разработки слабых грунтов с ко-
эффициентом крепости / < 1,5 применя-
ют пневмолопаты, работающие по тому же
принципу, что и отбойные молотки.
Специальные проходческие машины,
разрабатывающие грунт в забое на пол-
ный профиль, используют обычно при
строительстве тоннелей кугового очерта-
ния (см. п-. 38.2).
Буровзрывной способ разработки
грунта включает бурение шпуров, их
заряжание взрывчатым веществом (ВВ)
и взрывание.
Бурение шпуров производится пнев-
матическими, электрическими или гид-
равлическими бурильными маши-
нами.
Первые получили наибольшее распро-
странение как самые простые, надежные
и безопасные.
Пневматические бурильные машины
приспособлены для бурения с руки, с ко-
лонки или со специальной тележки —
рамы. Ручные перфораторы подразделяют
на легкие (до 20 кг), средние (до 25 кг) и
тяжелые (до 35 кг). Перфораторы колон-
ковые и устанавливаемые на рамах име-
ют массу 45—75 кг.
Для взрывания грунтов используют
различные ВВ, из которых в практике
отечественного тоннелестроения наиболь-
шее распространение получили аммониты,
изготовляемые из аммиачной селитры
(85—88%) с добавлением нитросоедине-
ний и легковоспламеняющихся органи-
ческих веществ. Аммониты отличаются
безопасностью и сравнительно низкой
стоимостью.
Как правило, ВВ применяют в патрони-
рованием виде.
Взрывание заряда ВВ в каждом шпуре
осуществляется обычно при помощи кап-
сюля-детонатора, реже — посредством
детонирующего шпура. Капсюль при-
крепляют к одному из патронов (обычно
последнему), закладываемых в шпур.
При заряжании шпура этим патроном-
боевиком нужно соблюдать особую осто-
рожность.
Капсюли-детонаторы взрывают элект-
рическим или огневым способом. Первый
способ основан на накаливании проводни-
ка, вмонтированного в капсюль. При
втором способе огонь передается к ВВ де-
тонатора огнепроводным шнуром. Пре-
имущественное распространение имеет
электрический способ взрывания, при
котором не ограничивается число взры-
ваемых шпуров и обеспечивается полная
безопасность рабочего-взрывника.
Различают электродетонаторы мгно-
венного и замедленного действия. Замед-
ление взрывания ВВ детонатора достига-
ется установкой между нитью накала и
зарядом ВВ в капсюле порохового стол-
бика, передающего огонь через опреде-
ленный промежуток времени.
Электродетонаторы замедленного дей-
ствия обеспечивают степень замедления
от десятых долей секунды до несколь-
ких секунд. Благодаря разновременности
взрывания групп шпуров достигается
большая эффективность взрыва и его
меньшее сейсмическое воздействие на гор-
ный массив. Заряды, взрывающиеся без
341
замедления или с меньшим замедлением,
образуют для последующих зарядов до-
полнительные плоскости обнажения.
Порода в забое подземной выработки
имеет одну плоскость обнажения, если она
на всех участках разработана равномер-
но и поверхность забоя близка к верти-
кальной плоскости. Если, например,
верхняя часть выработки разработана на
большую глубину, а в нижней части не-
разработанный грунт по форме напо-
минает ступень, ограниченную спереди
вертикальной, а сверху горизонтальной
плоскостями, то в образовавшемся усту-
пе грунт имеет две плоскости обнажения.
Наконец, если этот уступ с одного из бо-
ков обнажен, то образуется третья свобод-
ная плоскость.
Очевидно, при увеличении числа плос-
костей обнажения уменьшается «зажим»
грунта и облегчаются условия его разра-
ботки: требуется меньшее количество ВВ,
контуру выработки легче придать проект-
ное очертание.
Шпуры, пробуренные в забое
(рис. 36.1), имеют различное назначение.
В средней части располагают группу
шпуров 1, называемых врубовыми. Эти
шпуры взрывают в первую очередь, обра-
зуя в забое углубление — вруб, благо-
даря которому у оставшейся части обу-
ренного грунта создается вторая пло-
скость обнажения.
i в
Рис. 36.1 Схема расположения в забое шпу-
1 — врубовых; 2 — отбойных; 3 — контурных
342
Существуют различные типы врубов,
конструкция которых учитывает условия
залегания грунта. В тоннельной практи-
ке обычно устраивают клиновые врубы из
сходящихся шпуров, угол наклона кото-
рых к плоскости забоя изменяется от
70° для мягких грунтов до 55° для креп-
ких скальных грунтов. Число врубовых
•шпуров назначают также соответственно
крепости грунта от 4 до 8.
Остальные шпуры 2, равномерно рас-
положенные по площади забоя, называ-
ют отбойными. В число отбойных шпуров
входят также контурные шпуры 3, кото-
рые в отличие от других шпуров, на-
правленных перпендикулярно плоско-
сти забоя, наклонены в наружную сторо-
ну так, что их концы находятся на про-
ектном контуре выработки.
В результате одного цикла буровзрыв-
ных работ от грунта освобождается оче-
редная заходка, показанная на плане вы-
работки штриховой линией.
Поверхность выработки после взрыва-
ния грунта имеет значительные неровно-
сти. Чтобы избежать переборов грунта
или в случае недоборов необходимости
выравнивания выработки отбойными мо-
лотками, применяют профильное (глад-
кое) взрывание, отличающееся от рас-
смотренного выше конструкцией заря-
дов контурных шпуров и их расположе-
нием.
При профильном взрывании число кон-
турных шпуров увеличивают, а расстоя-
ние между ними сокращают. Контурные
шпуры бурят перпендикулярно плоско-
сти забоя без наклона в наружную сто-
рону, располагая их на расстоянии не да-
лее 10 см от проектного контура выработ-
ки. Для заряжания контурных шпуров
используют низкобризантные ВВ, пат-
роны которых рассредоточивают по дли-
не шпура благодаря разделению их воз-
душными промежутками. Такая конструк-
ция заряда способствует более равномер-
ному распределению энергии взрыва с
уменьшенной скоростью начального воз-
действия ВВ на взрываемый массив.
Число шпуров на одну заходку и
необходимое количество ВВ определяют
' расчетом.
Глубина заходки
где /к — длина комплекта шпуров; ц —
коэффициент использования шпура; т) = //
//ш; I — длина части шпура, разрушаемой
взрывом; /ш — полная длина шпура.
В горизонтальных выработках коэф-
фициент использования шпура составля-
ет 0,8—0,9.
Длину шпуров назначают с учетом про-
изводительности механизмов, обслужива-
ющих цикл буровзрывных и погрузоч-
ных работ, а также из условия обеспече-
ния устойчивости выработки, которая
после взрыва остается незакрепленной в
течение некоторого времени, необходи-
мого для вентиляции, осмотра результа-
тов взрыва, оборки и выравнивания кон-
тура.
Число шпуров N определяют по эмпи-
рической формуле, рекомендованной
ВНИИ транспортного строительства,
^!?Л~ (36.1)
d2 k3 Ь
где qQ — удельный расход ВВ на кубиче-
ский метр разработанного грунта, кг/м3; S—
площадь поперечного сечения выработки, м2;
d — диаметр патрона ВВ, см; k3 — коэффи-
циент заполнения шпура, А — плотность
ВВ, г/см2.
Все величины, входящие в формулу
(36.1), кроме величины S, зависят от
условий взрывания и приводятся в таб-
лицах, данных в учебниках по тоннелям.
Это относится и к большинству величин,
входящих в последующие формулы рас-
чета буровзрывных работ.
После назначения числа врубовых шпу-
ров 7VBp определяют число отбойных й
контурных шпуров
Д/0Tg = /V —Л^вр
Масса патронированных ВВ, потреб-
ных на одну заходку,
Q~ Qotg4~ Qbp >
Масса ВВ, приходящаяся на 1 м шпу-
ра с учетом степени его заполнения,
где g —масса патрона В В, кг; k3 — коэф-
фициент заполнения шпура; /п — длина пат-
рона, м.
Масса ВВ, потребного для заряжения
отбойных и контурных шпуров,
Сотб ~ Nотб /к q •
Для врубового шпура, взрывающегося
в условиях большего зажима грунтом,
назначают заряд на 20 % больший, чем
для отбойного.
Масса зарядов врубовых шпуров
<2вр~ 1,2УУвр /к q.
Целесообразно и для нижних контур-
ных шпуров, взрывающихся при завале
их грунтом, назначать заряды, усиленные
так же, как и заряды врубовых шпуров.
36.2. Погрузка грунта
После взрывания, проветривания, ос-
мотра забоя и оборки профиля присту-
пают к погрузке грунта в транспортные
средства. Эта операция в проходческом
цикле — самая трудоемкая и обычно пол-
ностью механизирована.
Породопогрузочные машины имеют
сравнительно небольшие размеры и спе-
циально приспособлены для работы в
стесненном пространстве подземной вы-
работки. В тоннельном строительстве ис-
пользуют пневмоприводные и электро-
приводные машины.
При небольших объемах работ, напри-
мер в штольнях, иногда применяют по-
лумеханическую погрузку при помощи
перегружателей, сконструированных на
базе транспортеров. Приемная воронка
транспортеров расположена очень низко
(35—40 см), поэтому производительность
ручной погрузки на транспортер лопата-
ми больше, чем ручная погрузка непо-
средственно в вагонетку высотой 200 см.
При разработке выработки по частям
грунт из верхнего забоя можно направ-
лять в вагонетки, стоящие на путях ниж-
него горизонта проходки, по лоткам са-
мотеком. Для перемещения грунта от за-
боя к лоткам или фурнелям в верхнем
горизонте применяют скреперы.
К пневмоприводным относится маши-
на ППН-1 (рис. 36.2 а), которая переме-
щается й работает на узкоколейном рель-
совом пути. Со стороны, противополож-
ной ковшу-лопате /, машина имеет уст-
ройство для сцепки 3 с вагонеткой. Ра-
бочий цикл машины, сцепленной с ваго-
неткой, состоит из наезда на отвал грун-
та с внедрением в .него ковша и опрокиды-
вания ковша через корпус 2 в вагонетку.
343
Для увеличения фронта погрузки кор-
пус машины вместе с лопатой может по-
ворачиваться относительно оси пути на
30° в каждую сторону. Техническая про-
изводительность ППН-1 равна 25 м3/ч.
Эта погрузочная машина отличается про-
стотой конструкции, несложностью управ-
ления и безотказностью в работе. Воз-
дух, отработавший в ее двигателях, до-
полнительно освежает атмосферу выра-
ботки. Главными недостатками машины
ППН-1 являются значительная рабочая
высота, обусловленная верхним положе-
нием ковша над корпусом во время по-
грузки, низкий к. п. д. и значительный
шум, производимый ее двигателями при
работе.
