Автор: Саламахин П.М.
Теги: автомобильные дороги в целом внегородские дороги городские дороги строительство
ISBN: 5-277-01066-1
Год: 1991
Текст
Мосты
и сооружения
на дорогах
Часть!
Под редакцией
д-ра техн, наук, проф.
П. М. Саламахина
Допущено
Государственным комитетом СССР
по народному образованию
в качестве учебника для студентов
автомобильно-дорожных специальностей
высших учебных заведений
МОСКВА "ТРАНСПОРТ" 1991
УДК 625.745.12(075.8)
Мосты и сооружения на дорогах: Учеб, для вузов: В 2-х ч /
П. М Саламахин, О. В. Воля, Н. П. Лукин и др.; Под ред. П. М. Сала-
махина. Ч 1—М.: Транспорт, 1991. 344 с.
Учебник содержит основные сведения об искусственных сооружениях
на автомобильных дорогах: мостах, трубах, тоннелях, специальных со-
оружениях на горных дорогах, наплавных мостах и паромных перепра-
вах. В нем рассмотрены основные их системы, конструкции, основы и
особенности расчета, методы и способы строительства, содержания и
реконструкции.
Учебник предназначен для студентов автомобильно-дорожных вузов
по специальности «Автомобильные дороги».
Ил. 250, табл. 18, библиогр. 17 назв.
В первой части учебника разделы 1, 3, 4 написаны д-ром техн, наук,
проф. П М. Саламахиным, раздел 2 — канд. техн, наук, доц. Н. П. Лу-
киным.
Во второй части учебника разделы 5 и 10 написаны канд. техн наук,
доц. О. В. Волей; разделы 8 и 9 — канд. техн, наук, доц. В. П. Леоно-
вым, раздел 6 и гл. 30 раздела 7 — канд. техн, наук, доц. Н. П. Луки-
ным раздел 11 и гл. 31 раздела 8 — канд. техн, наук, доц. Л. В. Ма-
ковским.
Рецензенты: кафедра искусственных сооружений и гидравлики
Киевского автомобильно-дорожного института (кандидаты техн, наук
Ю. Н. Айвазов, Д И. Згорский, А. И Лантух-Лященко, Ю. Н Руденко,
А. А. Шкуратовский), начальник отдела искусственных сооружений Го-
сударственного проектного института «Союздорпроект» Ю. В. Постовой
Заведующий редакцией Л П. Топольницкая
Редактор К. М. Ивановская
„ 3201020000-092
М 049(01)-91 46’91
ISBN 5-277-01066-1 (ч. 1)
ISBN 5-277-01065-3
е Коллектив авторов, 1991
ПРЕДИСЛОВИЕ
Проектирование, строительство и эксплуатация искусственных
сооружений — сложный и взаимосвязанный процесс, руководство
которым должно производиться высококвалифицированными ин-
женерами по специальности «Мосты и транспортные тоннели».
Необходимую подготовку в этой области должны иметь и
инженеры-дорожники, так как многим в практической работе
приходится решать вопросы строительства и эксплуатации мостов.
Проектирование искусственных сооружений в современных ус-
ловиях развивается за счет разработки новых эффективных кон-
структивных форм, совершенствования методов расчета, приме-
нения новых материалов, использования ЭВМ для расчетов, кон-
струирования элементов мостов и выдачи их рабочих чертежей.
Эти вопросы получили отражение в учебнике.
Строительство искусственных сооружений совершенствуется
за счет применения комплексной механизации, организации по-
точного производства элементов сооружений и их ритмичного мон-
тажа. В последние годы наряду со сборным железобетоном полу-
чает новое развитие монолитный железобетон для средних и
больших пролетов мостов, что обеспечивает их большую надеж-
ность.
Для инженера-дорожника особое значение приобретают вопро-
сы содержания мостов. Значительный рост подвижных нагрузок
и их интенсивности, низкое качество строительства мостов, не-
удовлетворительные содержание и ремонт привели в последние
годы к сокращению срока службы автодорожных мостов до трид-
цати лет и менее. Это связано с большим объемом работ по при-
ведению мостов в удовлетворительное состояние, в выполнении
которого принимают участие инженеры-дорожники.
Значительная часть мостов на автомобильных дорогах страны
была построена в 50—60-е годы. Поэтому в -«зедияшеё время
более 50% мостов не удовлетворяют современййчй-'Чнормативам
по грузоподъемности и габаритам, требуют усилейияЛгли ушире-
ния. Это связано с решением ряда экономических и организаци-
онных задач: разработкой технико-экономических нормативов
уширения мостов, определением принципов, сроков и порядка
планирования этих работ, созданием материальных и организа-
ционно-технических предпосылок для массового их производства,
внедрения поточных методов организации этих работ. Работы по
ремонту, усилению и уширению мостов должны быть механизиро-
ваны, выполняться с применением новых материалов и методов,
3
обеспечивающих высокое качество работ при минимальном огра-
ничении движения по автомобильной дороге и обеспечении его
безопасности.
Важной задачей эксплуатации мостов является определение
возможности пропуска по ним транспортных средств с учетом
фактического состояния мостов. Ее решение основано на обследо-
ваниях и испытаниях мостов, оценке их грузоподъемности и на-
дежности. Возникает трудная проблема диагностики мостов на
основе использования современной теории надежности техниче-
ских систем, современных средств измерения и анализа данных
измерений с помощью ЭВМ.
Учебник соответствует программе обучения студентов автодо-
рожных вузов по специальности «Автомобильные дороги». Инже-
неры по этой специальности должны иметь представление о про-
ектировании автодорожных мостов, знать их конструкции, уметь
их строить и эксплуатировать. В связи с этим в учебнике не
рассматриваются сооружения на железных дорогах.
Учебник может быть использован студентами вузов, обучаю-
щихся по специальности «Мосты и транспортные тоннели».
В учебнике отражены новые достижения в области проекти-
рования, строительства и эксплуатации мостов и других искусст-
венных сооружений на автомобильных дорогах. Введены новые
материалы о конструкциях простейших деревянных мостов, удов-
летворяющих требованиям индустриального строительства, при-
ведены сведения о конструкциях вантовых железобетонных мо-
стов, находящих все более широкое применение в городах.
Для удобства пользования учебник разделен на две части.
Первая содержит разделы: «Общие сведения об искусственных
сооружениях», «Основания и фундаменты», «Деревянные мосты»,
«Железобетонные, каменные и бетонные мосты». Вторая часть
содержит остальные разделы курса: «Металлические мосты»,
«Опоры железобетонных и металлических мостов», «Трубы. Со-
оружения на горных дорогах», «Наплавные мосты и паромные
переправы», «Основы технологии строительства мостов, труб и
специальных сооружений на горных дорогах», «Эксплуатация,
усиление и реконструкция мостов и труб», «Автодорожные и го-
родские тоннели».
Материал учебника изложен в соответствии с действующими
общесоюзными и ведомственными нормативными документами с
использованием принятых в них формул и обозначений.
Авторы выражают признательность начальнику отдела искус-
ственных сооружений Союздорпроекта инж. Ю. В. Постовому,
доцентам кафедры искусственных сооружений и гидравлики Ки-
евского автомобильно-дорожного института кандидатам техниче-
ских наук Ю. Н. Айвазову, Д. И. Згорскому, А. И Лантух-Ля-
щенко, Ю. Н. Руденко и А. А. Шкуратовскому за замечания и
пожелания, высказанные при рецензировании рукописи.
4
РАЗДЕЛ 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЯХ
И ИХ ПРОЕКТИРОВАНИИ
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЯХ
НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
1.1. Виды искусственных сооружений
на автомобильных дорогах
Автомобильные дороги образуют сложную дорожную сеть
страны. Проходя по местности, они пересекаются между собой,
с железными дорогами и пересекают различные препятствия:
ручьи, реки, овраги, долины, горные хребты, ущелья, озера, мор-
ские заливы и проливы. Для обеспечения беспрепятственного
движения на дорогах строят различные сооружения: трубы, мо-
стовые сооружения, тоннели, галереи, балконы, подпорные стенки.
Трубы укладывают в тело земляного полотна дороги
(рис. 1.1). Они служат для пропуска под дорогой небольших
ручьев, транспортных средств, пешеходов и скота. Их устраива-
ют обычно из сборных элементов круглого или прямоугольного
сечения. В местах расположения трубы не прерывают земляное
полотно.
Мостовые сооружения (рис. 1.2) строят для пропу-
ска дороги над реками, ущельями, оврагами, лощинами, другими
дорогами. Они прерывают земляное полотно дороги своими кон-
струкциями (рис. 1.2,а), включающими пролетные строения и
опоры. Пролетное строение перекрывает пространство между
опорами, поддерживает все перемещающиеся по сооружению на-
грузки и передает их и свой собственный вес на опоры. Опоры
воспринимают усилия от пролетного строения и передают их
через фундаменты на грунты основания.
Разновидностями мостовых сооружений являются собственно
мосты (см. рис. 1.2, а), путепроводы (рис. 1.2,6), виадуки
(рис. 1.2,а) и эстакады (рис. 1.2,г).
Собственно мостом называют сооружение для пропуска до-
роги над водным препятствием. Путепровод — мостовое со-
оружение для пропуска одной транспортной магистрали над дру-
гой в разных уровнях. Путепроводы строят в городах и вне го-
родов, для автомобилей и пешеходов. Виадук — мостовое со-
оружение для пропуска дороги над глубоким оврагом, ущельем
или суходолом с высоким расположением уровня проезда над
низом препятствия. Характерной особенностью виадуков являют-
5
Рис. 1.1. Схема расположения трубы:
1 — земляное полотно, 2 — труба
Рис. 1.2. Мостовые сооружения:
1 — пролетное строение; 2 — промежуточная опора; 3 — устой
у///л
6
Рис. 1.3. Тоннель
ся опоры большой высоты (от нескольких десятков до сотен мет-
ров). Эстакадами называют мостовые сооружения для про-
пуска дороги на некоторой высоте над поверхностью земли (см.
рис. 1.2,г), чтобы пространство под ними могло быть использо-
вано для различных целей. Эстакады возводят также вместо на-
сыпи для пропуска дороги над долинами рек, над болотистыми
участками местности, на подходах к путепроводам. Их применя-
ют и для пропуска скоростных автомгг истралей над городской
застройкой, при уширении набережных и организации движения
в городских условиях вдоль рек.
Тоннели (рис. 1.3) применяют для пропуска дороги сквозь
толщу горного массива или под крупными реками, озерами, мор-
скими заливами или проливами. В городах их применяют для
пропуска под землей автомобилей и пешеходов.
На горных дорогах, кроме виадуков и тоннелей, применяют
галереи (рис. 1.4,а), балконы (рис. 1.4,6) и подпорные стенки
(рис. 1.4, а).
Г а л ер ей используют для защиты дороги от снежных лавин
и камнепадов, балконы — для обеспечения необходимой шири-
Рис. 1.4. Сооружения иа горных дорогах
7
ны дороги на крутых склонах и сокращения объемов работ по
разработке грунтов, подпорные стенки — для удержания
находящегося за ними грунта от обрушения.
Искусственные сооружения являются ответственными и доро-
гостоящими элементами дороги. Расходы на их возведение состав-
ляют около 10% стоимости постройки дороги, возводимой в рав-
нинной местности. В пересеченной и горной местности, а также
при пересечении рек расходы на искусственные сооружения воз-
растают и составляют до 30% и более от общей стоимости до-
роги.
1.2. Элементы мостового перехода и мостов
Комплекс сооружений, возводимых при пересечении дорогой
реки, называют мостовым переходом (рис. 1.5). В его
состав входят мост, подходы к нему, ледорезы, регуляционные
сооружения и берегоукрепительные устройства.
Мост своими конструкциями перекрывает русловую часть
реки или русло и часть поймы реки (рис. 1.5,а, б). Подходы
к мосту обеспечивают сопряжение дороги с мостом. Их устра-
ивают в виде земляных насыпей или эстакад.
Ледорезы — сооружения для защиты промежуточных опор
моста от непосредственного воздействия ледохода, которое явля-
ется наиболее опасным для деревянных опор. В этом случае ле-
дорезы возводят перед каждой опорой (рис. 1.5,6) с верховой
стороны на той части реки, где возможен ледоход. В мостах с
массивными опорами (каменными, бетонными, железобетонными)
ледорезы совмещают с опорами.
Регуляционные сооружения и берегоукрепи-
тельные устройства применяют для предохранения грун-
та у опор моста и берегов от значительного размыва. Их устраи-
вают в виде струенаправляющих дамб и траверс.
Струе направляющие дамбы сооружают у берего-
вых опор, придавая им в плане очертание, способствующее плав-
ному протеканию в отверстие моста водного потока с пойм русла
(рис. 1.5,5—д).
С верховой стороны мостового перехода иногда устраивают
траверсы в виде коротких дамб, выступающих в реку перпен-
дикулярно или под углом к берегу или насыпи подхода (см.
рис. 1.5,г). Траверсы препятствуют течению воды вдоль берега
или насыпи, предохраняют их от размыва и способствуют направ-
лению водного потока в отверстие моста.
Мосты состоят из пролетных строений и опор. В пролетных
строениях мостов выделяют следующие основные части: проез-
жую часть, несущую часть, систему связей и опорные части.
8
Под проезжей частью пролетного строения (в первона-
чальном и основном смысле этого понятия) понимают совокуп-
ность конструктивных элементов, воспринимающих действие под-
вижных нагрузок (от транспортных средств и пешеходов) и пере-
дающих их на несущую часть. В состав проезжей части входит
мостовое полотно и несущие элементы (рис. 1.6). Мостовое
полотно расположено над несущими элементами проезжей ча-
сти и предназначено для обеспечения безопасного движения
транспортных средств и пешеходов, а также для отвода воды.
Несущие элементы проезжей части воспринимают на-
грузку от транспортных средств с ездового полотна, от пешеходов
с тротуаров и передают их на основные несущие конструкции
пролетного строения. Применяют три главных вида несущих эле-
ментов проезжей части: балочная клетка — совокупность попереч-
ных и продольных балок; плоская или ребристая плита; орто-
тропная плита — сварная стальная конструкция, состоящая из
листа, подкрепленного ребрами.
Рис 1 5 Схема мостового перехода.