Электроприводная погрузочная маши-
на ППН-5 (рис. 36.2, б) также перемеща-
ется и работает на узкоколейном рельсо-
вом пути. Машина оборудована подни-
мающимся ковшом, с которого грунт по-
ступает на небольшой транспортер. Под
выступающей за пределы машины хвосто-
вой частью транспортера помещается ва-
гонетка, соединенная с выдвижным сцеп-
ным устройством.
Техническая производительность по-
грузочной машины ППН-5 равна 50 м3/ч.
Ее ковш имеет возможность поворачи-
ваться в каждую сторону на 50°, чем обес-
печивается широкий фронт погрузки.
Машина имеет высокий к. п. д., но тре-
бует более квалифицированного обслу-
живания, чем машина с пневмоприводом.
Возможный подъем транспортера ма-
шины ППН-5 поворотом на угол, дости-
гающий 25°, позволяет одинаково успеш-
но вести погрузку в вагонетки различ-
ной высоты и емкости. Кроме того, этот
транспортер может поворачиваться и в го-
ризонтальной плоскости на 7° в каждую
сторону, что позволяет вести погрузку не
только в вагонетки, стоящие на пути вслед
за машиной, но и в вагонетки на сосед-
нем пути.
В сочетании с вторым транспортером
машина ППН-5 позволяет вести непре-
рывную погрузку. В этом случае разрабо-
танный грунт с транспортера машины по-
дается на другой транспортер, под кото-
рый заходит без расцепки порожний со-
став. По мере заполнения вагонеток со-
став перемещается электровозом до тех
пор пока не будет полностью’загружен.
Чтобы работа машины не прекращалась
и во время смены составов, грунт с вто-
рого транспортера сгружается в проме-
жуточный бункер, поднятый над путями
и выполняющий роль накопителя.
С увеличением скоростей проходки все
больше используют погрузочные маши-
ны непрерывного действия с нагребаю-
щими лапами. Отечественные машины
такого tuna ПНБ-ЗД и ПНБ-4 имеют про-
изводительность около 200 и 350 м3/ч.
Для погрузки грунта в выработках
большого поперечного сечения, напри-
мер в двухпутных железнодорожных и
автодорожных тоннелях, находят при-
менение экскаваторы на гусеничном ходу.
С целью снижения рабочей высоты и уве-
личения производительности тоннель-
ные экскаваторы оборудуются не прямой
лопатой, а телескопической совковой, ко-
торая загружается разрушенным грун-
том за одно черпание. Производитель-
ность погрузки экскаватором в тоннеле
достигает 100—200 м3/ч. Работа экска-
ватора хорошо сочетается с погрузкой в
автомобили-самосвалы.
Производительность погрузки маши-
ной с учетом реальных условий процесса
определяют по формуле
Рис. 36.2. Схемы машин для погрузки породы
а - ППН-1; б -- ППН-5
344
Рис 36.3. Схемы вагонеток.
а — глухой, б — опрокидной
где <р — коэффициент использования ма-
шины, равный 0,8—0,85, k — коэффициент
разрыхления грунта, изменяющийся от 1,1 для
сыпучих грунтов до 2,2 для скальных грунтов,
Z, tr и /2 — соответственно продолжительность
цикла машины, смены вагонеток и составов,
мин, ч — коэффициент заполнения ковша ма-
шины, равный 0,5—0,8; 41 — коэффициент
вместимости вагонетки, равный 0,9—1,0; п —
число вагонеток в составе; V и соответст-
венно объем ковша машины и вагонетки.
Производительность непрерывной по-
грузки, значительно выше
г 60Ут)
~~ kt
Непрерывная погрузка позволяет уве-
личить скорость проходки тоннеля.
36.3. Тоннельный транспорт
Тоннельный транспорт необходим для
перевозки разработанного грунта от за-
боя за пределы тоннеля в отвал и для под-
воза строительных материалов и обору-
дования с поверхности в подземную вы-
работку. В строительстве тоннелей осо-
бенно важна бесперебойность в работе
транспорта, так как в самой выработке
нет места для хранения материалов и
любая задержка в перевозке грузов вле-
чет за собой остановку в работе. Обычно
в подземном строительстве используют
рельсовый транспорт узкой колеи.
В выработках большого сечения, на-
пример в двухпутных железнодорожных
и автодорожных тоннелях, успешно при-
меняют автомобили-самосвалы. При ком-
плексной механизации проходческих ра-
бот используют конвейерный транспорт,
позволяющий отдалить место погрузки
грунта в вагонетки от забоя и организо-
вать непрерывную погрузку.
Рельсовый транспорт в подземных вы-
работках обычно устраивают двухпут-
ным из рельсов типов Р24, РЗЗ и Р38.
Ширина колеи 600, 750 и 900 мм. Для
наращивания пути у забоя используют
вставки-времянки (рубки) из рельсов
длиной 1—4 м, которые по мере накопле-
ния заменяют целыми звеньями рельсов
длиной 7 или 8 м. Вместо последователь-
ного наращивания пути у забоя часто
применяют выдвижные звенья различ-
ной конструкции.
Для перевозки грузов и оборудования
используют вагонетки (рис. 36.3) и плат-
формы. Наибольшее распространение име-
ют вагонетки с глухим кузовом вмести-
мостью до 2 м3, требующие для разгруз-
ки специальные опрокидыватели, и са-
моразгружающиеся вагонетки с опро-
кидным кузовом вместимостью до 1 м3.
Все чаще используют большегрузные ва-
гоны ВПК вместимостью 7 и 10 м3, обо-
рудованные донными конвейерами, а так-
же автомобили-самосвалы МАЗ-640.
Для откатки составов обычно исполь-
зуют контактные (троллейные) электро-
возы, получающие электроэнергию от воз-
душной контактной сети, подвешенной
на высоте не менее 2,2 м от уровня голов-
ки рельса. Реже используют аккумуля-
торные электровозы, питающиеся от ак-
кумуляторов, расположенных на локо-
мотиве. При небольших объемах перевоз-
ки грузов на прямых коротких участках с
уклоном I > 30 °/00 применяют канат-
ную откатку тяговыми лебедками.
345
Г лава 37
СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ ГОРНЫМ
СПОСОБОМ
37.1. Способы постройки тоннелей
в слабых грунтах
Сооружение тоннелей горным спосо-
бом в основном состоит из процессов,
связанных с освобождением выработки от
грунта и возведением бетонной обделки.
Горный способ постройки объединяет
ряд способов работ, изменяющихся 'в за-
висимости от свойств проходимых грун-
тов и размеров тоннеля. Каждый из этих
способов основан на разработке грунта
в выработке по частям с немедленной ус-
тановкой временной крепи, также по
частям возводится и бетонная обделка.
Основные тоннельное работы выполня-
ют по принципу организации работ по-
точным или кольцевым способом. По
первому способу отдельные работы, на-
пример разработку грунта, бетонирова-
ние обделки и раскружаливание, ведут
с некоторым отставанием друг от друга,
параллельно, со скоростью, равной ско-
рости продвижения забоя. При кольце-
вом способе расширение выработки и
кладку обделки ведут в пределах корот-
ких участков — колец длиной 3—6 м,
разделенных между собой неразработан-
ным массивом длиной в два-три кольца.
Работы в соседнем кольце начинают по
достижении бетоном обделки предыду-
щего кольца достаточной прочности.
Кольцевой способ применяют, когда ус-
тойчивость грунта в выработке, раскры-
той на большой длине, сомнительна. По
порядку расширения 5 и закрепления вы-
работки различают три основных спо-
соба производства работ.
1. Способ опертого свода
предусматривает сооружение в первую
очередь верхней части обделки — свода
(рис. 37,1, а), под защитой которого вы-
полняют все работы ниже калотты.
Возможны несколько вариантов этого
способа. Одни из них основаны на ис-
пользовании обычной деревянной крепи.
В этих случаях проходят нижнюю и
верхнюю штольни или в коротких тон-
нелях только верхнюю штольню, на базе
которой раскрывают калотту. Современ-
ный вариант основан на использовании
для временной крепи калотты стальных
дуг. При этом надобность в верхней
штольне отпадает, а нижняя штольня
необходима только при проходке двух-
путных железнодорожных и других тон-
нелей большого поперечного сечения,
когда она используется для транспорта
грунта, разработанного в калотте и на-
правленного вниз через фур пели.
В способе опертого свода самая ответ-
ственная операция заключается в под-
водке стен под обнаженные пяты свода,
набравшего проектную прочность. Что-
бы исключить возможность осадки свода,
подводка стен проводится на небольших
участках, а под пяту свода по мере ее
обнажения немедленно устанавлива-
ют подпорки из бревен — штребели. Под-
водку стен под каждое кольцо свода
выполняют в определенном порядке
Рис. 37.1. Постройка тоннелей в слабых грунтах способами:
(рис. 37.2). Разрабатывая боковые штроссы
на участке длиной вполовину длины коль-
ца, одновременно подводят стены под об-
наженные четверти пят смежных колец
по противоположным углам (участки 7).
По достижении бетоном достаточной
прочности аналогично проводят подвод-
ку стен на участках 2. Когда углы коль-
ца свода поставлены на бетонные стол-
бы, набравшие прочность, разрабатыва-
ют грунт и подводят стену на среднем
участке 3. Только эту операцию допуска-
ется проводить в противоположных сте-
нах кольца одновременно в одном попе-
речном сечении.
Способ опертого свода применяют при
проходке в грунтах с коэффициентом
крепости f 1,5. Он выгодно отличает-
ся от других горных способов малым рас-
ходом материалов на временную крепь,
так как после сооружения верхней части
обделки все работы в средней и боковых
штроссах проводят под защитой бетон-
ного свода с применением высокопроиз-
водительных механизмов. Это важное
преимущество определяет широкое при-
менение способа опертого свода в раз-
личных геологических условиях вплоть
до скальных пород средней крепости.
К недостаткам этого способа относятся
сложность подводки стен под свод, со-
оруженный ранее, и наличие рабочего
шва в обделке в месте' соединения стены
со сводом.
2. С п о с о б опорного ядра-
применяют при постройке коротких тон-
нелей большого поперечного сечения в
слабых грунтах с коэффициентом крепо-
сти f = 0,5-? 1,0. Всю обделку возводят
по частям в малых выработках: штоль-
нях и калотте (рис. 37.1, б), опирая
временную крепь на среднюю часть
массива — ядро, которое разрабатывают
в последнюю очередь под защитой уже
готовой обделки.
Вначале разрабатывают грунт в нижней
паре штолен /, в которых затем ведут
кладку нижней части стен II. Далее та-
кие же работы на участках 3 и IV выпол-
няют во втором ряду штолен. Последней
проходят верхнюю штольню 5, раскрыва-
ют калотту 4 и бетонируют свод VII,
опирая его на готовые стены. Разработку
грунта в ядре 8 ведут большими механиз-
Рис 37.2. Очередность подводки частей стены
мами в условиях, близких к условиям ра-
бот на поверхности.
Способом опорного ядра можно стро-
ить обделки больших пролетов в небла-
гоприятных геологических условиях.
Стесненность работ в штольнях компен-
сируется удобством разработки основной
части грунта — ядра. Вместе с тем рас-
смотренный способ отличается сравни-
тельно малыми темпами работ и низким
качеством обделки, имеющей много ра-
бочих швов. При замкнутой конструк-
ции обделки разработку грунта в лотко-
вой части и укладку бетона в обратный
свод выполняют на небольших участках,
разделенных целиками грунта или коль-
цами. в которых обратный свод уже со-
оружен и приобрел достаточную проч-
ность. Такой порядок работы необходим
для предотвращения смещения стен
внутрь выработки.
3. Способ ядра с подат-
ливой оболочкой (новоавстрий-
ский) применяется для строительства тон-
нелей в скальных грунтах (рис. 37.1, в).
Он заключается в сочетании набрызгбето-
на с гладким взрыванием, анкерной кре-
пью и постоянной обделкой, перед соору-
жением которой на внутренней поверх-
ности набрызгбетонной оболочки укреп-
ляют гидроизоляционную мембрану.
Набрызгбетон II толщиной 15—20 см
наносят на арматурную сетку, закреплен-
ную на анкерах. Эта оболочка может быть
усилена дугами из арматурной стали или
проката. После сооружения обратного
свода IV в течение 3—5 мес происходит
ожидание прекращения деформаций обо-
лочки. Затем производится наклейка гид-
роизоляции и сооружение постоянной об-
делки V.
347
37.2. Способы постройки тоннелей
в крепких грунтах
При постройке тоннелей в крепких
грунтах отпадает необходимость в не-
медленной после разработки грунта ус-
тановке временной крепи, которую в этих
условиях принимают менее громоздкой,
так как ее назначение сводится к предот-
вращению образования отдельных мел-
ких вывалов и обрушения одиночных кус-
ков грунта с кровли. В скальных грунтах
для крепления выработки широко ис-
пользуют анкеры, к которым в пределах
кровли прикрепляют стальную сетку.
Способы работ в крепких грунтах отли-
чаются большей простотой, чем в слабых
грунтах, и элементы выработки здесь
значительно укру пняются.
В отечественной практике для проход-
ки тоннелей в крепких грунтах чаще дру-
гих используют способ нижнего уступа
(рис. 37.3, а), при котором верхнюю часть
выработки 1 разрабатывают с некото-
рым 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
подмостей.
Обычно размер уступа по длине тон-
неля принимают небольшим, равным раз-
меру заходки. Благодаря этому при взры-
вании большую часть грунта с верхнего
горизонта обрушают вниз, где его грузят
в транспортные средства машиной, рабо-
тающей в нижнем горизонте.
При больших объемах разработанного
грунта уступ удлиняют, чтобы в верхнем
горизонте было достаточно места для ра-
боты погрузочной машины, от которой
удобно передавать грунт на транспортер
или систему конвейеров, перекрываю-
щих место работы вблизи нижнего усту-
па. С транспортера грунт подается в бун-
кер, расположенный на достаточном уда-
лении от забоя нижнего горизонта. Бла-
годаря этому погрузка грунта с верхне-
го горизонта не создает помех работам,
проводимым внизу.
При длинном нижнем уступе организа-
ция работ несколько усложняется, но
создаются условия для увеличения скоро-
сти проходки.
Кладку бетонной обделки III выполня-
ют на некотором отдалении от забоя ниж-
него горизонта так, чтобы процессы раз-
работки грунта и бетонирования не созда-
вали взаимных помех.
Способ сплошного забоя
(рис. 37.3, б) имеет много общего со спо-
собом короткого нижнего уступа. На-
личие одной плоскости забоя упрощает
использование для бурения шпуров буро-
вых рам с тяжелыми высокопроизводи-
тельными перфораторами, снабженными
автоматическим управлением.
Основные работы при этом способе
включают только два процесса: разра-
ботку грунта 1 с последующей ее уборкой
и кладку бетонной обделки II.
3. Способ центральной
штольни (рис. 37.3, в) несколько
сложнее способов, рассмотренных выше.
Центральная штольня 1 создает допол-
нительную плоскость обнажения для
грунта в забое и используется для буре-
ния шпуров, расположенных веерообраз-
но и параллельно плоскости забоя. По-
следний фактор увеличивает эффектив-
ность взрывания грунта 2. Кроме того,
Рис 37.3, Проходка тоннелей в крепких грунтах способами
а — нижнего уступа, б — сплошного забоя; в — центральной штольни
348
штольня позволяет улучшить разведку
горного массива. Кладку Ш выполняют
при тех же условиях, что и для сплошно-
го забоя.
37.3. Возведение бетонной обделки
Процессы, связанные с кладкой бетон-
ной обделки, зависят от способа построй-
ки тоннеля.
При сооружении тоннеля в слабых
грунтах обделку возводят по частям, объ-
ем одновременно возводимых бетонных ра-
бот невелик, поэтому для процессов, свя-
занных с бетонированием обделки, ис-
пользуют средства малой механизации.
Бетон обычно подают с поверхности в оп-
рокидных вагонетках или в бадьях на
платформах и укладывают в обычную опа-
лубку из досок через направляющие лот-
ки. Загрузку бетона в лотки выполняют
подъемными механизмами. Уложенный
бетон подвергают вибрированию поверх-
ностными и глубинными вибраторами.
Кладку обделки, сооружаемой в сла-
бых грунтах, выполняют параллельно
проходке выработки с некоторый отста-
ванием от нее. Непосредственно перед ук-
ладкой бетона удаляют те элементы вре-
менной крепи, без которых оставшиеся
элементы или обнаженный грунт могут
находиться в равновесии хотя бы непро-
должительное время.
При сооружении тоннеля в крепких
грунтах, когда выработка свободна от
громоздкой временной крепи и обделка
возводится одновременно от пят к замку,
создаются условия для полной механиза-
ции бетонных работ с использованием
бетоноукладчиков, бетононасосов, ин-
вентарной передвижной и сборно-раз-
борной опалубки.
В этих условиях при возможности обес-
печения высокого темпа кладки бетона в
обделку бывает целесообразно отказать-,
ся от параллельного способа ведения ра-
бот, приняв последовательный способ,
при котором до окончания проходки тон-
нельной выработки никакие другие ра-
боты не ведут. Отсутствие помех со сто-
роны смежных процессов открывает воз-
можность скоростной проходки. Выра-
бот ка сравнительно долго остается на вре-
менной крепи преимущественно анкерной,
но в крепкой скале это не вызывает оса-
док кровли. По окончании проходки вы-
работки начинают бетонирование обдел-
ки с использованием высокопроизводи-
тельных механизмов и инвентарной опа-
лубки. Бетонирование выполняют зна-
чительно быстрее, чем проходку и, не-
смотря на разделение этих работ во вре-
мени, благодаря четкой и простой органи-
зации работ и обеспечения полной меха-
низации, общая продолжительность стро-
ительства тоннеля может оказаться мень-
шей, чем при параллельном одновремен-
ном ведении работ. Последовательная ор-
ганизация строительства эффективна для
коротких тоннелей длиной до 500 м.
К бетонным работам относится также
нагнетание за обделку, цель которого—
обеспечить совместную работу конструк-
ции и окружающего грунта благодаря
заполнению полостей между ними, оста-
ющихся после бетонирования.
Применяют последовательно два вида
нагнетания: первичное и контрольное.
При первичном за обделку нагнетают пес-
чано-цементный раствор при помощи
пневматического аппарата -с давлением
сжатого воздуха 0,6—0,7 МПа. Контроль-
ное нагнетание цементного раствора вы-
полняют плунжерным насосом под давле-
нием 0,9 МПа.
Для нагнетания используют стальные
трубки, заложенные в обделку при бето-
нировании, или отверстия, пробуренные
в обделке.
37.4. Вспомогательные работы
при горном способе проходки
К вспомогательным работам при пост-
ройке тоннелей горным способм относят-
ся вентиляция подземных выработок,
водоотвод и освещение.
Необходимость вентиляции глу-
хих подземных выработок возникает
главным, образом из-за выделения вред-
ных газов при взрывных работах. Кроме
того, воздух подземной выработки загряз-
няется пылью при бурении шпуров и по-
грузке грунта. Для исключения пыле-
образования применяют промывку шпу-
ров и смачивание разработанного грун-
та. При этом увеличивается влажность,
снижение которой также требует венти-
349
ляции. В выработках наблюдается неже-
лательное повышение содержания угле-
кислого газа, вызванное дыханием лю-
дей и гниением элементов деревянной кре-
пи.
Как правило, при производстве работ
применяют искусственную вентиляцию с
подачей свежего воздуха в выработки и
удалением загрязненного при помощи
вентиляторов и вентиляционных труб.
Простейшей и самой экономичной явля-
ется вытяжная система вентиляции
(рис. 37.4, а), при которой загрязненный
воздух общим объемом QB с включением
вентилятора 1 всасывается трубой 2, рас-
положенной вблизи забоя. При такой сис-
теме вентиляции на поверхность по трубам
перемещается загрязненный воздух из
призабойного пространства в сравнитель-
но небольшом объеме, а к забою поступа-
ет тоннельный воздух, уступающий по
качеству свежему воздуху на поверхно-
сти. Кроме того, при вытяжной системе
перемещение воздуха в выработке про-
исходит плавно без перемешивания и в
углах выработки у забоя могут остаться
нетронутые вентиляцией скопления вред-
ных газов.
При нагнетательной системе вентиля-
ции (рис. 37.4, б) свежий воздух объемом
QH по трубе 2 сразу подается в приза-
Рис 37.4 Схемы вентиляции глухих вырабо-
ток:
а — вытяжная; б — нагнетательная, в — комбиниро
ванная
бойное пространство, перемешивая и вы-
тесняя загрязненный воздух, который
перемещается от забоя к порталу, исклю-
чая возможность ведения каких-либо ра-
бот во всем тоннеле до полного удаления
вредных газов. При такой вентиляции
значительно увеличивается объем нагне-
таемого воздуха, а следовательно, и про-
должительность всего процесса.
Комбинированная система вентиляции
(рис. 37.4, в) представляет собой сочета-
ние вытяжной и нагнетательной систем и
обеспечивает быструю и полную очистку
призабойного пространства без загряз-
нения воздуха во всем тоннеле. Для уве-
личения эффективности вентиляции и
уменьшения зоны распространения вред-
ных газов на расстоянии 30—50 м от за-
боя устанавливают сплошную фанерную
или брезентовую перемычку 3, периоди-
чески передвигаемую вслед за продол-
жением забоя. Для предупреждения про-
сачивания вредных газов через перего-
родку производительность вытяжного
вентилятора назначают на 10—15 % боль-
ше, чем у нагнетательного.
Расчет вентиляции глухих выработок
выполняют по эмпирическим формулам,
которые позволяют найти количество све-
жего воздуха, необходимое для разбавле-
ния вредных газов до безопасной концен-
трации. При отсутствии взрывных работ
приточную вентиляцию проектируют из
расчета подачи 6 м3 свежего воздуха в
1 мин на 1 чел., работающего в выработке.