/ — мостовой переход, // — мост, /// — насыпь подхода, / — насыпь подхода; 2— струена-
правляющая дамба, 3 - пойма; 4 — русло; 5—-ледорез, <5— траверса
9
Понятие проезжей части пролетного строения в настоящее
время стало использоваться и в несколько ином, более узком
смысле: это полоса на мостовом полотне для непосредственного
движения транспортных средств. Ширина этой полосы равна сум-
ме ширин полос движения, установленных для моста. К этой
полосе примыкают предохранительные полосы (полосы безопас-
ности). Они предназначены для обеспечения движения на мосту
с установленной скоростью движения. Их наличие устраняет пси-
хологическое воздействие на водителя высокого ограждения у
тротуаров. Они также обеспечивают возможность съезда транс-
портных средств с проезжей части при возникновении опасных
для движения ситуаций. Проезжая часть в узком смысле этого
понятия вместе с предохранительными полосами составляют по-
лосу ездового полотна, или габарит проезда.
Несущая часть пролетного строения воспринимает дей-
ствие собственного веса пролетного строения и временной по-
движной нагрузки и передает его на опоры В простейших балоч-
ных мостах малых пролетов несущая часть пролетного строения
состоит из деревянных или металлических прогонов, железобе-
тонных плит или балок; при средних и больших пролетах в каче-
стве несущей части применяют балки, фермы, арки или рамы.
Связи между главными балками, фермами или арками про-
летного строения устанавливают с целью объединения их в про-
странственно жесткую конструкцию, способную воспринимать
всеми элементами как вертикальные, так и горизонтальные на-
грузки В полной системе связей различают горизонтальные
(верхние и нижние) и вертикальные (опорные и промежуточные)
связи (см. рис 10.2).
Рис 1 6 Элементы мостового полотна
I—тротуар II— полоса безопасности III — проезжая часть IV — ездовое полотно; 1 — пе-
рильное ограждение, 2 — одежда тротуаров, 3 — барьерное ограждение 4 — устройство для
освещения 5 — устройство для водоотвода, 6 — одежда ездового полотна, 7 — несущие эле-
менты проезжей части, 8 — несущие элементы пролетного строения
10
L
Рис 1 7 Основные характеристики моста н уровней реки
Опорные части представляют собой специальные элемен-
ты, с помощью которых опорные реакции от несущей конструкции
передаются на опоры в заданном месте. Кроме того, опорные
части обеспечивают поворот и смещение главных ферм (или ба-
лок) пролетного строения при их прогибе от действия подвиж-
ных нагрузок, а также продольные и поперечные смещения кон-
цов ферм (или балок), возникающие в результате температурных
деформаций пролетного строения.
Одним из принципов рационального проектирования является
принцип совмещения функций элементов конструкций. В совре-
менных конструкциях пролетных строений мостов этот принцип
используется весьма широко. Так, плита или продольная балка
проезжей части может выполнять и функции поясов главных
ферм Развитые в плиты пояса главных балок выполняют одно-
временно и функции верхних продольных связей Конструкции с
совмещением функции частей пролетных строений будут рассмот-
рены в последующих главах.
Опоры мостов воспринимают нагрузки и передают их на
грунт через фундаменты или на воду (в наплавных мостах). Раз-
личают промежуточные и береговые опоры. Промежуточные опо-
ры воспринимают нагрузки от веса пролетных строений, подвиж-
ной нагрузки, проходящей по ним, от навала судов, воздействия
льда и ветра Береговые опоры, кроме того, могут работать как
подпорные стенки, воспринимая давление от насыпи подходов.
Конструктивное решение моста во многом зависит от ширины,
глубины, скорости течения реки, вида грунтов на дне ее русла
и поймы, условий ледохода, требований судоходства по реке Су-
щественное значение имеют и следующие расчетные уровни воды
в реке (рис. 1.7) уровень высоких вод (УВВ)—наивыс-
ший уровень воды в реке в месте мостового перехода, который
определяют по данным гидрометрических наблюдений;^ р а с ч е т-
ный судоходный уровень (РСУ) — наивысший уровень
в реке в судоходный период, который обычно несколько ниже
УВВ\ средний уровень воды в период между паводками называ-
ют уровнем меженных вод (УМВ) или уровнем межени
11
В мостах применяют следующие основные определения и обо-
значения:
длина моста L — расстояние по оси моста между линия-
ми, соединяющими внешние концы устоев, примыкающих к насы-
пи подходов;
отверстие моста Lq — горизонтальный размер между
внутренними гранями устоев или конусами насыпи, измеренный
при расчетном уровне высоких вод с исключением толщины про-
межуточных опор;
высота моста Н — расстояние от поверхности проезжей
части до уровня меженных вод;
свободная высота под мостом Но — расстояние
между низом пролетных строений и уровнем высоких вод или
расчетным судоходным уровнем (если есть судоходство);
высота опоры h0 — расстояние от ее верха до грунта;
строительная высота пролетного строения h—
расстояние от проезжей части до самых нижних частей пролет-
ного строения;
расчетный пролет Z — расстояние между осями опира-
ния пролетного строения на смежных опорах;
ширина моста В — расстояние между перилами в свету;
ширина пролетного строения Во — расстояние меж-
ду осями крайних главных балок;
ширина проезжей части b — расстояние между внут-
ренними гранями полос безопасности;
ширина ездового полотна Г — расстояние между ог-
раждениями.
Основные параметры моста устанавливают в процессе его про-
ектирования с учетом его назначения и местных условий.
1.3. Классификация мостов
Мосты классифицируют по следующим признакам: назначе-
нию, типу опор и пролетных строений, виду материала, располо-
жению уровня проезда, статической системе, обеспеченности в
отношении пропуска высоких вод и ледохода, ширине проезжей
части и длине моста.
По назначению различают мосты:
автодорожные — для всех видов транспорта, пропускае-
мого по автомобильным дорогам, и пешеходов;
железнодорожные — для железнодорожных поездов;
городские-—для всех видов городского транспорта (авто-
мобилей, троллейбусов, трамваев, метро) и пешеходов;
пешеходные — только для пешеходов;
совмещенные — для автомобилей и железнодорожных по-
ездов;
12
Рис. 1.8 Виды мостов по типу опор и пролетных строений
специальные — для пропуска трубопроводов, кабелей
и т. п.
По типу применяемых опор различают мосты:
на жестких опорах (рис. 1.8,а), передающих через фун-
даменты нагрузку от пролетных строений непосредственно грунту
и характеризующихся отсутствием значительных осадок;
на плавучих опорах (рис. 1.8,6), передающих нагрузку
воде (наплавные мосты на понтонах, баржах) и отличающихся
значительными осадками.
По типу пролетного строения различают мосты:
неподвижные, в которых пролетное строение всегда зани-
мает по отношению к опорам неизменное положение (рис. 1.7,
1.8, а);
разводные, в которых для пропуска судов устраивают
специальный разводной пролет (рис. 1.8, в) размерами, требуе-
мыми для судоходства.
Разводные мосты применяют, когда невозможно или неэконо-
мично поднять пролетное строение на высоту, достаточную для
пропуска судов. Неизбежность перерывов в движении по развод-
ным мостам является их существенным недостатком.
По виду применяемых материалов различают деревянные,
металлические, железобетонные, бетонные и ка-
менные мосты. Определяющим при этой классификации явля-
13
Рис 1.9. Уровни расположения проезжей части мостов
ется материал пролетного строения. Например, к металлическим
мостам относятся мосты с металлическими пролетными строени-
ями, у которых опоры могут быть из любых материалов. Каждый
из материалов придает свои существенные особенности как кон-
струкции моста, так и способам его возведения.
По уровню расположения проезжей части различают мосты с
ездой: поверху, когда проезжая часть расположена по верху про-
летных строений (рис. 1 9.а); понизу, когда проезжая часть на-
ходится на уровне низа пролетных строений (рис. 1.9,6); посере-
дине, когда проезжая часть находится в средней по высоте части
пролетного строения (рис. 1.9,в).
Необходимость классификации мостов по этому признаку оп-
ределяется существенными различиями в их работе и во вписы-
вании их в местность. Наличие в мостах с ездой понизу широко
расставленных главных ферм усложняет устройство проезжей ча-
сти и связей между фермами. Различие в отношении вписывания
в местность обусловлено тем, что пролетные строения с ездой по-
верху имеют значительно большую высоту, чем пролетные строе-
ния с ездой понизу, так как в первом случае строительная высо-
та определяется полной высотой, а во втором случае—только
частью высоты пролетного строения.
Мосты с ездой посередине по своим конструктивным особен-
ностям близки к мостам с ездой понизу.
Рис. 1.10. Основные системы мостов
14
Рис. 111. Виды мостов по характеру пересечения препятствия
По статической схеме главных несущих конструкций
пролетных строений различают мосты:
балочных систем (разрезной — рис. 1.10,а, неразрезной
и консольной), в пролетных строениях которых от вертикальных
нагрузок возникают только вертикальные опорные реакции;
распорных систем (арочной — рис. 1.10,6, рамной —
рис. 1.10,в, висячей — рис. 1.10,г), в которых при действии вер-
тикальных нагрузок возникают наклонные опорные реакции, име-
ющие горизонтальную составляющую — распор;
комбинированных систем, в которых сочетаются си-
стемы первых двух групп, причем число таких сочетаний может
быть большим.
По обеспеченности в отношении пропуска высоких вод и ледо-
хода различают мосты:
высоководные для длительной нормальной эксплуатации
и обеспечивающие пропуск паводковых вод и весеннего ледо-
хода;
низководные для эксплуатации в течение ограниченного
времени и не обеспечивающие пропуск высокой воды и весеннего
ледохода.
По ширине проезжей части различают мосты, допускающие
различное число полос движения: одной, двух, четырех, шести
и восьми.
По характеру пересечения препятствия мосты
могут быть прямыми, косыми и криволинейными.
Ось прямого моста (рис. 1.11, а) перпендикулярна берегам реки
и направлению течения, косого — пересекает их под углом
(рис. 1.11,6), отличным от прямого, криволинейного — пересека-
ет под переменным по его длине углом (рис. 1.11,в).
Мосты длиной £^25 м считаются малыми, с длиной
25<£^100 м — средними и длиной £>100 м — большими. Мо-
сты длиной £<100 м, но с одним из пролетов более 60 м отно-
сятся к большим мостам.
1В
1.4. Требования к искусственным сооружениям
и направления развития мостостроения
К дорожным искусственным сооружениям предъявляются экс-
плуатационные, экономические, экологические, архитектурные и
расчетно-конструктивные требования.
Эксплуатационные требования являются основными и
сводятся к тому, чтобы сооружение обеспечивало безопасность и
удобство движения по нему без снижения скорости в течение за-
данного срока эксплуатации. Для этого сооружение должно удов-
летворять следующим требованиям:
иметь такую жесткость, чтобы деформации и перемещения при
движении нагрузки не были чрезмерными, не расстраивали со-
единений и не отражались на безопасности движения;
иметь необходимую ширину проезжей части и тротуаров в
зависимости от его назначения с учетом перспективы роста интен-
сивности движения;
иметь благоприятный для движения поперечный и продольный
профиль;
быть долговечным, сконструированным из прочных материа-
1ов, мостовое полотно должно быть выполнено из износостойкого'
материала и обеспечено надежным отводом воды;
обеспечивать безопасный пропуск паводков и ледохода, долж-
но удовлетворять требованиям судоходства;
обеспечивать возможность его осмотра, ремонта и реконструк-
ции.
Экономические требования сводятся к необходимости
получения такого конструктивного решения, для которого при
заданном сроке службы сооружения полная его стоимость, вклю-
чая стоимость строительства, содержания, ремонта и возможной
реконструкции, была бы минимальной. Роль экономических тре-
бований к сооружению в последние годы возрастает в связи с
переходом на экономические методы управления. Для достижения
эффекта очень важен учет местных ресурсов и возможностей j
(наличие заводов или значительных запасов строительных мате- |
риалов, обеспеченность механизмами, техникой и обученными .
трудовыми ресурсами), а также общих народнохозяйственных
возможностей и условий (наличие транспортных путей, возмож-
ность использования речного транспорта, вертолетов и т. п.).
Стоимость сооружения снижается при применении конструк-
ций индустриального изготовления и механизированного возведе-
ния при высоких темпах строительства и хорошем качестве работ.
Экологические требования определяются интересами ох-
раны окружающей среды. В последние годы вопросы охраны
окружающей среды приобретают все большую остроту, в связи с -
этим ужесточаются требования к проектам переходов через во-
16 ....
дотоки. Основа проектных решений состоит в соблюдении прин-
ципа наименьшего вмешательства в природную среду.
Архитектурные требования сводятся к тому, чтобы фор-
ма сооружения соответствовала представлениям о красоте и гар-
монировала с окружающей местностью или городской застройкой
Обычно рационально спроектированные сооружения удовлетворя-
ют эстетическим требованиям. В них каждый элемент сооружения
подчеркивает его функциональное значение. Современная архи-
тектура искусственных сооружений уделяет внимание простоте
форм, исключая всякие украшения. Архитектурные требования
очень важны для городских мостов, они в этом случае могут
вступать в противоречие с экономическими требованиями, но ни-
когда с эксплуатационными.
Расчетно-конструктивные требования связаны с тем,
чтобы сооружение в целом и его отдельные элементы были ра-
ционально прочными, устойчивыми и жесткими. Удовлетворение
этих требований является обязательным для всех конструктивных
решений, имеющих различные экономические и архитектурные по-
казатели.
Выполнение возрастающих объемов мостового строительства
невозможно без резкого повышения его индустриализации.
Основные направления развития мостостроения следующие:
обеспечение максимально возможной комплексной механиза-
ции и автоматизации операций при строительстве мостов;
внедрение прогрессивной технологии производства работ, рас-
ширение области применения поточных методов организации
строительства;
дальнейшая типизация и унификация мостовых конструкций
по основным конструктивным параметрам;
увеличение доли сборных конструкций при строительстве мо-
стов и путепроводов;
поиск наиболее рациональных и совершенных форм мостов,
удовлетворяющих лучшим образом технологии строительства и
обеспечивающих создание надежных конструкций;
применение более прочных и качественных строительных ма-
териалов для элементов мостовых конструкций.
Изготовление качественных мостовых конструкций в первую
очередь зависит от состояния и возможностей производственной
базы мостостроения, состоящей из сети заводов и полигонов.
Современная база мостостроения отстает от требований даль-
нейшего развития и совершенствования сети автомобильных
дорог. Она не обеспечивает конструкциями постоянно возрастаю-
щие объемы мостостроения. В связи с этим необходимо усиление
ее и рациональное размещение.
Важнейшими элементами индустриализации мостового строи-
тельства являются комплексная
всех процессов.
механизация и автоматизация
Днепропетровский |
институт инлчэиерсм I
ЖМ. дор трзн^пор^г |
им. М И Калянин0 (
17
В настоящее время в мостостроении ряд процессов комплекс-
но механизирован. Однако еще многие процессы при строительст-
ве и ремонте мостов содержат большое число операций, выпол-
няемых вручную, что объясняется недостаточной оснащенностью
мостовых организаций средствами механизации.
Высшая степень комплексной механизации— автоматизация
производства, предусматривающая полную замену ручного труда
машинами с применением автоматических устройств — является
очередной перспективой мостостроения.
Контрольные вопросы
1 Какие виды искусственных сооружений возводят на автомобильных доро-
гах’ Каковы их отличительные особенности?
2 Какое назначение имеют основные элементы мостового перехода?
3 Какое назначение имеют основные элементы моста’
4 Какими основными параметрами характеризуется мост?
5 Как классифицируют мосты?
6 Какие требования предъявляют к искусственным сооружениям’
7 Какие основные направления и перспективы развития мостостроения’
Глава 2
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ мостов
2.1. Последовательность проектирования мостовых сооружений
Мосты и другие искусственные сооружения обычно проекти-
руются в составе автомобильной дороги. Отдельными объектами
проектирования могут быть только мосты через большие реки.
Необходимость и очередность проектирования и строительст-
ва дорог и сооружений иа них определяется схемами развития се-
тей автомобильных дорог, разрабатываемыми на перспективу
20 лет и уточняемыми через каждые 5 лет. В них обосновывает-
ся целесообразность и техническая возможность строительства
новых или реконструкции существующих транспортных сооруже-
ний с учетом перспектив развития народного хозяйства и роста
объемов перевозок грузов и пассажиров.
На основе этих схем в плановом порядке проектные органи-
зации разрабатывают технико-экономические обоснования (ТЭО)
на строительство объектов со стоимостью более 30 млн. руб. или
технико-экономические расчеты (ТЭР) на строительство объек-
тов с меньшей стоимостью. В ТЭО и ТЭР уточняют очередность
проектирования объектов на основе дополнительных экономиче-
ских и инженерных изысканий.
При экономических изысканиях уточняют сведения о населе-
нии, промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, торгов-
18
ле, состоянии и взаимодействии различных видов транспорта, со-
бирают сведения об объемах и направлении перевозки грузов и
пассажиров различными видами транспорта, непосредственно
учитывают интенсивность движения автомобильного транспорта.
На этой основе определяют существующую и перспективную ин-
тенсивность движения автомобильного транспорта по рассматри-
ваемому мостовому переходу.
Инженерные изыскания на стадии ТЭО и ТЭР проводят в ми-
нимальных объемах с использованием геологических карт, мате-
риалов изысканий прошлых лет и данных гидрометеослужбы, что-
бы на их основе обосновать длину моста и предварительно назна-
чить его основные параметры.
На основе данных экономических и инженерных изысканий
при разработке ТЭО или ТЭР решают следующие вопросы:
по перспективной интенсивности движения определяют число
полос движения на проектируемой дороге, назначают габариты
мостов и путепроводов;
на основании технико-экономического сравнения вариантов
определяют оптимальный вариант трассы дороги с учетом поло-
жения мостового перехода и транспортных пересечений;
намечают замысел технического решения перехода: его план
и продольный профиль, длину подходов и схему моста, тип кон-
струкции пролетных строений, опор, фундаментов для моста, тип
земляного полотна и дорожной одежды на подходах;
намечают замысел решения по организации строительства.
Определяют объемы основных строительно-монтажных работ, по-
требность в материальных и трудовых ресурсах, выявляют источ-
ники получения и способы транспортировки необходимых конст-
рукций и материалов, определяют потребности в строительстве
жилья и развитии производственной базы подрядной строитель-
ной организации, выделяют очереди строительства и определяют
сроки строительства;
намечают замысел решения по охране природной среды;
определяют расчетную стоимость строительства на основе
укрупненных сметных нормативов или по данным аналогичных
объектов;
определяют экономическую эффективность объекта и сравни-
вают ее с нормативами и аналогами;
определяют долевое участие в строительстве заинтересован-
ных министерств и ведомств;
дают общую оценку экономической целесообразности проек-
тирования и строительства сооружения;
определяют стадийность разработки проектно-сметной доку-
ментации и приводят данные для составления задания на проек-
тирование.
ТЭО и ТЭР проходят экспертизу, в ходе которой проверяют
оптимальность и прогрессивность принятых технических решений,
19
после их утверждают заказчики. На основании утвержденных
ТЭО и ТЭР составляют титульные списки строек и формируют
планы выполнения проектно-изыскательских и строительно-мон-
тажных работ.
Дальнейший порядок проектирования определен СНиП
1.02.01-85.
Для технически несложных объектов проектируют в одну ста-
дию— рабочий проект. По крупным и технически сложным объ-
ектам проектируют в две стадии — проект и рабочая докумен-
тация.
Стадийность разработки проектно-сметной документации и оче-
редность строительства устанавливает заказчик в задании на про-
ектирование в соответствии с утвержденным ТЭО и ТЭР.
В проектах (рабочих проектах) на основании материалов ин-
женерных изысканий и вариантных проработок уточняют и дета-
лизируют технические решения и основные технико-экономические
показатели, принятые в ТЭО или ТЭР. При этом более подробно
рассматривают варианты конструкций фундаментов и опор мо-
стов, пролетных строений и способов их монтажа, оптимизируют
схемы сооружений и конструктивные решения по трассе подхо-
дов, уточняют объемы работ и расчетную стоимость строительст-
ва, больше внимания уделяют оптимизации принятых на преды-
дущей стадии основных технических решений иа основе более
достоверных исходных данных и результатов инженерных рас-
четов.
Проект мостового перехода состоит из следующих разделов:
1. Общая пояснительная записка. В ней приводят исходные
данные для проектирования, краткая характеристика проектиру-
емого объекта и условий строительства, особенности природных
условий, обоснование выбора местоположения объекта, его тех-
нико-экономические и транспортно-эксплуатационные показатели
и их сравнение с нормами и аналогами, данные по экономической
эффективности капитальных вложений, использованных в проекте
достижений науки и техники.
2. Строительные решения. В .этом разделе приводят обоснова-
ние принятых в проекте технических решений по фундаментам,
опорам, пролетным строениям моста (путепровода), земляному
полотну и дорожной одежде подходов, пересечениям и примыка-
ниям, охране окружающей среды, подготовке территории строи-
тельства. В нем также приводятся чертежи основных конструк-
тивных элементов сооружения: план и продольный профиль трас-
сы, общие виды мостов, путепроводов и их отдельных конструк-
тивных элементов индивидуального проектирования, схемы вари-
антов мостов и транспортных развязок.
3. Организация строительства. В этом разделе обосновывают
принятые в проекте способы и методы работ по сооружению
опор, пролетных строений и других элементов моста, определяют
20
потребность в конструкциях, материалах, машинах, механизмах,
трудовых ресурсах, электро- и водоснабжении. Приводят схемы
выполнения основных строительно-монтажных работ, календар-
ный график строительства, обоснование сроков и продолжитель-
ности строительства.
4. Сметная документация, состоящая из сметных расчетов и
проекта договорной цены.
5. Паспорт проекта. Содержит основные сведения о проекти-
руемом объекте.
Рабочий проект на строительство мостового перехода, кроме
перечисленных выше разделов, включает чертежи, по которым
непосредственно строят объект. Рабочий проект разрабатывают
с использованием типовых конструкций пролетных строений и
спор.
При двухстадийном проектировании (проект — рабочая доку-
ментация) рабочую документацию разрабатывают после утверж-
дения проекта и передают заказчику частями на объем очеред-
ного года строительства.
В состав рабочей документации для строительства мостовых
переходов входят рабочие чертежи, сметы, ведомости строитель-
но-монтажных работ, расчеты сметной стоимости, затрат труда
и расхода основных строительных материалов.
Готовая проектно-сметная документация передается заказчику.
Заказчик согласовывает со строительной организацией третий
раздел проекта, сметы и договорную цену.
Проекты крупных мостов, а также мостов с металлическими
и индивидуальными пролетными строениями согласовывают с
Главным управлением по строительству мостов Минтрансстроя.
Проектная организация вносит в проектно-сметную докумен-
тацию изменения, вытекающие из принятых заказчиком замеча-
ний строительной организации.
После согласования проектно-сметную документацию пред-
ставляют на экспертизу, которая рассматривает обоснованность
и оптимальность принятых проектных решений, соответствие их
действующим нормам и заданию на проектирование. По резуль-
татам экспертизы составляют экспертное заключение, в котором
указывают основные технико-экономические показатели проекти-
руемого объекта, рекомендуемые к утверждению. Экспертизу ра-
бочей документации, разработанной на основании утвержденных
проектов (рабочих проектов), не проводят.
Если в ходе экспертизы обнаруживают ошибки или другие
недостатки, то проекты возвращают на доработку и после внесе-
ния в них соответствующих изменений и дополнений вновь пред-
ставляют в органы экспертизы.
После экспертизы проекты представляют на утверждение.
21
Проекты и рабочие проекты автодорожных мостовых перехо-
дов и автомобильных дорог утверждают и подвергают экспертизе
в следующем порядке:
по стройкам стоимостью 4 млн. руб. и выше — министерствами
и ведомствами СССР или Совета Министров союзных республик
(по подчиненности строек) с прохождением экспертизы в Гос-
строях союзных республик;
по объектам республиканского значения стоимостью более
4 млн. руб. — минавтодорам'и и в отделах экспертизы этих мини-
стерств;
по стройкам местного значения стоимостью менее 4 млн. руб.—
в облисполкомах (крайисполкомах) и Советах Министров авто-
номных республик с экспертизой в областных (краевых) отделах
по делам строительства и архитектуры или в Госстроях автоном-
ных республик.
Утвержденный проект является основанием для планирова-
ния и финансирования строительства данного объекта и заключе-
ния договоров подряда.
Рабочие чертежи для строительства утверждению не подле-
жат, заказчик проекта утверждает только сметы по объемам, оп-
ределенным в рабочей документации.
Проектно-сметная документация подлежит также оценке ка-
чества заказчиком с учетом заключений экспертирующих органов.
Оценка необходима для определения соответствия принятых про-
ектных решений современному отечественному и зарубежному
уровню и прогрессивным показателям.
Основным критерием оценки качества проектной документа-
ции является соответствие ее требованиям, установленным в за-
дании на проектирование: по стоимости строительства, эффектив-
ности капитальных вложений, расходу строительных материалов,
трудоемкости строительства.
Если проектная документация соответствует базовым качест-
венным характеристикам, то ей устанавливается оценка высокого
качества, что удостоверяется актом оценки качества, подписан-
ным заказчиком. Проектная документация, не отвечающая ука-
занным выше требованиям, не может быть отнесена к проектной
продукции высокого качества (о чем указывается в акте), и ре-
шение о возможности ее дальнейшего использования принимают
министерства, ведомства и Советы Министров союзных рес-
публик.
С учетом современных тенденций в строительстве (индустри-
ализации его, унификации и стандартизации конструкций) при
разработке проекта моста необходимо максимально применять
типовые конструкции. Для выбора наиболее рациональной конст-
рукции сооружения выполняют вариантное проектирование и
проводят технико-экономическое сравнение вариантов. На стадии
вариантного проектирования обычно проводят ориентировочные
22
расчеты для выбора и обоснования основных параметров соору-
жения. В настоящее время расчеты при вариантном проектиро-
вании мостов целесообразно производить с применением ЭВМ.
В памяти ЭВМ необходимо иметь данные о ранее построенных
различных мостах и использовать их для выбора основных пара-
метров нового моста и его технико-экономического обоснования.
Для большинства малых и средних мостов применяют типо-
вые конструкции пролетных строений и опор. Они разработаны
Союздорпроектом для различной ширины проезжей части и со-
держатся в альбомах. Альбомы содержат чертежи конструкций
и сведения по расходу на них материалов. Задача проектирова-
ния в этом случае сводится к выбору наиболее рациональной ти-
повой конструкции, соответствующей конкретным местным усло-
виям: рельефу местности, возможностям изготовления, транспор-
тировки и монтажа.
Проектирование мостов с применением разработанных типо-
вых конструкций представляется возможным проводить также с
широким использованием ЭВМ, если в память ЭВМ заранее вве-
сти сведения о типовых элементах и возможных условиях их
применения. По заданной программе ЭВМ может рассматривать
заданное множество различных решений моста и выдать на пе-
чать наиболее рациональные из них. Форма выдачи информации
и объем дополнительной работы по выбору окончательного вари-
анта во многом зависят от возможностей ЭВМ и качества про-
граммы.
2.2. Назначение ширины мостов
Ширину моста и других искусственных сооружений уста-
навливают на стадии ТЭО (ТЭР) в зависимости от интенсивно-
сти автомобильного и пешеходного движения по дороге. Ширина
моста включает ширину проезжей части (в узком смысле этого
понятия), полос безопасности, разделительной полосы, тротуаров
и ограждений. Размеры всех этих элементов назначают с учетом
требований стандартных габаритов. Габарит моста, называемый
также габаритом приближения конструкций, — это контур в пло-
скости, перпендикулярной оси проезжей части, внутрь которого
не должны заходить никакие элементы сооружения или располо-
женные на нем устройства.
Габариты мостов на автомобильных дорогах и в горо-
дах обозначают буквой Г и числом, равным расстоянию в метрах
между ограждениями. Их назначают в зависимости от категории
автомобильной дороги, на которой расположены мосты, числа по-
лос движения п и ширины одной полосы движения (табл. 2.1).
Схемы габаритов при разных условиях приведены на рис. 2.1.
При наличии разделительной полосы к обозначению габарита до-
23
бавляют ее ширину, обозначаемую буквой С. В нее входят при-
легающие к ней предохранительные полосы (рис. 2.1,6).
Ширина проезжей части nb равна произведению чис-
ла полос п движения на ширину одной полосы 6 = 34-3,75 м.
По краям проезжей части располагают предохранитель-
ные полосы шириной П, за ними размещают ограждения
безопасности или бордюры. Тротуары шириной Т и высо-
той прохода не менее 2,5 м могут примыкать к проезжей части
(рис. 2.1, а) слева или быть отдельными от нее (рис. 2.1, а
справа).