Объем воздуха (в кубических метрах)
по максимальному числу работающих
людей
Q — 6nz,
где п — максимальное число одновремен-
но занятых людей; z — коэффициент запаса
(г- 1,24-1,5).
Водоотвод в тоннельных выра-
ботках, уклон которых направлен в сто-
рону портала, проходит благодаря естест-
венному стоку по канавке, устроенной по
оси выработки или сбоку.
При проходке под уклон выработку
разделяют на отдельные бьефы, в преде-
лах которых воду по канавкам направля-
ют в водосборники и далее насосами по
трубам за пределы тоннеля.
Освещение в выработках —
электрическое, в соответствии с нормами
350
освещенности отдельных рабочих мест.
Напряжение в сети не должно превышать *
36 В. В сырых выработках и при пере-
носном аккумуляторном освещении на-
пряжение должно быть не более 12 В.
Глава 38
СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ ЩИТОВЫМ
СПОСОБОМ
38.1. Основные сведения о щитах
и щитовой проходке
Проходческий щит — подвижная сталь-
ная крепь, под защитой которой выполня-
ют разработку грунта и сборку обделки.
Щитовую проходку применяют в сла-
бых неустойчивых грунтах: илах, плы-
вунах, песках различной влажности, су-
песях, суглинках и глинах.
Форма щита повторяет форму сооружа-
емой обделки; преимущественное рас-
пространение получили щиты цилиндри-
ческие, так как в слабых грунтах обычно
применяют обделку кругового очерта-
ния.
Основные части щита (рис. 38.1): ноже-
вое 1 и опорное 2 кольца, а также обо-
лочка 3, в пределах которой монтирует-
ся сборная обделка.
После разработки грунта перед ноже-
вым кольцом на глубину заходки W щит
продвигают вперед в свободное простран-
ство при помощи щитовых домкратов,
опирающихся на последнее кольцо обдел-
ки. Частично грунт в забое при движении
щита может срезаться его ножевой частью.
После перемещения щита штоки домкра-
тов убирают и под оболочкой начинают
монтировать очередное кольцо обделки.
Забой крепят щитами из досок, которые
прижимают забойными домкратами.
В пределах опорного и ножевого колец
внутреннее пространство щита разделено
на рабочие ячейки ✓ вертикальными и го-
ризонтальными перегородками. Для удоб-
ства ведения работ в забое устроены вы-
движные платформы, которые перемеща-
ются домкратами.
Ножевое и опорное кольца щита соби-
рают из литых стальных элементов —
сегментов, соединяя их между собой бол-
Рис. 38.1. Схема проходческого щита:
1 — ножевое кольцо; 2 — опорное кольцо; 3 — обо-
лочка; 4 — сборная обделка; 5 — щитовые домкраты;
6 — выдвижные платформы; 7 — забойные домкраты:
8 — домкра'ты выдвижных платформ: 9, 10 — верти-
кальные и горизонтальные перегородки
тами. Форма сегментов близка к форме
тюбингов чугунной обделки.
Ножевая часть ограждает призабойное
пространство при разработке грунта и
может быть использована в качестве ору-
дия проходки, когда щит давлением дом-
кратов врезается в уступ грунта остав-
ленной по периферии выработки.
Опорное кольцо является основой не-
сущей конструкции щита. В нем устра-
ивают перегородки, выполняющие роль
инвентарных подмостей, а также меха-
низмы и органы управления движением
щита. В полостях сегментов опорного
кольца размещают щитовые домкраты.
Оболочка ограждает место сборки
обделки тоннеля. Ее монтируют из сталь-
ных листов, изогнутых по цилиндриче-
ской поверхности и соединенных между
собой, а также с опорным кольцом по-
средством потайных болтов или сварки.
В грунтах с коэффициентом крепости
f > 1 оболочку в лотковой части не уст-
раивают. Благодаря этому собранное
кольцо обделки нижней частью опирает-
ся сразу на грунт и исключается возмож-
ность деформации кольца, которая наб-
людается при замкнутой оболочке, когда
вследствие перемещения щита кольцо
обделки сходит с оболочки на грунт.
В отличие от горного способа работ,
где выработка продолжительное время
поддерживается временной крепью, при
щитовой проходке сборку обделки выпол-
няют немедленно вслед за разработкой
грунта. Благодаря этому снижаются
осадки кровли и горное давление, но од-
новременно возрастает стесненность ра-
351
бот в призабойном пространстве, успеш-
ное выполнение которых обеспечивается
механизацией и четкой организацией.
Полная механизация проходческих ра-
бот достигается в щитах, оборудованных
механизмами для разработки грунта.
38.2. Механизированные
проходческие щиты
Обычный немеханизированный щит мо-
жет быть использован в сравнительно
широком диапазоне естественных усло-
вий, начиная с самых слабых грунтов до
сравнительно устойчивых Механизиро-
ванные щиты, как правило, приспособле-
ны для разработки определенного одно-
родного грунта.
Примером механизированного щита
для проходки в водонасыщенных грунтах
может служить конструкция (рис. 38.2,
а), в которой на радиальных балках ук-
реплены резцы, скалывающие грунт с по-
верхности забоя при вращении крестови-
ны и подаче ее вперед. Призабойное про-
странство ограждено стальной диафраг-
мой и заполнено раствором бентонито-
вой глины, выполняющим функцию вре-
менной крепи забоя и переносящим раз-
дробленный грунт за пределы щита, где
он оседает в отстойнике и погружается
в вагонетки. В пространстве, огражден-
ном диафрагмой, поддерживается опре-
деленное избыточное давление. Тремя
щитами подобной конструкции в Мехико
в 1970 г. было сооружено 30 км тоннелей
диаметром 6,2 м. Бентонитовый раствор
циркулировал в призабойном пространст-
ве при давлении 0,6 МПа.
В песках естественной влажности при
проходке перегонных тоннелей Жданов-
ского радиуса Московского метрополите-
на были применены щиты с рассекающими
перегородками в головной части
(рис. 38.2, б). Благодаря правильному со-
четанию перемещения щита и удаления
песчаной осыпи с перегородок удалось
добиться рекордной скорости проходки-
400 м готового тоннеля в 1 мес. Позд-
нее в аналогичных условиях на Замоскво-
рецком радиусе была достигнута еще боль-
шая скорость проходки — 430,6 м в 1 мес.
В щитах с рассекающими перегородка-
ми использована способность осыпавшей-
ся части песка выполнять функцию креп-
ления забоя, предотвращая дальнейшее
обрушение сыпучего грунта в пределах
каждой рабочей ячейки. Грунт осыпи по
мере продвижения щита направлялся при
помощи лотков и транспортеров в ваго-
нетки.
Для проходки тоннелей Киевского мет-
рополитена в пластичных глинах был соз-
дан механизм (рис. 38.2, в), оборудован-
ный стальным диском, который, будучи
прижатым домкратом подачи к плоскости
забоя и вращаясь при включении приво-
да, выполнял одновременно две функции—
крепи и режущего органа. В прорезях
диска закреплялись резцы, снимавшие
стружку грунта. Скорость резания грун-
та составляла 0,6 м/ч.
Щит, оборудованный таким механиз-
мом, позволил достигнуть суточной ско-
рости проходки тоннеля, равной 12 м.
Механизм планетарного действия
(рис. 38.2, г) с шестью дисковыми фреза-
ми, укрепленными на крестовине, пред-
назначен для щитовой проходки в плот-
352
ных сухих глинах. Срезанные частицы
грунта в лотковой части подбирают ков-
шами, которые укреплены на кольцевой
обвязке вращающейся крестовины и со
стороны, противоположной плоскости за-
боя, не имеют стенки, но закрыты непод-
вижной стальной перегородкой, имеющей
окно в верхней части. Когда ковш совме-
щается с этим отверстием, грунт из него
самотеком через окно попадает на тран-
спортер.
Щит, оборудованный механизмом пла-
нетарного действия, применялся при
строительстве Ленинградского метропо-
литена. Суточная скорость проходки
перегонного тоннеля достигала 15 м.
Эта скорость значительно ниже техниче-
ских возможностей машины, имевшей ско-
рость чистого резания — 1 м/ч. В ленин-
градских условиях скорость проходки
тоннеля лимитировалась возможностями
вертикального транспорта через ствол
шахты.
На рубеже 1980— 1981 гг. ленинград-
ские метростроевцы в перегонном тон-
неле механизированным комплексом
КТ-1-5,6 установили наивысшее достиже-
ние скорости проходки—1250 м за 31 ра-
бочий день.
38.3. Силы сопротивления
движению щита
Суммарные силы сопротивления дви-
жению щита находят из выражения
W _=F1 + F2+F3,
где Fx — сопротивление трения грунта по
наружной поверхности щита, F2 — сопро-
тивление трения обделки по оболочке щита,
F3 — лобовое сопротивление движению щи-
Сопротивления трения в довольно ши-
роких пределах мало зависят от размеров
и форм соприкасающихся при трении тел.
Поэтому, если принять нагрузку на щит
в соответствии с рис. 38.3, а, то силы со-
противления трения грунта по наружной
поверхности щита можно выразить фор-
мулой
(Нр) +
где q — вертикальная равномерно рас-
пределенная нагрузка на щит,
q =- ун
у — удельный вес грунта, Н — размер тол-
щи грунта (см. рис 38.3, а); р — горизон-
тальная нагрузка на щит,
Р - q tg2 (45° - ф/2),
<р —угол внутреннего трения грунта; L, D,G —
длина, диаметр и масса щита; р — коэффи-
циент трения стали о грунт, равный 0,2—0,4.
Силы сопротивления трения обделки
по оболочке
F2=G1 И1,
где Gx — вес колец тоннельной обделки,
находящихся внутри оболочки щита;
Pi — 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 лотко-
вой части (см. п. 38.1), то сопротивление
трения обделки по оболочке отсутствует:
Г2 = 0.
Силы лобового сопротивления движе-
нию щита IF3 определяют в зависимости
от свойств проходимого грунта и приня-
того способа ведения работ.
При перемещении в освобожденное от
грунта пространство, когда лоб забоя
поддерживается забойными домкратами,
щит преодолевает их сопротивление, рав-
ное активному давлению грунта со сто-
роны забоя, которое можно определить,
используя схему (рис. 38.3, б), предло-
женную канд. техн, наук В. П. Самой-
ловым.
В этом случае лобовое сопротивление
f;=Pif,
где р3 — акгивное давление грунта со
стороны забоя,
Pi=="2"(t + D) (45°~-ф/2);
353
В — пролет разгружающего свода (см рис
38.3, б), м, f — коэффициент крепости грун-
та; F — площадь забоя;
г nD2
Если грунт в забое достаточно устой-
чив и может в период перемещения щита
оставаться незакрепленным, то лобовое
сопротивление отсутствует: >№'3 = 0.
При проходке в мягких грунтах вре-
занием по контуру принята схема, осно-
вывающаяся на зависимостях, известных
из теории подпорных стен.