Ширину С разделительной полосы (см. рис. 2.1,6) принима-
ют такой же, как иа подходящей к мосту дороге или улице. На
Рис 2.1. Габариты мостов
24
Таблица 2.1
Категория автомобильной дороги или тип городской улицы Число полос двнже ИИЯ 1 Ширина проез- жей части nb, м Ширина предо храни- тельной полосы П, м Габарит
I 6 11,25x2 2 Г-(13,25+0+13,25)
2 (Г-15,25)
I 4 7,5x2 2,0 Г-(9,5+С+9,5)
2(Г-11,5)
II 2 7,5 2,0 Г-11,5
III 2 7,0 1,5 Г-10
IV 2 6,0 1 ,0 Г-8
V 1 4,5 1,0 Г-6,5
3,5 0,5 Г-4,5
III—II при ширине расчетного автомобиля, м: до 2,5 8,0 1,75 Г-11,5
3,2 2 9,0 2,0 Г-13
3,5 2 10,0 2,0 Г-14
3.8 2 11,0 2,0 Г-15
IV—II при ширине расчетного автомобиля до 2,75 м 2 7,5 1,25 Г-10 Г-(16+С+16)
Скоростные дороги 8 15,0x2 1 ,о
или магистральные ули- 2(Г-17)
цы 6 11,25x2 1,0 Г-(12,25+0+12,25)
2(13,25)
Улицы и дороги об- 6 22,5 0,75 Г-24
щегородского значения с регулируемым движе- нием и районного значе- 4 15,0 0,75 Г-16,5
НИЯ Дороги грузового на- 4 7,5x2 0,75 Г-(8,25+0+8,25)
значения 2(Г-9)
Поселковые улицы и 2 7,5 0,75 Г-9
дороги 2 7,0 0,5 Г-8
Примечание. В числителе указаны габариты мостов, не имеющих ограждений
на разделительной полосе, в знаменателе—при наличии ограждений или при раздельных
пролетных строениях под каждое направление движения
больших мостах разрешается уменьшать ширину С не менее чем
до 2 м. Если мост имеет два раздельных пролетных строения или
на разделительной полосе установлены ограждения безопасности,
то габарит моста составляют из двух отдельных габаритов
(рис. 2.1, в) и обозначают 2Г. Такие же габариты применяют для
автомобильных дорог или улиц, проходящих под путепроводами,
если на их разделительной полосе располагается опора.
25
Высоту Н габарита моста над поверхностью покрытия на ав-
томобильных дорогах I—III категорий и в городах принимают
равной 5 м, на дорогах IV и V категорий — 4,5 м. На автомо-
бильных дорогах промышленных предприятий Ш-П и IV-П кате-
горий высоту габарита назначают не менее высоты расчетных ав-
томобилей плюс 1 м, ио не менее 5 м.
Для пропуска трамвайных путей по городским мостам или
путепроводам выделяют полосу шириной 7,5 м. При втопленных
в проезжую часть рельсах (рис. 2.1, г) полосу не защищают пре-
дохранительными полосами, а высоту габарита на ией принима-
ют такой же, как для всего сооружения. При невтоплеиных в
проезжую часть рельсах (рис. 2.1,<?) полосу трамвайного дви-
жения защищают предохранительными полосами с одной или
двух сторон в зависимости от ее расположения иа проезжей ча-
сти. Высоту габарита Н в этом случае отсчитывают от верха го-
ловки рельса (Я^4,6).
Ширину проезжей части разрешается увеличивать за счет
уменьшения ширины предохранительных полос на участках пере-
ходно-скоростных полос, участках примыкания и ответвления
эстакад, съездах и въездах пересечений в разных уровнях, мо-
стах с дополнительной полосой движения на подъеме. Во всех
этих случаях ширина предохранительной полосы должна быть не
менее 1 м на дорогах 1—III и Ш-П категорий и не менее 0,75 м
на дорогах IV и IV-П категорий и городских улицах. Габарит
эстакад и путепроводов с однополосным проездом должен быть
не менее Г-6,5.
Ширину тротуаров назначают по расчету в зависимости от
расчетной интенсивности движения пешеходов в час «пик». При
этом среднюю расчетную пропускную способность 1 м ширины
тротуара принимают 2000 чел/ч. Ширину многополосных тротуа-
ров назначают кратной 0,75 м. Для однополосных тротуаров при-
нимают 7=1 м. На городских эстакадах и мостах грузовых до-
рог, изолированных от пешеходного движения, а также на
автодорожных мостах при интенсивности движения менее 200 пе-
шеходов в 1 сут вместо тротуаров устраивают служебные прохо-
ды шириной 0,75 м, а иа мостах с габаритом Г-4,5 — шириной
7=0,5 м.
2.3. Обоснование размеров пролетов моста
Судоходные требования и подмостовые габариты. В мостах
через многоводные реки различают две характерные части: реч-
ную, расположенную над основным руслом, и пойменную, пере-
крывающую участки, затапливаемые высокими водами. Пролеты
для пропуска судов располагают в основном русле над судовым
ходом (фарватером) реки так, чтобы опоры моста не стесняли
26
Рис 2 2. Подмостовые габариты
движения судов. Количество и размер судоходных пролетов оп-
ределяются требованиями судоходства в виде специально разра-
ботанных подмостовых габаритов.
Подмостовым судоходным габаритом называют минимальные
предельные поперечные очертания пространства под пролетным
строением моста, которое должно оставаться свободным для бес-
препятственного пропуска судов и плотов. Внутрь этого габа-
рита не должны вдаваться никакие элементы моста и располо-
женные на нем устройства, включая навигационные знаки.
В зависимости от глубины судового хода водного пути на ре-
ках все они разделены на семь классов и для каждого из них
установлены подмостовые габариты (табл. 2.2).
Очертания и размеры подмостовых габаритов судоходных не-
разводных и разводных пролетов мостов в зависимости от клас-
са внутреннего водного пути должны соответствовать указанным
в табл. 2.2 и на рис. 2.2. П|ри этом надводную высоту подмосто-
вого габарита h следует отсчитывать от расчетного (высокого)
судоходного уровня (РСУ), а гарантированную глубину судового
хода d — от наинизшего (меженного) судоходного уровня воды
Таблица 2.2
Класс внутреннего водного пути Глубина судового хода водного пути, м Высота подмосто- вого габа- рита, м Ширина подмостового габарита, м
гарантиро- ванная средненави- гацнонная для неразводного пролета для раз- водного пролета
основ- ного смеж- ного
I >3,2 >3,4 16,0 140 120 60
II 2,5—3,2 2,9—3,4 14,5 140 100 60
III 1,9—2,5 2,3—2,9 13,0 120 80 50
IV 1,5—1,9 1,7—2,3 11,5 120 80 40
V 1,1—1,5 1,3—1,7 10,0 100 60 30
VI 0,7—1,1 0,9—1.3 7,5 60 40 —
VII 0,5—0,7 0,6—0,9 5,0 40 30 —
27
(НСУ). Если по гарантированным и средненавигационным глуби-
нам судового хода участок водного пути относится к разным
классам, то его следует относить к более высокому из этих
классов.
Очертание подмостового габарита должно быть прямоуголь-
ным (см. рис. 2.2, контур ABCD). На водных путях I—IV клас-
сов для неразводных пролетов мостов с криволинейным очерта-
нием нижнего пояса пролетных строений, располагаемых в стес-
ненных условиях (в пределах городов и подходов к ним, вблизи
транспортных узлов, на автомобильных дорогах с развязками на
берегах), допускается принимать очертание подмостового габа-
рита по контуру AEFKLD (см. рис. 2.2).
Неразводные мосты проектируют не менее чем с двумя су-
доходными пролетами: основным — для низового направления
движения судов, судовых и плотовых составов; смежным — для
взводного направления.
Если ширина водного пути с гарантированными глубинами
недостаточна для размещения двух судоходных пролетов, то
предусматривают один судоходный пролет. В разводных мостах
также необходим один судоходный пролет.
В мостах через несудоходные реки, в несудоходных пролетах
судоходных рек возвышение низа пролетных строений над рас-
четным уровнем с учетом подпора должно быть не менее 0,5 м,
а над уровнем наивысшего ледохода — не менее 0,75 м. При на-
личии на реке карчехода или селевых потоков возвышение низа
пролетных строений принимают не менее 1 м.
В деревянных мостах нижние элементы конструкции пролет-
ного строения должны возвышаться над РУВ не менее чем на
0,25 м, а над уровнем ледохода — не менее чем на 0,75 м.
При устройстве путепроводов через автомобильные дороги
или городские улицы необходимо соблюдать габариты пропуска-
емой под путепроводом дороги. Для путепроводов над железно-
дорожными путями необходимо под ними вписывать железнодо-
рожный габарит приближения строений.
Для пропуска под автомобильной дорогой местных дорог на-
именьшее отверстие должно составлять 6 м в ширину и 4,5 м
в высоту, а для скотопрогонов — соответственно 4 и 2,5 м.
Расчетные пролеты или полную длину пролетных строений
автодорожных и городских мостов рекомендуется назначать с
соблюдением принципа модульности и унификации в строитель-
стве равными 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 33 и 42 м, а при больших
пролетах — кратными 21 м. Приведенным размерам соответству-
ют в основном расчетные пролеты. Исключение составляют раз-
резные пролетные строения, для которых приведенные размеры
соответствуют полной длине пролетных строений: до 42 м — из
железобетона, до 33 м — из других материалов.
28
Длину пролетов моста определяют на основе совместного уче-
та требований экономичности и унификации пролетных строений,
судоходства, а также пропуска ледохода и высоких вод.
Рассмотрим влияние длины пролета моста на стоимость его
1 м. Стоимость материала на одну опору можно представить фор-
мулой
С1 = Со1 р/
где второй член выражает зависимость стоимости опоры от пролета / моста,
а первый член COi — часть стоимости опоры, не зависящей от пролета.
Значения С01 и р можно получить по данным существующих
проектов.
Стоимость 1 м пролетного строения складывается из стоимо-
сти несущих конструкций и стоимости проезжей части. Стоимость
1 м проезжей части Спч не зависит от величины пролета, стои-
мость 1 м несущих конструкций Снк пропорциональна их пролету.
Тогда стоимость 1 м пролетного строения может быть представ-
лена формулой
С2 = Спч + б'нк = Спч -Т <xZ.
Стоимость 1 м моста
с = Ct I - С2 = (Со1+ р/) // + С'пч + а/.
Длину пролета I, при котором стоимость моста будет наимень-
шей, определяют из условия
дС Со
— = —-v+a = 0.
д1 1г
Откуда находим
а/г = С0. (2.1)
Формула (2.1) показывает, что наименьшая стоимость 1 м
моста обеспечивается при равенстве основной стоимости проме-
жуточных опор стоимости пролетных строений без стоимости
проезжей части. Поэтому чем дороже опоры, т. е. чем выше тело
опоры и глубже заложено основание, тем больше размеры эко-
номичных пролетов.
Пределы изменения длины экономичных пролетов ограничи-
ваются судоходными габаритами и типовыми длинами пролетных
строений. Если судоходный пролет больше экономически целесо-
образного, то удовлетворяется требование судоходства. Поэтому
при пересечении судоходных рек длины двух пролетов на глав-
ном русле в большинстве случаев определяются условиями судо-
ходства. Изменять можно только боковые пролеты (вне фарва-
тера) главного русла и пойменные. Боковые пролеты в главном
русле часто назначают такими же, что и судоходные, из-за из-
менчивости фарватера и по соображениям типизации. При назна-
чении пойменных пролетов необходимо ориентироваться на ука-
29
Таблица 23
Интенсивность ледохода Размеры льдин по наименьшему измерению, м Толщина льда, см Возможность образования заторов льда
Слабый Средний Сильный <10 10-20 >20 <30 30—60 >60 Заторов не бывает Редкие заторы Частые заторы
занные выше стандартные длины и сокращать число их типораз-
меров, несмотря на то, что на пойменных участках высота и сто-
имость опор может изменяться по длине поймы.
На реках с весьма мощным ледоходом, а также для времен-
ных мостов длина пролетов может определяться условиями про-
пуска ледохода. Длина пролета, необходимая для пропуска ледо-
хода, устанавливается в зависимости от интенсивности и скорости
ледохода.
Интенсивность ледохода характеризуется размерами льдин,
толщиной льда, продолжительностью ледохода и возможностью
образования заторов льда. Различают слабый, средний и силь-
ный ледоход (табл. 2.3.).
Наибольшие скорости ледохода обычно бывают на главном
русле, что требует применения там больших пролетов. На пойме,
где скорости ледохода, как правило, меньше, пролеты могут
быть уменьшены. В табл. 2.4 приведены наименьшие пролеты,
обеспечивающие нормальный пропуск ледохода под мостом.
При проектировании мостовых переходов пролеты моста на
главном русле и поймах назначают такими, чтобы они обеспечи-
вали пропуск под мостом высоких вод без опасного размыва
опор.
Пролеты на главном русле и поймах, принятые по условиям
пропуска судоходства, высоких вод и ледохода, а также по тру-
доемкости и стоимости, могут быть уточнены и несколько увели-
чены по соображениям типизации.
Таблица 2.4
Интенсивность ледохода Скорость ледохода, м/с Наименьшие пролеты моста, м
в главном русле на поймах
Сильный >2 40 25
30 20
Средний >2 25 20
<2 20 15
Слабый >2 20 15
С2 15 10
30
Итак, пролеты мостов нельзя назначать любыми, их выбира-
ют из определенного ряда значений. Следует также иметь в виду,
что длина пролета зависит от системы моста, хотя и длина
пролета часто определяет его систему.
2.4. Нагрузки и воздействия
Нагрузки и воздействия, принимаемые при расчете мостов,
делят на постоянные и временные. К основным посто-
янным нагрузкам относят собственный вес пролетных строений
и опор, силы предварительного натяжения, давление от веса грун-
та на устои.
К основным временным относят нагрузки от прохо-
дящих по мосту транспортных средств и пешеходов: вертикаль-
ные подвижные нагрузки, горизонтальные поперечные нагрузки
от центробежной силы и боковых ударов подвижной нагрузки,
горизонтальные продольные нагрузки от торможения подвижной
нагрузки, давление грунта от подвижного состава.
Кроме основных видов нагрузки, на мосты могут оказывать
действие прочие нагрузки: ветровые, ледовые, от навала
судов, строительные, сейсмические, от воздействия температуры
среды и морозного пучения грунтов.
При расчете мостов нагрузки учитывают в различных возмож-
ных их сочетаниях. Основными сочетаниями считают одновремен-
ное действие постоянной нагрузки, временной подвижной верти-
кальной нагрузки, давления грунта, вызванного временной
нагрузкой, центробежной силы. Дополнительными называют соче-
тания, при которых одновременно с одной или несколькими на-
грузками основных сочетаний действует также одна или несколь-
ко остальных видов нагрузок, кроме сейсмических и строитель-
ных. Особыми называют сочетания, включающие сейсмические
или строительные нагрузки, совместно с другими нагрузками.
Нормативную временную вертикальную нагрузку от подвиж-
ного состава на автомобильных дорогах и улицах принимают от
автомобильных средств класса К, тяжелых одиночных колесных
и гусеничных нагрузок, подвижного состава метрополитена, трам-
ваев и пешеходов.