Рассматривая часть ножевого кольца
(рис. 38.4, а), выделенную двумя вер-
тикальными сечениями, параллельными
плоскости чертежа и расположенными на
расстоянии 1 м друг от друга, заме-
няем ее эквивалентной схемой клина
(рис. 38.4, б). Далее разделяем взаимо-
действующие тела — клин и призму вы-
пирания и выражаем условия их пре-
дельного равновесия.
Усилие на каждый метр клина при его
вдавливании
N = Ea-^~— (38 1)
где £п — равнодействующая пассивного
давления грунта;
£n=Jy-tg2(45°+-|-), (38.2)
h± и / — высота борта и длина ножевого коль-
ца щита.
Лобовое сопротивление при врезании
ножевого кольца по контуру
г;-ж (38.3)
где с — длина окружности ножевого коль-
ца по среднему радиусу
Подставляя в формулу (38.3) выраже-
ния (38.1) и (38.2) и развернутое значе-
ние длины окружности с, окончательно
получим
tg2 (45°4 ф/2)..
Вывод формулы для определения ло-
бового сопротивления движению щита
при врезании по контуру является
приближенным и выполнен с запасом,
так как грунт в вертикальном забое ме-
нее устойчив, чем при горизонтальной об-
наженной поверхности массива, взаимо-
действующего с подпорной стеной. Этот
запас компенсирует силы трения, не уч-
тенные при определении усилий, дейст-
вующих на ножевое кольцо.
При «слепой» проходке в разжижен-
ных грунтах, например под руслом реки
без отбора грунта вдавливанием щита,
лобовое сопротивление
где р2 — пассивное давление грунта со
стороны забоя на диафрагму, ограждающую
ножевое кольцо;
Рг = 9взв tg2(45° + <p/2);
9взв — вертикальное давление грунта с уче-
том его взвешенности в воде.
Суммарные силы сопротивления дви-
жению щита W используют для опреде-
ления грузоподъемности щитовых дом-
кратов, обеспечивающих движение щи-
та
354
Глава 39*
СОДЕРЖАНИЕ ТОННЕЛЕЙ
39.1. Условия работы тоннельной
обделки
Тоннели на путях сообщения — долго-
вечные сооружения, рассчитанные на дли-
тельный период эксплуатации. Эксплу-
атация тоннелей включает систематиче-
ский технический надзор, содержание в
исправности обделки, порталов, железно-
дорожного пути, вспомогательного обо-
рудования и оперативный ремонт всех
обнаруженных повреждений, чтобы обес-
печить бесперебойный пропуск поездов
с установленными скоростями.
В процессе эксплуатации в обделке тон-
неля под действием различных факторов
могут возникнуть значительные дефор-
мации. Их развитие приводит к наруше-
нию поперечного профиля тоннеля и раз-
рушению обделки. Своевременный и пра-
вильный анализ причин, приводящих к
нарушению проектного режима работы
тоннельной конструкции, имеет перво-
степенное значение для эффективного ре-
монта обделки и предотвращения аварий-
ных ситуаций.
Деформации обделки в основном опреде-
ляются давлением горных пород. Если в
проекте ориентация пластов учтена не-
правильно, то возможны отклонения от
принятого направления давления грун-
та. Поэтому за проявлением горного дав-
ления должно быть организовано систе-
матическое наблюдение.
Деформации обделки могут быть вы-
званы дислокационными процессами,
происходящими в горном массиве. В
большинстве случаев это приводит к
повышению бокового давления на обдел-
ку. Наличие незаполненных каверн в
массиве над сводом может служить при-
чиной обрушения крупных кусков грун-
та и выколов на внутренней поверхно-
сти конструкции.
Возрастание горного давления может
происходить из-за нарушения режима
грунтовых вод, вызванного проходкой
* При написании глав 39 и 40 использо-
ваны материалы, разработанные канд. техн,
наук Л Н. Репняковым.
тоннеля через напластования водонос-
ных и водопроницаемых грунтов, осо-
бенно при проходке шахт, когда возника-
ет обильное и длительное поступление
подземных вод к тоннелю.
Первичное воздействие грунтовых вод
состоит в том, что их фильтрация через
обделку приводит к уменьшению ее проч-
ности. Вторичное действие выражается
в значительном повышении горного дав-
ления, так как фильтрующаяся вода вы-
щелачивает и разрушает грунт. При этом
в массиве образуются пустоты и нараста-
ет неравномерное давление на конструк-
цию/
Долговечность тоннельной обделки в
значительной степени зависит от атмос-
ферных и температурных факторов. Осо-
бую группу факторов, оказывающих су-
щественное влияние на условия работы
тоннеля, составляют сейсмические явле-
ния. Как правило, подземные сооруже-
ния в сравнении с наземными обладают
повышенной сейсмостойкостью, и это
свойство возрастает с увеличением глу-
бины заложения. Наименьшей сейсмостой-
костью в комплексе тоннельного соору-
жения обладают порталы и припорталь-
ные участки. Эффективным средством
восприятия растягивающих напряжений,
возникающих при землетрясениях, яв-
ляется анкерная крепь. Роль ее еще бо-
лее возрастает, если ее устанавливают
с предварительным напряжением и в со-
четании с металлической сеткой, покры-
той торкрет-бетоном.
39.2. Технический надзор
Для обеспечения непрерывного и беза-
варийного движения поездов организуют
технический надзор за состоянием тон-
неля. Его цель заключается в своевремен-
ном обнаружении и быстром устранении
всех повреждений в обделке, тоннельном
оборудовании и железнодорожном пу-
ти.
При эксплуатации каждого тоннеля
выполняют постоянный технический над-
зор, текущие осмотры, периодические
осмотры, специальные обследования и
постоя иные наблюдения.
Постоянный техничес-
кий надзор осуществляется обход-
355
S)
Рис 39.1 Приспособления для наблюдения за трещинами в обделке
а — маяк, б — пластины
чиками железнодорожных путей, брига-
дирами пути и дорожными мастерами под
руководством тоннельного мастера. Цель
этого надзора — обеспечить безопасность
и безаварийность движения поездов бла-
годаря регулярным осмотрам пути, об-
делки, тоннельного оборудования, а так-
же вентиляционных и водоотводных уст-
ройств по графикам, утвержденным на-
чальником дороги.
При обнаружении неисправности в лю-
бом из перечисленных элементов прини-
мают срочные меры к их устранению с вы-
полнением всех необходимых профилак-
тических работ. Основное внимание при
постоянном техническом надзоре уделя-
ют состоянию пути в плане и профиле, а
также степени износа элементов пути.
Кроме обычных причин, износ желез-
нодорожного пути в тоннеле происходит
в результате усиленной коррозии. На-
ибольшему износу подвержена головка
рельса, далее по степени подверженности
коррозии следуют подошва рельса, места
прикреплений и шейка рельса. Все обна-
руженные при постоянном техническом
надзоре неисправности отмечают в жур-
нале обходчика железнодорожных пу-
тей. Сплошной осмотр пути под наблюде-
нием дорожного мастера проводят не ре-
же двух раз в месяц.
Тоннельная обделка находится под по-
стоянным наблюдением, особенно те ее
участки, которые подвержены действию
повышенного горного давления, наледе-
образованию, а также места, склонные к
пучению.
Текущий осмотр тоннеля вы-
полняет тоннельный мастер в конце каж-
дого месяца. Основная цель текущего ос-
мотра заключается в выявлении слабых
3 56
мест в тоннельной обделке и вспомога-
тельном оборудовании тоннеля, а также
в выяснении причин возникновения де-
фектов. Обнаруженные в обделке трещи-
ны осматривают, измеряют и зарисовы-
вают на развертке внутренней поверхно-
сти конструкции в тоннельную книгу. За
трещинами устанавливают систематиче-
ское наблюдение. Если трещина не раз-
вивается, то ее заделывают цементным
раствором. Трещины, размеры которых
с течением времени изменяются, подвер-
гаю г особо тщательному наблюдению.
Характер изменения трещин устанавли-
вают при помощи простейших приспо-
соблений в виде маяков и пластин
(рис. 39.1).
Периодические осмотры
тоннеля проводят не реже двух раз в год.
Цель периодического осмотра — в де-
тальном обследовании состояния тоннель-
ной обделки и всех обустройств. Этот ос-
мотр выполняют с железнодорожной
платформы, которая оснащается специ-
альными передвижными подмостями,
обеспечивающими свободный доступ к
любому участку обделки. На платформе
устанавливают габаритную раму с про-
жекторным освещением. Участки тон-
неля, в которых обнаруживают значи-
тельные деформации, подвергают деталь-
ной инструментальной съемке с провер-
кой положения пути в плане и профиле.
Результаты периодического осмотра тон-
неля заносят в тоннельную книгу и офор-
мляют специальными актами и отчетами.
Специальные обследо-
вания тоцнеля выполняют в слу-
чае обнаружения участков обделки с опас-
ными деформациями, для предотвраще-
ния развития которых необходим всесто-
ронний'анализ условий работы несущей
конструкции. В комиссию по обследо-
ванию тоннеля включают специалистов
по тоннелестроению, геологов, гидроло-
гов, сейсмологов и климатологов. Цель
специальных обследований заключается
в оценке общего состояния тоннеля, про-
верке правильности выполнения програм-
мы постоянных наблюдений за деформи-
рующимися участками тоннеля, гидроге-
ологическими условиями горного мас-
сива и развитием горного давления.
Вырабатывают практические рекомен-
дации по способам устранения причин,
вызывающих прогрессирующие деформа-
ции тоннельной обделки.
Результаты специальных обследований,
оформленные в виде отчета, направля-
ют в службу пути, зданий и сооружений
дороги и в Главное управление пути и со-
оружений МПС.
39.3. Проверка очертания тоннельной
обделки
Для сквозной проверки внутреннего
очертания тоннеля применяют габарит-
ную раму, которую устанавливают на но-
вую или капитально отремонтирован-
ную платформу и провозят по тоннелю со
скоростью 3—4 км/ч. Съемку внутрен-
него очертания тоннеля в определенных
сечениях выполняют при помощи уста-
новок и приборов, основанных на исполь-
зовании принципа полярных координат.
Простейший способ съемки сечения
тоннеля (рис. 39.2, а) заключается в ис-
пользовании измерительной рейки 5, ко-
торую устанавливают строго вертикаль-
но по оси тоннеля, и измерительной лен-
ты 2, натягиваемой упорным шестом 1.
Координаты точки контура определяют
непосредственным измерением расстоя-
ний.
Другой более точный способ основан
на использовании транспортира
(рис. 39.2, б). Положение точек на внут-
реннем контуре тоннеля определяют с по-
мощью транспортира 4 и мерной ления 5,
начало которой прижимают к выбранной
точке шестом 6. Координаты точек X и
Y вычисляют по формулам:
X = S cos a; Y = S sin а,
где S — расстояние от центра транспорти-
ра до точки на обделке; а — центральный угол,
взятый с транспортира.