Нагрузку от автомобильных средств принимают в виде полос
АК (рис. 2.3,а), каждая из которых включает одну двухосную
тележку с нагрузкой на ось Р, равной 9,81 К, кН и равномерно
распределенную нагрузку интенсивностью v (на обе колеи), рав-
ной 0,98 К, кН/м. Усилие от колеса тележки распределяют по
площадке со сторонами 0,2 м вдоль движения и 0,6 м поперек
движения тележки.
Каждая полоса распределенной нагрузки имеет интенсивность
C,5v и в поперечном направлении распределена на ширине 0,6 м.
31
Рис. 2 3 Схемы временных нагрузок для автодорожных и городских мостов
Давление на единицу площади в полосе загружения составляет
0.5 v/0,6=0,833 v.
Класс нагрузки принимают равным АП для мостов и труб
на автомобильных дорогах I—III категорий и в городах, а также
для больших мостов (кроме деревянных) иа дорогах IV и V кате-
горий. Для средних и малых мостов и труб на дорогах IV и V
категорий принимают нагрузку класса А8. Элементы проезжей
части мостов, проектируемые под нагрузку А8, проверяют иа
усилие от одиночной оси, равное 108 кН (рис. 2.3,6).
На каждой полосе нагрузки АК устанавливают только одну
тележку в самое неблагоприятное положение по длине загруже-
иия независимо от числа участков загружения. Равномерно рас-
пределенную нагрузку устанавливают на всех участках линий
влияния одного знака. Число полос нагрузки, размещаемых иа
проезжей части, не должно превышать установленного числа по-
лос движения. Расстояние между осями смежных полос нагруз-
ки должно быть не менее 3 м.
Рекомендуется рассматривать два случая воздействия
нагрузки АК: первый предусматривает невыгодное размеще-
ние на проезжей части числа полос нагрузки, не превышающего
число полос движения; второй предусматривает при незагру-
женных тротуарах невыгодное размещение на всей ширине ездо-
вого полотна (в которое входят полосы безопасности) двух полос
нагрузки, а на однополосных мостах — одной полосы нагрузки.
При этом оси крайних полос нагрузки АК должны быть располо-
32
жены не ближе 1,5 м от кромки проезжей части в первом случае
и от ограждения ездового полотна во втором случае.
При расчете конструкций мостов на действие нескольких по-
лос нагрузки АК. самую неблагоприятно расположенную из них
принимают с коэффициентом Si=l. С остальных полос нагрузки
принимают с коэффициентами Sj = 1 для тележек и Sj = 0,6 для
равномерно распределенной нагрузки. Коэффициент Si учитыва-
ет уменьшение вероятности одновременного полного загружения
полос при большом их числе.
Кроме автомобильной нагрузки, по мостам пропускают особо
тяжелые одиночные грузы — трейлеры, тягачи, тракторы и спе-
циальные виды техники. Поэтому конструкции проверяют на про-
пуск одиночных тяжелых колесных и гусеничных нагрузок. Мо-
сты, рассчитываемые на нагрузку АП, проверяют на действие
одного тяжелого трейлера НК-80 (рис. 2.3, в) весом 785 кН, а
мосты под нагрузку А8 — на действие одной гусеничной нагрузки
НГ-60 весом 588 кН (рис. 2.3,г). В поперечном направлении на-
грузку НК-80 или НГ-60 располагают на проезжей части в лю-
бом наиболее неблагоприятном положении, но край колеса или
гусеницы не должен выступать за ее пределы.
Городские мосты, имеющие пути метрополитена или трамвая
на специально выделенном полотне, проверяют на действие нор-
мативных нагрузок от поездов метро или трамвая (см. п. 2.12
СНиП 2.05.03-84). Мосты, расположенные на дорогах промыш-
ленных предприятий, проверяют на специальные автомобильные
нагрузки, соответствующие реально обращающимся грузовым ав-
томобилям (см. п. 2.13 СНиП 2.05.03-84).
Вертикальную нагрузку на тротуары и пешеходные мосты
принимают в виде толпы людей. При расчете мостов, имеющих
тротуары, ее учитывают вместе с нагрузкой АК. При пропуске
одиночных нагрузок НК-80 и НГ-60 тротуары не загружают.
Нормативную нагрузку от толпы людей на пешеходных мостах
принимают вертикальной и равномерно распределенной по всей
поверхности прохода с интенсивностью Р = 3,92 кПа. Для троту-
аров эту нагрузку в кПа принимают по формуле
₽ = 3,92—0.0196Х > 1,96 кПа,
где X — длина загружения линии влияния, м
Тротуары городских мостов, кроме того, проверяют на сосре-
доточенную силу 19,6 кН с площадкой распределения 15ХЮ см,
а для остальных мостов — на вертикальную силу 3,4 кН.
Нормативное давление грунта от подвижного состава при рас-
чете труб учитывают в соответствии с п. 2.17 СНиП 2.05.03-84.
При расположении сооружений на горизонтальных кривых ра-
диусом 600 м и менее учитывают горизонтальную поперечную на-
грузку, возникающую от центробежных сил, вызванных движени-
ем временной нагрузки по кривой. Значение центробежной силы
2 Зак. 400 33
зависит от радиуса горизонтальной кривой, класса временной
вертикальной нагрузки, числа полос движения и длины загруже-
ния. Центробежную силу от нагрузки АК принимают в виде го-
ризонтальной равномерно распределенной нагрузки Уь, прило-
женной на высоте 1,5 м над поверхностью проезжей части моста
и направленной в сторону выпуклости кривой. При многополос-
ном движении горизонтальную нагрузку учитывают с коэффици-
ентом Si, при этом со всех полос движения, кроме одной, загру-
жаемых нагрузкой АК, принимают с коэффициентом Sj = 0,6.
Величину vh для мостов при радиусе кривых 250 м и менее
принимают по формуле
К’
Л
а свыше 250 м (до 600 м) —по формуле
М
Vh = 7TK’
где Р—сила, равная 4,4 кН, М -момент, равный 1079 кН-м; г — радиус
кривой, м
Во всех случаях величина yh должна быть не менее
~~К, кН/м, и более 0,49К. кН/м.
Г
Горизонтальные поперечные воздействия временной нагрузки
возникают при отклонении автомобилей от прямолинейного на-
правления в плане. Нормативную горизонтальную поперечную
нагрузку от возникающих ударов принимают в виде равномерно
распределенной нагрузки, равной 0,39 К, кН/м, или сосредото-
ченной силы, равной 5,9К, кН, приложенных в уровне верха по-
крытия проезжей части, где К — класс нагрузки АК-
Расчет элементов ограждения проезжей части производят на
нагрузки, приведенные в п. 2.19 СНиП 2.05.03-84.
Горизонтальную распределенную нагрузку на сооружение, воз-
никающую при торможении подвижной нагрузки и действующую
вдоль его оси, принимают только от равномерно распределенной
части вертикальной нагрузки АК в соответствии с п. 2.20 СНиП
2.05.03-84.
Указания о назначении нормативных значений прочих времен-
ных нагрузок и воздействий (ветровых, ледовых, от навала судов,
температурных, сейсмических) приведены в пп. 2.24—2.31 СНиП
2.05.03-84.
Все рассмотренные нормативные временные вертикальные на-
грузки, являясь подвижными, воздействуют на мост динамически
и вызывают в нем усилия и деформации большие, чем при ста-
тических нагрузках.
Особенности работы пролетных строений мостов под динами-
ческими нагрузками по сравнению со статической работой опре-
34
деляются влиянием трех основных факторов: 1—скорости движе-
ния транспортного средства, 2 — жесткости подрессоривания ку-
зова транспортного средства, 3—неровности на поверхности ез-
дового полотна и дефекты в колесах подвижной нагрузки.
Первый фактор—скорость движения — проявляется даже при
отсутствии любых дефектов на проезжей части и в самой нагруз-
ке, так как перемещение нагрузки с некоторой скоростью приво-
дит к возникновению инерционных сил, отсутствующих при ста-
тическом действии нагрузки, и образованию колебаний, увеличи-
вающих прогибы по сравнению со статическими. Однако в этих
идеальных условиях отношение наибольшего динамического проги-
ба к соответствующему статическому, называемое динамическим
коэффициентом, при реальных скоростях движения подвижных на-
грузок оказывается незначительным.
Второй фактор оказывает более существенное влияние. При
движении автомобиля происходят колебания его кузова, что при-
водит к изменению нагрузки на ось с периодом, равным периоду
колебаний кузова, зависящим от жесткости его подрессоривания.
Динамическое воздействие возрастает при приближении периода
колебаний кузова к периоду колебаний пролетного строения и
может иметь резонансный характер при их совпадении.
Третий фактор — ударные воздействия, возникающие из-за де-
фектов ездового полотна или в самой подвижной нагруз-
ке. Дефекты в ездовом полотне вызывают непериодическое воз-
действие, дефекты на колесах транспортных средств могут вызы-
вать ритмичный характер воздействия, что приводит к возникно-
вению колебаний резонансного характера.
Учет динамического воздействия подвижных нагрузок в мостах
производится путем увеличения статических нагрузок на величину
динамических коэффициентов, получаемых на основе анализа мас-
совых динамических испытаний эксплуатируемых мостов. Дина-
мический коэффициент уменьшается при увеличении пролета.
Формулы для динамических коэффициентов к нагрузкам от под-
вижного состава автомобильных и городских дорог приведены в
п. 2.22 СНиП 2.05.03-84.
2.5. Общие сведения о методах расчета
Группы предельных состояний. Необходимость выполнения рас-
четов у инженера-мостовика возникает при выполнении следу-
ющих задач:
а) определении необходимых размеров элементов создаваемой
конструкции для пропуска заданной нагрузки — задача проекти-
рования конструкции;
б) определении возможности пропуска заданной нагрузки по
имеющейся конструкции — задача проверки прочности элементов
конструкции;
2* 35
в) определении предельно возможного значения нагрузки при
заданной ее схеме на имеющуюся конструкцию — задача опреде-
ления грузоподъемности конструкции.
Мосты и другие искусственные сооружения рассчитывают по
методу предельных состояний, созданному советскими учеными
под руководством профессоров Н. С Стрелецкого, А. А. Гвозде-
ва, В. М. Келдыша, Г. Г. Карлсена, Г. К. Евграфова.
Под предельными понимают состояния, при которых конструк-
ция перестает удовлетворять предъявляемым к ней в процессе
эксплуатации требованиям, заданным в соответствии с назначе-
нием и ответственностью сооружения. Различают две группы
предельных состояний:
первая — по несущей способности или непригодности к экс-
плуатации;
вторая — по непригодности к нормальной эксплуатации.
К предельным состояниям первой группы относятся: общая
потеря устойчивости формы сооружения, потеря устойчивости ее
положения; вязкое, хрупкое, усталостное или иного характера
разрушение, разрушение под совместным воздействием силовых
факторов и неблагоприятного влияния внешней среды; резонанс-
ные колебания, приводящие к невозможности эксплуатации.
К предельным состояниям второй группы относятся состояния,
затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или сни-
жающие долговечность их вследствие появления недопустимых
перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний, тре-
щин.
Нормальной считается эксплуатация, осуществляемая без
ограничений и без внеочередного ремонта в соответствии с усло-
виями, предусмотренными в задании на проектирование.
Расчет конструкций должен гарантировать их от возможности
наступления любого из двух групп предельных состояний.
Для любого элемента конструкции любое из первой группы
предельное состояние не наступает, если наибольшее возмож-
ное усилие в элементе Nmax не будет превосходить наименьшее
значение его несущей способности Фтщ.’
Л'max Фт1п- (2.2)
Левая часть неравенства (2.2) зависит от нагрузки, действу-
ющей на конструкцию, расчетной схемы и размеров конструк-
ции, а правая часть — от прочности материала, формы и геомет-
рических размеров поперечного сечения элемента конструкции
Нагрузки, действующие на конструкцию, характеристики проч-
ности материала, из которого изготовлена конструкция, геомет-
рические размеры элементов конструкции не являются строго оп
ределенными величинами, им свойственна статистическая измен-
чивость.
36
Степень их изменчивости наиболее полно оценивается кривы-
ми распределения (рис. 2.4). Ось ординат — число случаев (ча-
стота), при которых наблюдались данная нагрузка или проч-
ность, которые отложены по оси абсцисс. При определенной ча-
стоте рассматриваемая величина имеет некоторое среднее значе-
ние. От этого среднего значения имеются отклонения как к боль-
шим, так и к меньшим значениям этих величин. По характеру
кривой судят о степени изменчивости рассматриваемых величин:
если кривая вытянута вдоль оси ординат (кривая 7), то величина
обладает малой изменчивостью, если кривая пологая (кривая 2),
то рассматриваемая величина имеет большую изменчивость.
Статистический характер значений прочности материалов и
нагрузок на сооружения учитывается иа основе анализа соответ-
ствующих кривых распределения путем введения нормативных и
расчетных их значений.
Нормативные значения временных нагрузок на мосты устанав-
ливаются СНиП 2.05.03-84. Они были рассмотрены выше..Для
постоянных нагрузок они принимаются по проектным размерам
конструкции н средним значениям удельного веса материала.
Действительная постоянная, а тем более временная нагрузка мо-
жет оказаться иной, чем принятая нормативная нагрузка. Рас-
четные нагрузки Р определяют умножением нормативной
нагрузки Р на коэффициент надежности по. нагрузке у/, учитыва-
ющий возможные отклонения 'нагрузки в неблагоприятную сторо-
ну (большую или меньшую):
Р=РпУ/-
Коэффициент надежности по нагрузке у/ при
расчете мостов устанавливается СНиП 2.05.03-84 с учетом ее из-
менчивости (для постоянных нагрузок в п. 2.10, для временных
нагрузок в п. 2.23, для прочих временных нагрузок в п. 2.32).
При одновременном действии нескольких расчетных нагрузок
расчет производят с учетом их неблагоприятных сочетаний. Ко-
эффициенты сочетаний т|, учитывающие уменьшение ве-
роятности одновременного появления расчетных нагрузок, прини-
мают по справочному приложению 2 СНиП 2.05.03-84.
Расчет по первой группе предельных состояний производят на
действие расчетных нагрузок, а по второй—на действие норма-
тивных нагрузок, т. е. при у/=1.
Нормативные и расчетные сопротивления материалов. Механи-
ческие свойства материалов также статистически изменчивы. Ос-
новными характеристиками сопротивления материалов силовым
воздействиям являются нормативные сопротивления Рп, устанав-
ливаемые нормами проектирования.
Значение нормативного сопротивления может равняться зна-
чению контрольной или браковочной характеристики, устанавли-
37
Рис 2 4. Кривые распределения на-
грузок или прочности материалов
Рис 2 5 К выбору нормативного со-
противления материала
ваемой стандартами. Обеспеченность значений нормативных со-
противлений должна быть не менее 0,95, т. е. If (R) dR > 0,95.
R-n
Это значит, что не менее 95% испытанных образцов имеют сопро-
тивление не менее чем Rn.
При испытании партии стандартных образцов материалов на-
блюдается статистическая изменчивость значений их прочности:
Щ образцов могут иметь прочность п2 образцов — прочность
/?2, - - Пк—Rk-
Общее число образцов п=п1-)-п2-|-.. -4-щ. Откладывая
(рис. 2.5) по оси абсцисс значения R2, .. ., Rk, а по оси орди-
нат соответствующие значения nt, п2, ..., nh, получают гистограм-
му (линия /), которая аппроксимируется теоретическими кривы-
ми распределения (линия 2). По данным испытаний определяют
среднее значение сопротивления
k
R = —-----
п
и среднее квадратическое отклонение, называемое стандартом,
V п — 1
В качестве нормативного сопротивления принимают
Rn = R— %o = R (t — %u),
где o=g/R—коэффициент изменчивости прочности материала.
38
Коэффициент х принимают из условия удовлетворения обеспе-
ченности не менее 0,95.
Расчетное сопротивление материалов определяют для каж-
дого вида напряженного состояния делением соответствующего
нормативного сопротивления Rn на коэффициент надежности по
материалу ym> 1:
R=Rn/ym.
Коэффициент надежности по материалу учитывает снижение
прочности материала -в элементах реальных размеров, отличных
от размеров стандартных образцов.
Есть факторы, которые не учитывают непосредственно в рас-
четах и при назначении расчетных характеристик материалов, но
они способны повлиять на несущую способность или деформатив-
ность конструкций. Это воздействие солнечной радиации, попере-
менного замораживания и оттаивания, влажности и агрессивности
среды, длительности действия нагрузки, приближенности расчет-
ных схем и принятых расчетных предпосылок. Их влияние учиты-
вают коэффициентами условий работы.
Контрольные вопросы
1 . Каково содержание экономических и инженерных изысканий при разра-
ботке ТЭО или ТЭР?
2 . Какие вопросы рассматриваются при разработке ТЭО или ТЭР мостового
перехода?
3 Каково содержание проекта мостового перехода?
4 Каковы стадии проектирования мостового перехода и их содержание?
5 Каков поридок согласования и оценки проектной документации по мо-
стовому переходу?
6 Каковы габариты мостов на автомобильных дорогах и в городах н порядок
их назначения?
7 Какие факторы учитывают при обосновании размера пролета моста?
8 Какие нагрузки и воздействии принимают при проектировании мостов?
9 Какие группы предельных состояний принимают при расчете мостов?
10 . Какова методика формирования расчетных сопротивлений материалов,
используемых при проектировании мостов?
39
/
РАЗДЕЛ 1
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Глава 3
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСНОВАНИЯХ И ФУНДАМЕНТАХ
3.1. Классификация оснований и фундаментов
Основанием сооружения называют массив грунта, непо-
средственно воспринимающий нагрузки от сооружения.
Фундаментом называют подземную часть сооружения, пе-
редающую нагрузку от вышележащей конструкции на грунтовое
основание. Различают два основных вида фундаментов—мелкого
и глубокого заложения. При достаточной прочности верхних сло-
ев грунта применяют фундаменты мелкого заложения (рис. 3 I)
которые подразделяются на жесткие и гибкие. Практически нес-
гибаемые фундаменты, у которых развитие подошвы ограничива
ется углом 30° (рис. 3.1,а), называют жесткими Плита гибкого
фундамента (рис. 3.1,6) под действием давления тела опоры из-
гибается.
При недостаточной прочности верхних слоев грунта возведе
ние фундаментов мелкого заложения становится неэкономичным,
и опоры выполняют на фундаментах глубокого заложения, к ко-
торым относятся свайные (рис. 3.2,а, б), столбчатые
(рис 3 2, в) и массивные (рис. 3.2, г) в виде опускных колод-
цев и кессонов
Вид и размеры фундаментов зависят от конструкции тела
опоры, наличия соответствующих механизмов у строительной ор-
ганизации и конкретных грунтовых условий местности.
Г рун том называют горные породы, а также твердые отходы
производственной и хозяйственной деятельности человека, находя-
щиеся в пределах зоны выветривания земли и являющиеся объ-
ектом инженерно-строительной деятельности человека.
В соответствии с ГОСТ 25100—82 «Грунты. Классификация»
все грунты классифицируются: по характеру структурных связей
(классы), по происхождению (группы); по условиям образования
(подгруппы); по ^петрографическому и гранулометрическому со-
ставу, степени неоднородности и числу пластичности (тип); по
структуре, текстуре, составу связующего вещества, плотности сло-
жения, относительному содержанию и степени разложения орга-
нических веществ, по степени уплотнения от собственного веса
40
Рис 3 1. Схемы опор с фундамента-
ми мелкого заложения
1 — тело опоры, 2 — обрез фундамента, 3 —
фундамент, 4— подошва фундамента, 5 —
основание, 6 — несущий слой грунта, 7 —
подстилающий слой грунта
(/?с^5 МПа) и полускальные
(вид). Разновидности грунтов
характеризуются различными по-
казателями, установленными для
каждого класса, группы, подгруп-
пы, типа и вида.
ГОСТ 25100—82 разделяет все
грунты на два класса: грунты с
жесткими структурными связями
(класс скальных грунтов); грун-
ты без жестких структурных свя-
зей (класс нескальных грунтов).
В зависимости от предела
прочности на одноосное сжатие в
водонасыщенном состоянии Rc
скальные грунты естественного
или искусственного происхожде-
ния разделяются на скальные
(«<•<5 МПа).
Искусственные скальные породы могут быть получены закреп-
лением грунта в природном залегании различными методами: си-
ликатизацией, цементацией, смолизацией, термической обработкой
и др.
К классу нескальных относятся грунты: валунные, галечнико-
вые, гравийные, песчаные, пылеватые и глинистые (супеси, су-
глинки, глины), лёссовые, илы, биогенные (сапропеля, торфы)
почвы, искусственные (уплотненные, насыпные, намывные).
Валунными считают грунты с содержанием частиц крупнее
200 мм более 50%, галечниковыми — с частицами крупнее 10 мм
более 50%; гравийные — масса частиц крупнее 2 мм более 50%.
Пески относятся к группе обломочных несцементированных
Рис 3 2 Схемы опор с фундаментами глубокого заложения.
1 — тело опоры, 2 — плита ростверка, 3— подошва ростверка, 4 — сван, 5 — основание, 6 —
столбчатый фундамент, 7 — опускной колодец
41
Таблица 3.1
Тип (по гранулометриче- скому составу и массе частиц размером d) Вид (по плотности сложения) Разновидность (по степени влажности Sr)
Песок гравелистый (</>2 мм, >25%) Песок крупный (</>0,5 мм, >50%) Песок средней крупно- сти (</>0,25 мм, >50%) Плотные (е<0,55) Средней плотности (0,55 =<0,70) Рыхлые (е>0,70) Маловлажные (0<Sr«<0,5) Влажные (0,5< Sr =< 0,8); насы- щенные водой (0,8< <Sr-<l)
Песок мелкий (</>0,1 мм, >75%) Плотные (е<0,60) Средней плотности (0,60<е«0,75) Рыхлые (е>0,75) —
Песок пылеватый (</>0,1 мм, <75%) Плотные (е<0,60) Средней плотности (0,60 0,80) Рыхлые (е>0,80) —
грунтов, подгруппе —обломочных песчаных. Наиболее важные по-
казатели, характеризующие несущую способность песчаных грун-
тов, приведены в табл. 3.1.
Коэффициент пористости е (отношение объема пор к объему
твердой фазы грунта) и степень влажности Sr (отношение объема
пор, заполненных водой, к полному объему пор) определяют по
формулам:
У,—Yd УЛ1 + Ю—V
е =-----=------------
Yd V
S„ = -^,
eyw
(3.1)
(3 2)
где у—удельный вес грунта, кН/м3, равный р-9,81; р—плотность грунта, т/м3
(при отсутствии лабораторных данных разрешается принимать без учета взвеши-
вающего действия воды у— (1,954-2,0)9,81 = 19,134-19,62 кН/м3); у„—удельный
у
вес материала частиц грунта, кН/м3; уа = , w —удельный вес сухого грунта
у — у j
(скелета грунта), кН/м3; yw = l-9,81 — удельный вес воды, кН/м3; W = —
весовая влажность грунта.
42
Помимо данных, приведенных в табл. 3.1, пески характеризу-
ются однородностью, содержанием органических веществ, сте-
пенью засоленности, температурой, льдистостью и степенью це-
ментации льдом.
Пылеватыми и глинистыми называют грунты, обладающие пла-
стичностью и содержащие более 3% (по массе), мельчайших ча-
стиц чешуйчатой формы размером до 0,005 мм (глинистые части-
цы). При замачивании глинистых грунтов пленки связной воды
вокруг глинистых частиц утолщаются, расстояние между части-
цами увеличивается, грунт набухает и переходит из твердого со-
стояния в пластичное и далее в текучее. Переходы грунта из од-
ного состояния в другое сопровождаются резкими уменьшениями
несущей способности. При высыхании происходит обратное яв-
ление.
Учитывая особое значение количества влаги в различных ти-
пах глинистых грунтов, в строительной практике принято харак-
теризовать их по числу пластичности /р, указывающему, какое
количество воды необходимо для перехода грунта из пластичного
состояния в текучее.
Число пластичности /р определяют как разность влажностей,
соответствующих двум состояниям грунта: на границе текучести
WL и границе раскатывания (пластичности) Wp:
JP = ^L-WP- <3 3)
Для определения состояния грунта в природном залегании
используют показатель текучести 1L, определяемый по формуле
Основные характеристики глинистых грунтов (супесей, суглин-
ков, глин) приведены в табл. 3.2.
К глинистым грунтам относятся и лёссы — макропористые
грунты, у которых поры видны невооруженным глазом. Лёссы —
пылевато-глинистые грунты, содержащие более 50% (по массе)
пылеватых (размером 0,05—0,005 мм) частиц, легко и среднера-
створимые соли и карбонаты кальция. В сухом состоянии лёссо-
вые грунты держат вертикальный откос и выдерживают нагрузку
до 0,1—0,3 МПа. При замачивании водой лёссовые грунты теряют
свои прочностные характеристики, так как коренным образом
меняется их структура.
В зависимости от структуры глинистые грунты могут быть
просадочными и набухающими.
Просадочные грунты под действием внешней нагрузки или
собственного веса при замачивании дают просадку и характери-
зуются относительной просадочностью e«i (отношение уменьшения
высоты замоченного образца грунта при давлении, ожидаемом
43
Таблица 3.2
Тип (наименование по числу пластичности 1р, %) Внд (наименование по на- личию включений размером d, мм, и содер- жанию крупных частиц, %) Разновидность (по конси- стенции, характеризуемой показателем текучести 11)
Супеси 1^7Р^7 С галькой (щебнем) или гравием (дресвой) (d>2 мм, 15—25%) Супеси: твердые (7ь<0) пластичные (0^/ь^ 1) текучие (/ь>1)
Суглинки 7 < / р 17 Галечниковые (щебе- Суглинки и глины:
Глины 1р>\7 нистые) или гравели- стые (дресвяные) (d>2 мм, 26—50%) твердые (/ь<0) полутвердые (0^/ь<0,25) тугопластичные (0,25</ь<0,50) мягкопластичные (0,50</1.^0,75) текучепластичные (0,75</ь^1,00) текучие (/ь>1,00)
после возведения сооружения, к высоте образца грунта с природ-
ными влажностью и давлением). При е5;<0,01 грунты считают
непросадочными, при Esz>0,01— просадочными.
Наибольшая просадочность наблюдается у макропористых
(лёссовых) грунтов, которые разделяются на два вида:
низкопористые (е^0,8) и высокопористые (е>0,8).
В зависимости от возможности проявления просадки грунтов
от собственного веса просадочные, в основном лёссовые грунты
подразделяются на два типа:
I — возможна просадка от внешней нагрузки, а просадка грун-
тов от собственного веса отсутствует или не превышает 5 см;
II — помимо просадки грунтов от внешней нагрузки просадка
от собственного веса превышает 5 см.
Лёссовые грунты расположены во многих районах нашей стра-
ны: на Украине, в южных районах РСФСР, в республиках Сред-
ней Азии. Проектирование и строительство сооружений на проса-
дочных грунтах осуществляют с учетом конкретных условий:
заменяют просадочные грунты; ликвидируют природную макропо-
ристую структуру (трамбование, предварительное замачивание
и др.); применяют сваи или другие виды фундаментов глубокого
заложения с опиранием на подстилающие грунты; используют
специальные методы закрепления структуры грунтов (силикати-
зацию, обжиг и др.). Принимают меры по недопущению попада-
ния влаги под фундаменты сооружений.
К набухающим относятся грунты, которые при замачивании
увеличиваются в объеме и при этом характеризуются относитель-
ным набуханием esw без возможности бокового расширения (отно-
44
шение увеличения высоты замоченного образца к его начальной
высоте при естественной влажности). В зависимости от значения
Ssw грунты разделяют на ненабухающие (eSw<0,04), слабонабу-
хающие (0,04^eSw^0,08), средненабухающие (0,08<eSw^0,12)
и сильнонабухающие (esw>0,12).
Все глинистые грунты могут быть набухающими, но со строи-
тельной точки зрения к набухающим относятся монтморрилонито-
вые, иллитовые, каолинитовые и другие глины, у которых при за-
мачивании возникают большие силы набухания, стремящиеся вы-
давить опору вверх. Неравномерность набухания и усадки грун-
тов приводит к большим и неравномерным деформациям соору-
жений.
К глинистым грунтам относятся также илы, которые подраз-
деляются на три вида: супесчаные (е^0,9), суглинистые (е^ 1,0),
глинистые (е^ 1,5). Как правило, илистые грунты не используют
в качестве оснований.
В группе осадочных несцементированных грунтов отдельными
подгруппами классифицируются биогенные грунты (сапропели за-
торфованные, торфы) и почвы, которые, как и илы, практически
не используются в качестве оснований.