Рассмотренные устройства имеют огра-
ниченное применение, так как в тонне-
лях с электрической тягой при пользова-
нии ими необходимо обесточить контакт-
ную сеть.
Прожекторный габаритометр инж.
Н. М. Королькова (рис. 39.2, в) состоит
из двух труб-прожекторов 7, укреплен-
ных шарнирно на общей базе 9. Шарниры
помещены в центрах измерительных тран-
спортиров 8. Для определения координат
точки на нее направляют лучи прожекто-
ров. Измеряя по шкалам транспортиров
углы аир, вычисляют координаты точ-
ки (в миллиметрах):
Х~ 10004-6 cos а; У = 2000-{-6 since,
2000 sin р
ГДе sin (180°—а—Р)
Самый совершенный способ измерения
поперечного сечения тоннеля основан на
использовании автоматической съемки
кинокамерой (габаритометр инженеров
К. Д. Савина и О.С. Шебякина). Установ-
Рис. 39 2. Измерение внутреннего контура обделки при помощи:
а — рейки б — транспортира; в— прожекторного габаритометра
'координат
357
ка состоит из специального источника
света, обеспечивающего освещение по-
верхности тоннеля в плоскости попереч-
ного сечения, и кинокамеры. Оборудова-
ние размещается в конце прицепа, кото-
рый перемещается по тоннелю со ско-
ростью 3—5 км/ч.
39.4. 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 работы
верхнего строения пути укладывают
рельсы длиной 25 м, сварные плети дли-
ной 50—100 м или устраивают бесстыко-
вой путь, так как температурные коле-
бания 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 используют щебень
из твердых грунтов с пределом прочности
не менее 80 МПа с крупностью зерен
25—70 мм. Для защиты балласта от бы-
строго загрязнения в верхней части бал-
ластной призмы укладывают щебень мел-
ких фракций. Толщина балластного слоя
под шпалой не менее 25 см.
Опыт, накопленный при эксплуатации
метрополитенов, показал высокую эф-
фективность замены балластной призмы
из щебня бетоном. Сплошное бетонное
основание не требует периодических
очисток балласта и его подбивки, созда-
ет благоприятные условия для отвода
тоннельных вод по дренажному лотку,
расположенному в путевом бетоне.
Для обеспечения безопасности движе-
ния поездов устраивают постоянные ре-
перы, облегчающие контроль за состоя-
нием пути в плане и профиле.
Состояние верхнего строения пути
оценивают по результатам визуального
осмотра и измерений, полученных при
помощи аппаратуры путеизмерительного
вагона.
358
При наружном осмотре определяют
состояние шпал, скреплений, рельсов и
балластной призмы. Аппаратурой путе-
измерительного вагона устанавливают от-
ступления от норм содержания, отклоне-
ния рельсовой колеи по уровню и шабло-
ну, нарушения рихтовки и другие де-
фекты.
В сравнении с открытыми участками
железнодорожный путь в тоннелях на-
ходится в более тяжелых условиях. Бла-
годаря высокой влажности воздуха про-
исходит повышенный износ верхнего
строения пути и прежде всего его метал-
лических конструкций. Установлено, что
продолжительность службы стальных
элементов верхнего строения пути при-
близительно вдвое меньше, чем на откры-
тых участках дороги.
Различают механический износ, хи-
мическую и электрохимическую корро-
зии.
Повышенный механический износ обу-
словлен применением песка для увели-
чения сцепления колес локомотива с ре-
льсами.
Химическая коррозия металлических
частей происходит в результате длитель-
ного воздействия влажного воздуха и
воды при повышенной температуре.
Электрохимическая коррозия происхо-
дит в электрифицированных тоннелях
из-за того, что рельсовый путь, исполь-
зуемый в качестве проводника тягового
тока, является источником образова-
ния блуждающих токов. Обычно местами
утечки токов считают элементы крепле-
ния верхнего строения пути. Зазоры и не-
плотности, образующиеся в процессе
эксплуатации, заполняются водой с раст-
воренными в ней солями, кислотами и
маслами. Такая среда представляет со-
бой электролит, а рельсы и скрепления
выполняют роль анода и катода.
Для сведения к минимуму или полного
исключения электрохимической коррозии
необходимы мероприятия, устраняющие
причины этого явления. Самые радикаль-
ные средства — хорошая вентиляция и
осушение тоннеля. Предотвращению про-
цессов электрохимической коррозии спо-
собствует защита нерабочих поверхнос-
тей рельсов и скреплений покрытиями
из антикоррозионных лаков. Для тех
же целей применяют обработку поверхно-
сти рельсов 150 %-ным раствором нитра-
та натрия, в результате которой обра-
зуется прочная оксидная пленка, пре-
пятствующая развитию процессов кор-
розии.
Утечка тяговых токов значительно
снижается благодаря мероприятиям,
обеспечивающим лучшую электропровод-
ность рельсовых цепей, что достигается
главным образом применением бесстыко-
вого пути.
Для борьбы с электрохимической кор-
розией существенное значение имеет
улучшение состояния балластной приз-
мы и шпальной решетки, электрическое
сопротивление которых увеличивается
благодаря применению щебеночного бал-
ласта, шпал, пропитанных электроизоли-
рующими составами, и заполнению отвер-
стий для шурупов маслянистыми жидко-
стями.
39.5. Вентиляция тоннелей
В процессе эксплуатации железнодо-
рожных и автомобильных тоннелей об-
разуется значительное количество вред-
ных газов (СО, СО2, SO2) — продуктов
сгорания топлива в двигателях. Для ат-
мосферы тоннеля характерны избыточная
влажность и повышенная температура.
Цель вентиляции заключается в макси-
мальном приближении состава тоннель-
ного воздуха к нормальному, обеспече-
нии пассажиров и поездного персонала
чистым воздухом и сведении к минимуму
воздействия вредных газов и повышенной
температуры на здоровье путевых и ре-
монтных рабочих.
Вентиляция тоннелей может осуществ-
ляться естественным путем или искусст-
венно при помощи вентиляционного обо-
рудования.
Естественная вентиляция тоннелей ос-
новывается на естественном воздушном
течении, образующемся в результате
действия ряда факторов, главными из них
являются ориентация тоннеля в плане от-
носительно господствующего направле-
ния ветров, разность отметок порталов,
форма плана, длина тоннеля, частота и
скорость движения поездов.
Искусственная вентиляция может быть
приточной, вытяжной или приточно-вы-
тяжной.
По способу обмена воздуха в тоннеле
различают продольную, поперечную и
полупоперечную вентиляции.
При продольной системе вентиляции
(рис. 39.3, а) тоннель 2 используют в ка-
честве воздуховода, воздух к которому
подается через шахту 1 или от вентиля-
ционных камер у порталов.
Несколько иную схему применяют в
тоннелях большой длины с чередовани-
ем нагнетательных 3 и вытяжных 4
шахт (рис. 39.3, б).
В поперечной системе вентиляции
(рис. 39.4) подача свежего воздуха и
удаление загрязненного осуществляются
по специальным каналам одновременно
по всей длине тоннеля. При полупопе-
речной системе используют только один
канал, вторым является сам тоннель.
Расчет вентиляции предусматривает
определение требуемого расхода возду-
ха и получение данных для подбора вен-
тиляционного оборудования. Количест-
во свежего воздуха, подаваемого в тон-
нель, определяют из условия: концентра-
ция вредных газов не должна превышать
разрешенных норм.
у
2
Рис. 39.3. Схемы продольной вентиляции тоннеля.
а — с одной шахтой; б — с двумя шахтами;
1, 3 — нагнетательные шахты; 2 — тоннель; 4 — вытяжная шахта
359
Рис. 39 4 Схема устройства поперечной венти-
ляции
/—удаление загрязненного воздуха, 2 — подача све
жего воздуха
При эксплуатации тоннелей необходи-
мо следить за эффективностью применя-
емой вентиляции для разработки меро-
приятий, направленных на снижение
опасного уровня концентрации вредных
газов (СО, H2S, СО2). Для оперативного
контроля состава воздуха применяют
портативные газоанализаторы, обеспе-
чивающие определение мгновенных и ус-
редненных концентраций вредных газов
в тоннеле.
Глава 40
РЕМОНТ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ТОННЕЛЕЙ
40*1. Ремонт тоннелей
Для обеспечения безаварийной экс-
плуатации тоннелей выполняют работы,
цель которых — содержание обделки в
исправном состоянии. Эти работы вклю-
чают текущий и капитальный ремонты,
а также осушение водообильных тонне-
лей.
При текущем ремонте выполняют рас-
шивку швов обделки, заделку трещин и
ликвидацию раковин и выколов в бетоне
несущей конструкции. Необходимость в
расшивке швов возникает в тоннельных
360
обделках, сложенных из камня. Их основ-
ным дефектом является разрушение ма-
териала шва, что приводит к значитель-
ным деформациям обделки.
В случае вывалов отдельных камней
ремонт сводится к очистке и промывке об-
разовавшейся полости и к установке на
растворе нового камня соответствую-
щего размера. При ремонте сводовой
части новый камень удерживается под-
порками из досок, прикрепленными к со-
седним участкам обделки металлически-
ми анкерами.
Отдельные раковины и несквозные вы-
валы площадью до 5 м2 следует запол-
нять бетоном с применением арматур-
ных сеток, которые крепят к тоннельной
обделке стальными анкерами. Опалубка
из досок поддерживается кружалами,
которые заводят в скобы, укрепленные
в обделке. Для ликвидации пустот, об-
разовавшихся при укладке нового бето-
на, до бетонирования устанавливают ме-
таллические трубки, через которые после
затвердения уложенного бетона нагнета-
ют цементный раствор.
При сквозных вывалах обделка нуж-
дается в немедленном ремонте. В этом
случае продольным поверхностям обдел-
ки 1 в зоне вывала (рис. 40.1) придают
радиальное направление. Поверхность
выработки затягивают досками 9 с заклад-
кой за них забутовки 10. За торцы обдел-
ки заводят отрезки двутавров или рель-
сов S, к которым на скрутках 6 подвеши-
вают деревянные бруски 5. На эти брус-
ки опирают лекала 4 и на них укладыва-
ют доски опалубки 5, которые прижимают
к обделке клиньями 2. Стальная труба
И имеет длину, обеспечивающую нагне-
тание за затяжку цементного раствора.
Капитальный ремонт железнодорожно-
го тоннеля проводят на основании за-
ключения управления железной дороги
после специального обследования. В со-
став капитального ремонта входят уси-
ление ослабленных элементов конструк-
ции, перекладка отдельных колец об-
делки и ее элементов, устройство новых
камер и ниш. При этом ремонте не изме-
няют ни конструкцию, ни габарит тон-
неля. Работы, как и при текущем ремон-
те, ведут без перерыва движения поездов.