Кроме вышеперечисленных показателей, песчаные и глинистые
грунты характеризуются относительным содержанием органиче-
ских веществ, степенью засоленности, температурой и льди-
стостью, степенью цементации льдом. По степени цементации
льдом при отрицательных температурах все виды осадочных не-
сцементированных грунтов подразделяются на твердомерзлые,
пластичномерзлые и сыпучемерзлые.
Твердомерзлым считают грунт, прочно сцементированный
льдом и характеризуемый относительно хрупким разрушением и
практической несжимаемостью под действием нагрузок от соору-
жений.
Пластичномерзлый — грунт, сцементированный льдом, но об-
ладающий вязкими свойствами и характеризуемый сжимаемостью
под действием нагрузок от сооружений.
К сыпучемерзлым относятся сухие песчаные и крупнообломоч-
ные грунты.
Вечномерзлым считается грунт, который в условиях природно-
го залегания находится в мерзлом состоянии (температура отри-
цательная и содержит лед) непрерывно в течение трех лет и
более.
Отдельной группой установлены искусственные грунты, под-
группы которых следующие: уплотненные в природном залегании,
насыпные, намывные грунты.
Большое разнообразие грунтов, иногда даже в пределах одной
строительной площадки, требует индивидуального подхода к про-
ектированию фундаментов любого сооружения, в том числе и
мостов.
45
Для проектирования сооружений необходимо знать геологи-
ческие и гидрогеологические условия залегания грунтов, их свой-
ства в природном состоянии, возможные изменения характери-
стик под воздействием нагрузок от сооружения в процессе эксплу-
атации, в том числе и при изменении режима грунтовых и поверх-
ностных вод вследствие хозяйственной деятельности человека
(строительство водохранилищ, осушение болот и др.).
Так как практически несжимаемыми могут быть только скаль-
ные грунты, а все остальные виды оснований деформируются под
действием нагрузок и, следовательно, вызывают деформации над-
фундаментной части сооружения (осадки, крены, сдвши), к осно-
ваниям любого фундамента предъявляются требования: достаточ-
ная прочность, сжимаемость грунтов в пределах, допустимых длт
нормальной эксплуатации сооружения в целом или отдельны?
его элементов; устойчивость против вымывания или выщелачи-
вания.
Критерии прочности, устойчивости и деформативности основа-
ний и фундаментов устанавливают исходя из условий обеспеченит
заданного режима технологического процесса, для которого пред-
назначено сооружение. Мост, путепровод или другое транспортное
сооружение являются элементами дороги и, следовательно, долж-
ны обеспечивать нормальное движение — комфортабельность про-
езда при определенной скорости для обычных транспортны?
средств, несущую способность — для транспортных средств боль
шой грузоподъемности.
В качестве оснований желательно использовать грунты скаль-
ные, крупнообломочные, гравелистые плотные пески, глинистьк
твердой и полутвердой консистенции.
3.2. Предельные состояния оснований.
Определение нормативных и расчетных сопротивлений
Основания и фундаменты мостов и труб рассчитывают пс
двум группам предельных состояний.
Первая группа-—расчет по потере несущей способности вклю-
чает проверку прочности основания и устойчивости фундамен
тов против опрокидывания и сдвига. Вторая группа по непригод-
ности к нормальной эксплуатации включает расчеты деформаций
оснований (осадки, крены, горизонтальные смещения) и железо
бетонных фундаментов по образованию и раскрытию трещин.
Необходимость расчетов деформаций оснований вызвана тем
что различные типы мостов, опирающихся на фундаменты, допу-
скают различные осадки, позволяющие нормально эксплуатиро
вать сооружение. Например, для статически неопределимых систем
(неразрезных балочных, рамных, арочных) неравномерные осади
опор могут вызвать недопустимые дополнительные усилия, а I
46
Рис 3 3. Деформации грунтов
/ — песчаных 2 —глинистых
разрезных пролетных строениях
разные по значению осадки смеж-
ных опор могут привести к таким
переломам проезжей части, при
которых будет затруднен нор-
мальный проезд автотранспорт-
ных средств.
Несущая способность основа-
ний зависит от многих факторов:
типа и состояния грунта, вида и
глубины заложения фундамента,
характера и значения приложен-
ной нагрузки к фундаменту и др.
На рис. 3.3 приведены графи-
ки развития деформаций песча-
ных и глинистых грунтов при вдавливании в них жесткого штам-
па, имеющего небольшое относительное заглубление /i/ft^0,5, где
h и b — глубина заложения и ширина подошвы фундамента. На-
гружение штампа производят ступенями, фиксируя осадки после
их затухания при каждой ступени нагружения. В зависимости от
возрастания нагрузки р изменение деформаций грунтов s под же-
стким штампом (фундаментом) неглубокого заложения харак-
теризуется тремя фазами, которые были названы Н. М. Герсева-
новым фазами уплотнения, сдвигов и выпирания (или значитель-
ных сдвигов для глубоких фундаментов) грунта.
В первой фазе уплотнения песчаного грунта (рис. 3.3, кри-
вая 1) при нарастании давления от 0 до р( деформации основа-
ния, обусловленные уменьшением размера пор, невелики н рост
осадок близок к линейному закону. Это позволяет рассматривать
грунт в первой фазе нагружения как линейно деформируемую
среду, характерную тем, что касательные напряжения т для всех
площадок, проходящих через любые точки основания, меньше со-
противлений сдвигу между частицами:
т < a tg <р,, (3.5)
где а — нормальное к элементарной площадке сжимающее напряжение;
tg <pi — коэффициент внутреннего трения грунта (<pi—угол внутреннего
трения)
При возрастании нагрузки p>Pi под краями жесткого штам-
па возникают сдвиги, частицы грунта начинают перемещаться не
только по вертикали, но и по горизонтали. С этого момента
начинается вторая фаза деформаций. По мере увеличения нагруз-
ки сдвиги захватывают все большие области, которые называются
областями предельного равновесия (области 1 на рис. 3.4). Пре-
дельное равновесие соответствует состоянию, при котором каса-
тельные напряжения на элементарных площадках нагруженного
основания становятся равными сопротивлению сдвига грунта:
т=а tg <pj. (3 6)
47
Непосредственно под штампом начинает формироваться уплот-
ненное ядро грунта (область 2 на рис. 3.4), в пределах которого
сдвиги не происходят. Во второй фазе осадки фундамента резко
возрастают и становятся не пропорциональными давлению р.
При дальнейшем увеличении нагрузки до pz заканчивается
формирование уплотненного ядра в форме клина и наступает
третья фаза. Уплотненное ядро и штамп перемещают грунт осно-
вания по поверхностям скольжения (рис. 3.4, в) в стороны и
( вверх. Происходит сдвиг значительных объемов грунта и выпира-
ние его на поверхность. Несущая способность грунта исчерпы-
вается.
1 Давление по подошве фундамента р2. соответствующее нача-
лу третьей фазы деформации, называют предельным.
Давление от сооружения на грунт всегда должно быть меньше
/ь. Необходимо соблюдение условия
P^R— (3 7)
Yn
где R — обобщенная характеристика несущей способности грунта, называемая
расчетным сопротивлением грунта и определяемая по указаниям нормативных
документов, ус— коэффициент условий работы, определяемый по указаниям
СНиП 2 05 03-84 «Мосты и трубы» в зависимости от вида грунта н сочетаний
действующих нагрузок, уп — коэффициент надежности по назначению сооруже-
ния, принимаемый для фундаментов опор мостов равным 1,4
Фундаменты более глубокого заложения с относительным за-
глублением hlb> (1,54-2,0) не вызывают выпирания грунта. Уве-
личение осадки во второй и третьей фазах (фазах значительных
сдвигов) и потеря несущей способности грунта происходят в ре-
зультате взаимодействия областей сдвига с окружающим их грун-
том, который при этом уплотняется.
При значительном относительном заглублении фундамента
hfb> (34-4) потеря несущей способности грунта не наблюдается
благодаря значительной подавляющей пригрузке верхними слоя-
Рис 3 4 Схемы потери устойчивости песчаных оснований при различной относи-
тельной глубине заложения фундамента h/b-
и, б, в — мелкого заложения, г — глубокого заложения, / — поверхности сдвига; 2— уплот
пенное ядро, 3 — видимые поверхности деформации (выпора) грунта, 4 — зона уплотнения
48
ми, препятствующими развитию
опасных для потери несущей спо-
собности областей предельного
равновесия. Во многих случаях
такие фундаменты можно рассчи-
тывать только по второй группе
предельных состояний, т. е. опре-
делять возможные деформации.
В глинистых грунтах зависи-
мость нагрузка—деформация но-
сит более спокойный характер
(см. рис 3 3, кривая 2), харак-
терные точки разделения фаз вы-
делить сложнее, чем в песчаных
грунтах.
Несущая способность глини-
стого основания (сопротивление
сдвигу) обеспечивается не только
и за счет сцепления ct:
Рис 3 5 Компрессионная кривая
за счет внутреннего трения, но
T = atgq>j 4~с,
(3.8)
Для расчетов оснований по первой и второй группам предель-
ных состояний необходимо знать физико-механические характери-
стики грунтов площадки строительства.
В лабораторных условиях исследуют образцы грунтов,' взятых
из шурфов или скважин. На основании обработки лабораторных
испытаний определяют основные физические показатели i рану-
лометрический состав, удельный вес грунта у, удельный вес ма-
териала частиц грунта ys, удельный вес сухого грунта (скелета
грунта) уа, коэффициент пористости е, степень влажности Sr,
весовую влажность грунта W, число пластичности 1Р, показатель
текучести Л. и др. Формулы для определения этих показателей
приведены в § 3.1. Одновременно определяют механические харак-
теристики грунтов — угол внутреннего трения ср, удельное сцепле-
ние с, предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов
Дс, коэффициент сжимаемости а, коэффициент относительной сжи-
маемости По, модуль общей деформации Е, коэффициент бокового
расширения грунта v.
Деформативные свойства грунтов в лабораторных условиях
исследуют в приборах компрессионного сжатия (одометры и ста-
билометры), устанавливая зависимость коэффициента пористо-
сти е от давления р на грунт. По компрессионной кривой (рис 3.5)
находят структурную прочность рСтр—прочность жестких связей
между частицами грунта; коэффициент сжимаемости
е1 — ег
Pt—Pi
(3.9)
49
Рис 3.6. Схемы испытаний грунтов
штампами:
а — в шурфах, б — в скважинах; / — над
домкратная (упорная) балка, 2 — домкрат,
3 — штамп, “/—анкерные сваи; 5 — обсад
ная труба
маем, при п^0,1 МПа”1 грунт
при а«1 МПа”1 грунт очень с
и коэффициент относительной
сжимаемости
a S
до = ——, (3.10)
I + е пр
где S — осадка испытываемого грунта,
h — высота образца’ р—давление, со-
ответствующее осадке 5.
Коэффициент сжимаемости
позволяет судить о возможности
использования грунта в основа-
нии сооружения. Так, при
а^0,01 МПа”1 грунт малосжи
относится к средней сжимаемости,
сжимаем и как естественное
основание непригоден.
Определяют коэффициент р, зависящий от коэффициента бо-
кового расширения грунта v:
2v2
1 —v
и модуль общей деформации грунта
£ = Р/а0,
(3.11)
В полевых условиях деформативность грунта определяют ис-
пытаниями штампами, которые дают наиболее достоверные и от-
вечающие условиям работы реальных фундаментов значения
модуля общей деформации. Недостатками штамповых испытаний
грунтов являются — большая стоимость, длительность и трудоем-
кость работ. В шурфах (рис. 3.6, а) испытания проводят стан-
дартными жесткими штампами площадью 5000 см2 и 10 000 см2,
а в скважинах (рис. 3.6, б) —площадью 600 см2. Нагружая штамп
статической нагрузкой, замеряют осадки на каждой ступени нагру-
жения. По данным испытаний строят график зависимости осадок S
от давлений на подошву штампа (см. рис. 3.3). По прямолиней-
ному или близкому к прямолинейному участку графика определяют
по формуле Шлейхера модуль общей деформации грунта:
Е = со(1— v2) , (3.12)
О
где <о—коэффициент; для прямоугольного штампа со = 0,88; для круглого
<о = О,785; -0=0,14-0,25 — коэффициент бокового расширения грунта; р — давление
иа подошву штампа, МПа; b — ширина (диаметр) штампа, см; S — осадка
штампа, см.
50
Значения модуля общей деформации, полученного штамповым
методом, обычно больше вычисленного по компрессионным испы-
таниям Для перехода от лабораторных испытаний к штамповым
используют поправочные коэффициенты
По указаниям СНиП 2 02 01-83 «Основания зданий и соору-
жений» расчетные X и нормативные Хп значения физико-механи-
ческих характеристик каждого грунта определяют на основании
статистической обработки результатов испытаний по формуле
X=Xn/Vg, (3.13)
где у« —коэффициент надежности по гранту, учитывающий разброс резуль-
татов испытаний, количество образцов и доверительных вероятностей а
Для мостов и труб СНиП 2 02 01-83 установлены значения до-
верительных вероятностей при расчете оснований по первой груп-
пе предельных состояний (по несущей способности) а = 0,98, по
второй группе (по деформациям) а=0,9
Так как коэффициенты надежности по грунту различны для
расчетов по первой ygi и второй ygn группам предельных состоя-
ний, неодинаковыми будут и расчетные значения физико-механи-
ческих характеристик при расчетах по несущей способности
Л| = Xn/\gi, по деформациям Xu~Xn/\gii Соответственно обозна-
чают расчетные характеристики грунтов Например, угол внутрен-
него трения ср, удельный вес у, модуль общей деформации Е при
расчетах по первой группе предельных состояний обозначают
фь уь Ei, по второй группе — фп, у'п, Дп
Полученные расчетные характеристикии используют дтя опре-
деления расчетных сопротивлений оснований из нескальных грун-
тов осевому сжатию R под подошвой фундаментов мелкого зало-
жения или фундамента из опускного колодца по формуле
/?-1,7{/?0[1+й1(&-2)]+/г2у1(й-3)}. (3 14)
где /?о — условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое для глинистых,
песчаных и крупиообломочных грунтов соответственно по табл 3 3—3 5, к, -
коэффициенты, принимаемые по табл 3 6, b — ширина (меньшая сторона или
диаметр) подошвы фундамента, м, при ширине более 6 м & принимают 6 м, d —
глубина заложения фундамента, м, принимаемая для промежуточных опор от
поверхности грунта с учетом срезки в русле рек — от дна водотока с учетом об-
щего и половины местного размыва, для обсыпных устоев от условной поверхно-
сти, равной естественной поверхности грунта плюс половина высоты конуса на-
сыпи у передней грани фундамента, для труб замкнутого контура — от условной
поверхности, равной естественной поверхности грунта плюс половина минималь-
ной высоты насыпи, v —осредиенное по слоям расчетное значение удельною ве-
са грунта, расположеииого выше подошвы фундамента, вычисляемое без учета
взвешивающего действия воды, кН/м3,
v — _ Уцл1 т 712^2+ . ,3 ]5,
I Х/т, Л1-т-й24- -\-hn
Y«> Yi> и h, — удельные веса и мощности каждого слоя грунта выше подош-
вы фундамента, разрешается принимать yi= 19,62 кН/м3
51
Таблица 33
Грунты Коэффи- циент пористости е Условное сопротивление Ro пылевато-глинистых (непросаДочных) грунтов основания, кПа, в зависимости от показателя текучести /д, равного
° 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Супеси при 7Р < 5 0,5 343 294 245 196 147 98
0,7 294 245 196 147 98 — —
Суглинки при 0,5 392 343 294 245 196 147 98
10 < /р < 15 0,7 343 294 245 196 147 98
1,0 294 245 196 147 98 — —
Глины при 1р 20 0,5 588 441 343 294 245 196 147
0,6 490 343 294 245 196 147 98
0,8 392 294 245 196 147 98 —
1,1 294 245 196 147 98 — —
Примечания 1 Для промежуточных значений II, е, Rq определяют интерполя-
цией
2 При значениях числа пластичности 1р в пределах 5—10 и 15—20 следует принимать
средние значения До, приведенные в табл 3 3 соответственно для супесей, суглинков и
глин
На местности, постоянно покрытой водой, расчетные сопротив-
ления глин и суглинков, вычисляемые по формуле (3.14), следует
повышать на 14,7 dw кПа, где dw— глубина воды, м, от ее наиниз-
шего уровня до дна водотока с учетом общего и половины мест-
ного размыва.