Для повышения несущей способности
обделки и увеличения ее водонепронипа-
t г з ь
Рис. 40.1 Восстановление обделки при сквоз-
ном вывале
/ — обделка; 2 — клинья; 3 — доски опалубки, 4 —
лекала; 5 — бруски; 6 — скрутка; 7 — поверхность об-
делки; 8 — рельс; 9 — доски; 10 — забутовка; И —
стальная труба
емости производят усиление обделки тон-
неля железобетонной поддерживающей
конструкцией—«рубашкой» (рис. 40.2, а)
толщиной 15—20 см. Если устройст-
во «рубашки» приводит к нарушению га-
барита приближения строений, произво-
дят вырубку обделки на глубину, рав-
ную толщине сооружаемой железобетон-
ной конструкции. В качестве арматуры
используют стальную сетку, которую за-
крепляют в обделке при помощи анкеров.
По сетке наносят набрызгбетон в не-
сколько слоев до получения требуемой
толщины.
Другой вид усиления тоннельной об-
делки представляет собой поддерживаю-
щую железобетонную конструкцию
(рис. 40.2, б) с жесткой арматурой из дву-
тавров, после установки которых укла-
дывают бетон новой конструкции. Ра-
боты производят со специально оборудо-
ванной платформы, имеющей подмости
для бурения шпуров, установки армату-
ры и бетонирования.
Для защиты тоннеля от дальнейшего
разрушения и увеличения водонепрони-
цаемости конструкции применяют тор-
кретирование нарушенной внутренней
поверхности бетонной обделки. При силь-
ном разрушении материала обделки тор-
кретирование производят по металличе-
ской сетке. Наиболее эффективным сред-
ством усиления обделки при капитальном
ремонте служат анкеры, заделанные в по-
роду в сочетании с арматурной сеткой и
торкретированием или набрызгбетоном.
Для повышения несущей способности
бетонной обделки, увеличения ее водо-
непроницаемости и укрепления грунтов
окружающего массива применяют це-
Рис 40.2. Устройство поддерживающей желе-
зобетонной конструкции
а — с гибкой арматурой; б - с жесткой арматурой;
1 — стальная сетка; 2 — набрызгбетон; 3 — анкер;
4 — двутавр; 5 — новый бетон
ментацию. Раствор нагнетают через сква-
жины, пробуренные на глубину полной
толщины обделки в шахматном порядке
с шагом 1,5—2,5 м, применяя первичное и
контрольное нагнетания. Предваритель-
но все трещины в зоне нагнетания обдел-
ки и пустые швы тщательно заделывают
цементным раствором.
40.2. Осушение тоннелей
Увеличение обводненности тоннеля
приводит к значительному ухудшению
условий работы тоннельной обделки. Для
устранения проникания поверхностных
и подземных вод проводят комплекс ме-
роприятий: отвод поверхностных вод и
осушение массива в районе тоннеля, обес-
печение водонепроницаемости тоннель-
ной обделки, регулируемый пуск воды в
тоннель с последующим отводом ее по
дренажному лотку.
Если обводненность тоннеля является
следствием проникания поверхностных
вод, необходимо выполнить работы по
планировке поверхности над тоннелем,
обеспечить водонепроницаемость дна во-
достоков и регулируемый сток. При пла-
нировочных работах ямы и впадины на
поверхности засыпают грунтом с после-
дующим тщательным трамбованием. Для
предотвращения или уменьшения проса-
чивания воды на поверхности песчаных и
супесчаных грунтов устраивают водоне-
проницаемые покрытия в виде утрамбо-
ванной смеси из глины, гравия и песка
толщиной 15 см и уплотненного слоя
грунта, пропитанного битумом на глуби-
ну 20—25 см.
361
Рис. 40.3. Крепление дна и откосов водоотлив-
ной канавы:
глинизации и битумизации окружающе-
го горного массива.
Для осушения водообильных тоннелей
могут быть использованы дренажные
штольни. Этот способ осушения отли-
чается высокой стоимостью, поэтому при-
менение дренажных штолен должно быть
всесторонне обосновано результатами
тщательного гидрологического обследова-
ния массива.
При отводе поверхностных вод необ-
ходимо высокое качество выполнения
водосборных и водоотводных канав
(рис. 40.3). Дно канавы покрывают слоем
глины толщиной 20—25 см, поверх ко-
торой делают защитную каменную от-
мостку. Верхнюю часть склонов канавы
укрепляют дерном. Для предотвращения
заиливания дну канавы в продольном
направлении придается уклон не менее
2°/оо. Размеры поперечного сечения рас-
считывают на пропуск максимального
объема ливневых и талых вод.
Для осушения тоннелей во время работ
по капитальному ремонту и при реконст-
рукции применяют водопонижение при
помощи иглофильтровых и эрлифтовых
установок, а также водопоглощающих
скважин.
Осушение тоннелей может также осу-
ществляться при помощи цементации,
40.3. Реконструкция тоннелей
Реконсчрукция тоннелей включает ком-
плекс работ по сооружению новой несу-
щей конструкции вместо прежней.. К ос-
новным причинам реконструкции отно-
сятся необходимость устройства усилен-
ной обделки при ее разрушении или
вследствие недопустимо больших дефор-
маций, увеличение нормативного габари-
та приближения строений и перевод же-
лезнодорожной линии на двухпутное дви-
жение. При реконструкции однопутного
тоннеля производят переустройство
свода, обратного свода или всей обделки.
Переустройство свода выполняют гор-
ным способом или при помощи полущита.
Как правило, все виды работ по рекон-
струкции тоннелей производят без за-
крытия движения поездов в «окна», за-
планированные в графике.
При горном способе работ (рис. 40.4,
а) реконструкцию производят кольцами
длиной 3—5 м. В первую очередь уста-
навливают кружала 1 из двутавров. За
них заводят сплошную затяжку из до-
сок 2. Если профиль тоннеля после уста-
новки кружал не удовлетворяет габари-
ту, кружала размещают в штрабах, вы-
полненных в существующей обделке.
После установки кружал проходят
штольню 5, из которой раскрывают ка-
лотту 4. Размеры штольни и калотты оп-
ределяются профилем новой обделки. За-
тем устанавливают внутренние кружала,
за которые заводят опалубку 3. Свод бе-
тонируют в направлении от пят к замку.
3 устойчивых грунтах, не оказываю-
щих бокового давления, для сооружения
свода используют полущит 6 (рис. 40.4,
б), который опирается на стены старой
обделки. Полущит имеет оборудование
для монтажа новой сборной обделки 7.
Переустройство стен и лотка выполня-
ют с использованием оборудования,
применяемого при горном способе соору-
жения свода.
Увеличение высоты габарита тоннеля
при реконструкции может быть осуществ-
лено понижением лотка. При этом необ-
ходимы углубление стен обделки и пере-
кладка верхнего строения пути.
Перекладку обратного свода произво-
дят при возрастании давления грунта со
стороны лотка. Работы ведут на коротких
участках длиной 3—4 м при частичной
разборке пути с удалением балласта и
снятием шпал. Под рельсы подводят па-
кеты из двутавров, концы которых опира-
ют на бетонное основание старого лотка.
Бетонирование обратного свода произво-
дят от его оси к стенам, которым в месте
примыкания свода придают радиальное
направление.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПОДМОСТОВЫЕ ГАБАРИТЫ
Подмостовые габариты судоходных про-
летов мостов на внутренних водных путях
(ГОСТ 26775—85) устанавливают минималь-
ные очертания подмостового пространства,
предназначенного для пропуска судов, пло-
товых и судовых составов (рис. 1). Размеры
габаритов определяются классом водного по-
тока (см. таблицу)
Неразводные мосты проектируются не ме-
нее чем с двумя судоходными пролетами* основ-
ным — для низового направления движения
судов % и плотов* смежным — для взводного
Подмостовые габариты для мостов.
а — С неразводным пролетным строением; б — с рас
крывающимся пролетным строением; в —с верти
кально подъемным пролетным строением, ABCD и
AEFLD — контуры подмостового габарита; РСУ —
расчетный (высокий) судоходный уровень воды,
НСУ — наинизший (меженный) судоходный уровень
воды; ft —высота подмостового габарита на РСУ;
b — ширина подмостового габарита; d — гарантиро
ванная глубина судоходного хода; а — амплитуда
колебаний уровня воды между РСУ и НСУ.
направления. При пролетных строениях с При недостаточной ширине водного пути
криволинейным очертанием нижнего пояса в с гарантированными глубинами, а также при
стесненных условиях мостового перехода на разводных мостах допускается один судоход-
водных путях I—IV классов разрешается при- ный (основной) пролет.
нимать очертание габарита по контуру.
внутренне- го водного Глубина судового хода водного пути, м Высота по дм осто- вого габа- Ширина подмостового габарита.
гарантированная средненавигационная для неразводного пролета для вод- кого про-
основного смежного
Свыше 3,2
Свыше 2,5 до 3,4
» 1,1 > 1,5
» 0,7 » 1,1
От 0,5 до 0,7
364
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие........................3
Раздел первый. МОСТЫ И ТРУБЫ ... 5
Глава 1. Общие сведения о мостах 5
1.1 Основные виды мостов...........5
1.2. Краткий исторический очерк раз-
вития мостостроения..............11
Глава 2. Основные положения про-
ектирования мостов и труб 13
2 1. Исходные данные для проектирова-
ния .............................13
2.2 Стадии проектирования моста . . 14
2.3 Расчет мостовых конструкций . . 15
Г л а в а 3. Конструкция деревянных
мостов.......................... 16
3.1. Общие сведения................16
3.2. Конструкция деревянных мостов
малых пролетов......................18
3.3. Деревянные опоры и ледорезы . . 28
Глава 4. Расчет деревянных мостов 33
4.1. Основные положения............33
4.2. Расчет прогонов, пакетов и клееных
балок ........................... . . 35
4.3. Расчет опор..................37
Глава 5. Железобетонные мосты . 40
5.1. Характеристика и область при-
менения ............................40
5.2. Основные системы железобетонных
мостов.............................. 41
5.3. Материалы и их характеристики 43
Глава 6. Балочные железобетон-
ные мосты.......................45
6.1. Виды балочных мостов и конструк-
тивные формы пролетных строений 45
6.2. Конструктивные требования к про-
летным строениям................. . 48
6.3. Плитные пролетные строения . . 49
6.4. Ребристые пролетные строения с не-
напрягаемой арматурой . . . . 50
6 5. Ребристые пролетные строения с
напрягаемой арматурой .............. 52
6.6. Консольные и неразрезные про-
летные строения. Сквозные фермы 55
Глава 7. Рамные железобетонные
мосты...........................58
7.1. Схемы рамных мостов.......58
7.2. Конструкция рамных мостов ... 60
Глава 8. Арочные и комбинирован-
ные железобетонные мосты . . 62
8.1. Общие сведения............. . 62
8.2. Конструкции арочных и комбиниро-
ванных мостов...................65
Глава 9. Детали конструкций же-
лезобетонных пролетных строений 69
9.1. Мостовое полотно и тротуары . 69
9.2. Гидроизоляция и водоотвод ... 71
9.3. Анкеры напрягаемой арматуры . 73
9.4. Стыки сборных элементов и состав-
ных конструкций.....................76
Глава 10. Основные положения про-
ектирования и расчета железобе-
тонных мостов...................78
10.1. Определение усилий в балочных
пролетных строениях и плитах
балластного корыта................. 78
10.2. Расчет изгибаемых железобе-
тонных элементов с ненапрягае-
мой арматурой.......................82
10.3. Расчет изгибаемых железобетон-
ных элементов с напрягаемой ар-
матурой ............................87
Г л а в а И. Общие сведения о сталь-
ных мостдх......................92
11.1. Характеристика стальных мостов 92
11.2. Материалы стальных мостов . 93
11.3. Соединения стальных элементов 95
11.4. Основные виды стальных пролет-
ных строений.........................97
Глава 12. Конструкция пролетных
строений со сплошными балками
12.1. Общие сведения.................
12 2. Пролетные строения с ездой по-
верху на деревянных поперечинах 99
12.3. Сталежелезобетонные пролетные
строения................... 103
12.4. Коробчатые пролетные строения 107
12.5. Пролетные строения с ездой пони-
зу ............................109
Глава 13. Конструкция пролетных
строений с балочными фермами 111
13.1. Проезжая часть.............111
13.2. Главные фермы............ 115
13.3. Элементы ферм..............118
365
13.4 Узлы главных ферм . . 120
13.5. Связи между фермами . . .122
13.6 Типовые пролетные строения . 124
Глава 14. Балочно-неразрезные и
консольные, арочные, рамные и
комбинированные пролетные строе-
ния. ... . .124
14.1. Балочно-неразрезные и консоль-
ные пролетные строения.............124
14.2. Арочные и рамные пролетные
* строения . . . 129
14.3. Пролетные строения комбиниро-
ванных систем ... , .132
Глава 15. Расчет стальных мостов 136
15 1. Основные положения расчета 136
15.2 . Расчет сплошных главных балок . 137
15.3 Расчет сталежелезобетонных ба-
лок . ............................144
15.4 Расчет балок проезжей части . 147
15.5 . Расчет главных ферм . .... 151
15.6 Расчет связей и портальной рамы 158
Глава 16. Опоры железобетонных
и металлических мостов . . . 162
16.1. Общие сведения ... . . 162
16.2. Промежуточные опоры . . 163
16.3. Концевые опоры . . 166
16.4. Расчет опор ... 170
Глава 17 Опорные части железобе-
тонных и металлических балоч-
ных мостов . . . . . 176
17.1. Назначение опорных частей и их
размещение ... . 176
17.2. Виды опорных частей ... 177
17.3. Конструкция опорных частей . .179
17.4. Основные положения расчета
опорных частей ... . . 180
Глава 18. Конструкция водопро-
пускных труб ... 181
18.1. Общие сведения . . . ... 181
18.2. Сборные железобетонные и бетон-
ные трубы. ... 187
18.3 Металлические трубы ... 194
Глава 19. Расчет труб ... . 197
19.1. Основные положения . . 197
19.2. Статический расчет труб . .199
Глава 20 Постройка деревянных
мостов. ...... 201
20.1. Изготовление конструкций . . .201
20.2. Постройка деревянных мостов . 203
Глава 21. Изготовление и монтаж
железобетонных пролетных стро-
ений . . . ... 204
21.1 Изготовление блоков сборных
пролетных строений ... . 204
21.2. Монтаж сборных пролетных строе-
ний. . ... 206
21.3. Сооружение монолитных пролет-
ных строений .... . ... 213
Глава 22. Изготовление и монтаж
стальных пролетных строений . .214
22.1 Изготовление стальных пролет-
ных строений . . . . 214
22.2. Монтаж стальных пролетных
строений...................... 218
Глава 23 Постройка опор .... 222
23.1. Изготовление элементов опор . . 222
23.2. Постройка монолитных опор . . 224
23.3. Сооружение сборных и сборно-
монолитных опор ...... . 227
23.4 Сооружение опор в северной кли-
матической зоне . . . 228
Глава 24. Постройка водопропуск-
ных труб ... . . . 229
24.1. .Изготовление элементов труб . . 229
24.2. Постройка труб . ... 231
24.3. Постройка труб на вечномерз-
лых грунтах и в зимний период 234
Глава 25 Эксплуатация мостов и
труб ... . . . 236
25.1. Краткая характеристика эксп-
луатируемых мостов и труб . . 236
25.2. Организация содержания мостов
и труб ...... . . 239
25.3. Содержание подмостового русла 240
25.4. Содержание мостового полотна
и пути на мостах .... . 242
25 5. Содержание водопропускных труб
и малых мостов ... . 243
Глава 26 Основные повреждения
мостов и труб и способы их выяв-
ления ... .... . 245
26.1. Общие сведения .... . 245
26.2. Повреждения металлических про-
летных строений.....................247
26.3. Повреждения железобетонных,
бетонных и каменных пролетных
строений ... . 254
26.4. Основные повреждения опор . . 256
<26.5. Повреждения деревянных мостов 258
26.6. Повреждения водопропускных
труб .... . ..... 260
Глава 27. Определение грузоподъ-
емности мостов ... . . . 261
27.1. Основные положения оценки гру-
зоподъемности металлических
пролетных строений..................261
27.2. Определение грузоподъемности
металлических балок со сплошной
стенкой....................... ... 265
27.3. Определение грузоподъемности
элементов главных ферм металли-
ческих пролетных строений . . 267
27.4. Классификация подвижных на-
грузок и оценка возможности их
пропуска по мосту . . . . 269
27.5. Общие сведения об оценке гру-
зоподъемности железобетонных
пролетных строений . . . 272
27.6. Определение грузоподъемности
плиты балластного корыта . 274
27.7. Определение грузоподъемности
главной балки ......... 276
366
Глава 28. Ремонт и усиление мостов
и труб ... ......
28 1 Ремонт металлических пролетных
строений ...............
28.2. Ремонт железобетонных пролет-
ных строений . .
28 3 Ремонт деревянных мостов и
мостового полотна .................
28.4. Усиление металлических пролет-
ных строений.......................
28 5 Усиление железобетонных про-
летных строений . .
28 6 Ремонт и усиление каменных,
бетонных мостов и опор . .
28 7 Ремонт и усиление водопропуск-
ных труб
Глава 29. Реконструкция мостов и
труб ... ...
29.1 Общие сведения . . .
29.2 Реконструкция мостов с измене-
нием числа путей и подмостовых
габаритов ..........
29 3. Прочие виды реконструкции мос-
тов.................
29.4. Реконструкция водопропускных
труб ... ...
Раздел второй. ТОННЕЛИ
Глава 30 Общие сведения о тон-
нелях ....
30.1. Назначение тоннелей и их класси-
фикация . . . ..........
30.2. Обзор развития тоннелестроения
Глава 31. Проектирование трассы
тоннеля ... ...........
31.1. Особенности плана и профиля . .
31.2. Выбор отметки подошвы тоннеля
и мест порталов ...................
31.3. Состав геодезическо-маркшейдер-
ских работ .....
31.4 Геодезические работы на поверх-
ности .....
31.5. Ориентирование подземной выра-
ботки . ... . . . ....
31.6. Маркшейдерские работы . . . .
Глава 32. Инженерно-геологичес-
кие исследования по трассе тонне-
ля .. .
32.1. Значение, средства и методы ин-
женерно-геологических исследо-
ваний .
32.2. Условия залегания грунтов. . .
32.3. Физико-механические свойства
грунтов ... ....
32.4. Горное давление и его прог-
ноз ......
32.5. Подземные воды и газы, темпе-
ратура подземной выработки
Глава 33. Конструкции тоннель-
ных обделок . о . .
33.1. Внутреннее очертание обделок .
33.2. Конструкции обделок из монолит-
ного бетона . . . .
278
278
281
284
286
293
294
297
299
299
301
305
307
310
311
312
312
313
314
315
31*6
317
318
318
318
320
321
323
324
325
33.3. Ниши, камеры и порталы . . . 326
33.4. Сборные конструкции тоннель-
ных обделок ....... , 328
33.5, Гидроизоляция обделок, водоот-
водные устройства в тоннелях . 330
Глава 34. Основные положения
расчета тоннельных обделок . 332
34 1. Нагрузки на подземные конструк-
ции ..... .... 332
34.2 Особенности статической работы
тоннельной обделки .... 334
34.3. Основные расчетные схемы обде-
лок сооружаемых закрытым спосо-
бом ............... 335
34.4. Расчет обделки способом Метро-
гипротранса
Глава 35. Проходка элементов тон-
нельной выработки . . . . 337
35.1. Фронт тоннельных работ .... 337
35.2. Крепление врезки и проходка на-
правляющей штольни . 338
35.3. Раскрытие калотты . . 339
35.4. Анкерная крепь . . 340
Глава 36. Разработка и уборка грун-
36.1. Способы разработки грунта ... .341
36.2. Погрузка грунта ... . . 343
36.3. Тоннельный транспорт.........345
Глава 37. Сооружение тоннелей гор-
ным способом ...
37.1. Способы постройки тоннелей в
слабых грунтах ..... 346
37 2 Способы постройки тоннелей в
крепких грунтах . . ..... 348
37.3. Возведение бетонной обделки . 349
37.4. Вспомогательные работы при
горном способе проходки . 349
Г л .а в а 38. Сооружение тоннелей
щитовым способом
38 1. Основные сведения о щитах и щи-
товой проходке ....... о . 351
38.2. Механизированные проходческие
щиты . . .... 352
38.3. Силы сопротивления движению
щита . 353
Г л а в а 39. Содержание тоннелей
39.1 Условия работы тоннельной об-
делки ... . 355
39.2. Технический надзор . . . 355
39.3. Проверка очертания тоннельной
обделки . ... 357
39.4. Содержание пути в тоннеле . . . 358
39.5. Вентиляция тоннелей. . . 359
Глава 40 Ремонт и реконструкция
тоннелей . . 360
40.1. Ремонт тоннелей . . 360
40.2. Осушение тоннелей . 361
40.3. Реконструкция тоннелей 362
Приложение. Подмостовые габариты 364
Учебник
Осипов Валентин Осипович,
Храпов Владимир Георгиевич,
Бобриков Борис Валерьянович и др.
МОСТЫ И ТОННЕЛИ НА ЖЕЛЕЗНЫХ
ДОРОГАХ
Переплет художника Те В. Е.
Технический редактор Иванова Р А
Корректор-вычитчик Котляр Е. А
Корректор Петрова Л А
ИБ № 3450
Сдано в набор 23 02 88 Подписано в печать 21.11.88.
Т-21540 Формат 70X100V16. Бум офсетная № 2
Гарнитура литературная Офсетная печать Усл печ
л 29,9 Усл. кр отт. 29,9 Уч.-изд л 34,52
Тираж 10 000 экз. Заказ 1048. Цена 1 р 50 к
Изд. № 1-Ы/З № 3548
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ»,
103064. Москва, Басманный туп., 6а
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной
торговли.
129041, Москва Б Переяславская ул, 46