Таблица 34
Песчаные грунты я ях влажность Условное сопротивле- ние песчаных грунтов средней плотности в основа ниях, кПа Песчаные грунты и их влажность Условное сопротивле ние Яо песчаных грунтов средней плотности в основа- ниях кПа
Гравелистые и круп- ные независимо от их влажности Средней крупности маловлажные 343 294 Мелкие: маловлажные влажные и насы щенные водой Пылеватые 196 147
влажные и насы- щенные водой 245 маловлажные влажные Насыщенные водой 196 147 98
Примечание Для плотных песков приведенные значения следует увеличивать
на 100%, если их плотность определена статическим зондированием, и на 60%, если их
плотность определена по результатам лабораторных испытаний грунтов.
52
Таблица 35
Грунт Условное сопротив ление Rq крупнообло мочиых грунтов в основа ниях, кПа Грунты Условное сопротив ление Ro крупнообло м очных грунтов в основа ниях, кПа
Галечниковый (щебе- нистый) из обломков пород- кристаллических осадочных 1470 980 Гравийный (дресвя ный) из обломков по род кристаллических осадочных 785 490
Примечание Ro даны для крупнообломочиых грунтов с песчаным заполнителем
Если в крупнообломочном грунте содержится свыше 40% глинистого заполнителя, то зна-
чения Ro для такого грунта должны приниматься по табл 3 3 в зависимости от Ip, h и
е заполнителя
Для твердых супесей, суглинков и глин (iL<0) условное сопро-
тивление Ro следует определять по формуле
/?0=1 5/?пе, (3 16)
где 7?„с—предел прочности на одноосное сжатие образцов глинистого грун-
та природной влажности, но не более для супесей 7?О^981 кПа, для суглинков
1962 кПа, для глин 7?osT2943 кПа
Расчетное сопротивление осевому сжатию оснований из невы-
ветрелых скальных грунтов
= (3 17)
где R, — предел прочности на одноосное сжатие образцов скального грунта,
кПа, —коэффициент надежности по грунту, равный 1,4
Для оснований из слабовыветрелых, выветрелых и сильновы-
ветрелых скальных грунтов Ro определяют по результатам испыта-
ний грунтов штампами. При отсутствии данных статических испы-
таний грунтов штампами допускается принимать
Таблица 36
Грунт м-' *2
Гравий, галька, песок гравелистый 0,10 3,0
крупный и средней крупности Песок мелкий 0,08 2,5
Песок пылеватый, супесь 0,06 2,0
Суглинок и глина твердые и полу- 0,04 2,0
твердые Суглинок и глина тугопластичные и 0,02 1,5
мягкопластичные
53
для слабовыветрелых скальных грунтов
„ z. Re 0,6
/? = 0,6——— Rc « 0,43 7?,.;
Y?i 1 ,4
для вывегрелых скальных грунтов
Rc 0,3
/? = 0,3 —— = —/?с« о,21 /?с;
TrgI 1,4
(3.17а)
(3.176)
для сильновыветрелых скальных грунтов — по формуле (3.14)
и табл. 3.5, как для крупнообломочных грунтов.
3.3. Определение перемещений фундаментов
Все виды транспортных сооружений должны быть запроектиро-
ваны и построены 1аким образом, чтобы во время эксплуатации
они обеспечивали плавность движения транспортных средств по
проезжей части. На плавность проезда по проезжей части могут
влиять как вертикальные упругие прогибы пролетных строений,
так и вертикальные и горизонтальные перемещения верха опор, ко-
торые могут быть от деформаций опорных частей, опор, фундамен-
тов и их оснований.
Как правило, наибольшую часть перемещений опор составляют
деформации оснований, представляющие собой:
осадки — вертикальные деформации, происходящие из-за уп-
лотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и не сопро-
вождающиеся коренным изменением структуры грунта;
просадки — деформации в результате уплотнения и корен-
ного изменения структуры грунта под воздействием как внешних
нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных фак-
торов: замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых про-
слоек в замерзшем грунте и др.;
подъем и осадки — деформации, вызванные изменением
объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воз-
действии химических веществ (набухание и усадка), и при замер-
зании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение
и оттаивание грунта);
оседания — деформации земной поверхности, вызванные
разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологиче-
ских условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффо-
зионными процессами;
горизонтальные перемещения — деформации, свя-
занные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фун-
даменты распорных систем, подпорные стены) или со значитель-
ными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях,
просадках грунтов от собственного веса и других нагрузок.
54
Рис 3 7 Схема деформаций проезжей части моста с неразрезными пролетными
строениями из-за неравномерной осадки оснований фундаментов опор
Проектирование фундаментов мостов на просадочных террито-
риях, в условиях вечной мерзлоты и других особых условиях вы-
полняют с соблюдением требований специальных глав Строитель-
ных норм и правил.
Так как все виды деформаций оснований фундаментов влияют
на работу сооружения в целом (рис. 3.7), расчет следует произво-
дить из условия совместной работы сооружения и основания. В за-
висимости от требований, обеспечивающих плавный проезд по
сооружению, расчетом определяют одну или несколько характери-
стик деформаций: S— осадка основания отдельного фундамента;
A.S/S — относительная неравномерность осадок двух фундаментов;
i—крен фундамента; U — горизонтальное перемещение верха
опоры.
Осадки и горизонтальные перемещения верха опор необходимо
учитывать при расчете внешне статически неопределимых систем,
при назначении конструкций опорных частей и деформационных
швов.
Величины деформаций фундаментов должны быть меньше пре-
дельно допустимых для данного сооружения
S<SU. (3.18)
Для автодорожных мостов СНиП 2.05.03-84 нормируют пре-
дельные значения разности осадок соседних опор AS (см. рис. 3.7),
которые не должны вызывать дополнительный перелом проезжей
части больше 2%0.
Применительно к разрезным пролетным строениям, без учета
деформаций тела опор и опорных частей, условие Строительных
норм и правил может быть представлено схемой (рис. 3.8) и запи-
сано в виде:
tg a^+tg <0,002;
Z<2 Z-i L2
55
AS[ *d's'
L-_ i'-. i£__ н
Рис 3 8 Схема переломов проезжей
части моста из-за разности осадок
смежных опор
Наблюдениями за деформа-
циями сооружений установлено,
что в гравелистых и крупнозер-
нистых песчаных грунтах любой
влажности осадки фундаментов
проходят быстро, так как сопро-
тивление выдавливанию воды и
воздуха из пор в этих грунтах не-
значительно. В глинах из-за ма-
лого размера пор выдавливание
воды из порового пространства проходит длительно и скорость
осадки в основном зависит от фильтрационной способности грун-
тов. Деформации таких оснований нарастают медленно и в неко-
торых случаях длятся годами и десятилетиями.
До постройки сооружения вся толща грунта находится в со-
стоянии равновесия, так как под действием природного быговиги
давления, вызванного весом вышележащих слоев, каждый пласт
грунта за геологически длительный период времени уплотнился
настолько, что не претерпевает никаких деформаций. Построенное
сооружение вызывает увеличение давления на грунт под подошвой
фундамента, нарушая равновесное состояние грунта. Когда возни-
кает дополнительное (к природному) давление, грунт уплотняет-
ся, дает осадку Вместе с грунтом оседает фундамент и стоящее
на нем сооружение.
Сооружения получают наибольшие деформации при полном
развитии осадок в конце срока их стабилизации. Строитель-
ные нормы и правила ограничивают именно эти значения осадок,
называемые конечными (стабилизированными) или просто осад-
ками.
В СССР разработан ряд методов расчета осадок с использова-
нием различных схем, основанных главным образом на линейной
зависимости между деформациями и напряжениями. Теоретиче-
ские их основы изла1аются в механике грунтов. СНиП 2.02.01-83
рекомендуют два из них с расчетными схемами в виде'
линейно-деформируемого полупространства с условным огра-
ничением глубины сжимаемой толщи основания исходя из соотно-
шения значений дополнительного (уплотняющего) давления от
фундамента (по вертикали, проходящей через центр фундамента)
и бытового (природного) давления на той же глубине;
линейно-деформируемого слоя конечной толщины при соблюде-
нии одного из условий
а) в пределах сжимаемой толщи основания Нс, определяемой
как для линейно-деформируемого полупространства, залегает
грунт с модулем деформации £^100 МПа:
б) ширина или диаметр подошвы фундамента 6^10 м и мо-
дуль деформации грунтов основание £^10 МПа.
56
Так как в мостах в основном применяют узкие опоры с площа-
дью подошвы фундамента менее 100 м2, расчет осадок выполняют
по схеме линейно-деформируемого полупространства путем сумми-
рования осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи ос-
нования
Бытовыми называют давления от собственного веса грунта в
природном залегании при неизменных гидрогеологических услови-
ях в течение очень длительного периода времени На рис 3.9 пока-
зана схема построения эпюры бытовых давлений для однородного
грунта каждая абсцисса эпюры р& отражает давление столба грун-
та на глубине Л,
На рис 3 10 показана эпюра бытовых давлений для разнород-
ных слоев грунта. На уровне подошвы первого слоя бытовое дав-
ление
Yin Л1
, (а .ну
где уш — удельный вес первого слоя грунта, кН/м3, Л( — мощность (толщи-
на) первого слоя, м
Бытовое давление на уровне подошвы /-го слоя
Viu hi
Р& =-г _ (3 20)
У , о 1
При наличии грунтовых вод или на местности, покрытой водой,
для всех водопроницаемых слоев грунта, расположенных ниже
уровня воды, необходимо учитывать взвешивающее действие воды,
уменьшающее бытовое давление. Удельный вес грунта с учетом
взвешивающего действия воды
"Vllu!
Рис 3 9 Схема для построения эпю
РЫ бытовых давлений грунта
Рис 3 10 Схема расчета осадок фун
Дамента методом послойного сумми
Роваиия
(3 21)
57
где у,—удельный вес материала частиц грунта, кН/м3, yw—удельный вес
воды, равный 10 кН/м3; ей — коэффициент пористости для расчета ло второй
группе предельных состояний,
1 гО.ООПГ
(3 22)
W — весовая влажность в долях единицы, % (И7=100%).
Если на глубине залегает водоупорный (водонепроницаемый)
слой грунта, то давление на его кровле скачкообразно возрастает
на величину гидростатического давления воды. К водонепроницае-
мым грунтам относятся суглинки и глины при 7l<0,25.
После возведения сооружения давление на грунт под подошвой
фундамента р0 становится больше бытового (природного), появля-
ется дополнительное (уплотняющее) давление (см. рис. 3.10)
Рдп = Ро — Рбп.> (3 23)
где po=Nn/A — среднее давление на грунт под подошвой фундамента от
всех вертикальных нагрузок, вычисленных по правилам для расчета по второй
группе предельных состояний. А—площадь опирания фундамента, реп—быто-
вое давление иа уровне подошвы фундамента
Если часть тела опоры и фундамент находятся в воде, необхо-
димо вычислить нагрузку с учетом взвешивающего действия
воды.
Так как грунт, залегающий под подошвой фундамента, вовле-
кает в работу примыкающие зоны, давление рап с глубиной умень-
шается (рассеивается) и на расстоянии z от центра подошвы фун-
тамента определяется формулой
Рдг = «Рдп. (3 24)
где а — коэффициент рассеивания дополнительного давления, принимаемый
по табл 3 7 в зависимости от отношения глубины к диаметру круглого или
меньшей стороне прямоугольного фундамента
Для точек, расположенных на различных глубинах z под цент-
ром подошвы фундамента, строят эпюру дополнительных давле-
ний, откладывая значения (как и для бытовых давлений) вправо
от осевой линии (см. рис. 3.10). Дополнительные давления опре-
деляют для всех границ раздела различных слоев грунта, а внут-
ри каждого слоя — для более тонких слоев й,, высота которых
должна быть не более 0,4 ширины фундамента в плане.
Нижняя граница сжимаемой толщи грунта (активная зона),
в пределах которой происходят эффективные осадки для большин-
ства типов грунтов, находится на глубине, где выполняется усло-
вие
Рд-0,2М (3.25)
Ниже этой границы, как правило, дополнительные давления не
превышают структурной прочности грунтов и, следовательно, осад-
ки практически не происходят.
58
Таблица 37
Коэффициент а
zl О для прямоугольного в плане фундамента в завнснмости от отношения сторон его подошвы а b
b для кр; в плане дамент< I 1 ,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,4 2,8 3,2 4 5 10 и более
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
0 1 ,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1 ,000
0,2 0,949 0,960 0,968 0,972 0,974 0,975 0,97b 0,976 0,977 0,977 0,077 0,977 0,977
0,4 0,756 0,800 0,830 0,848 0,859 0,866 0,870 0,875 0,972 0,879 0,880 0,881 0,881
0,6 0,547 0,606 0,651 0,682 0,703 0,717 0,727 0,757 0,746 0,749 0,753 0,754 0,755
0,8 0,390 0,449 0,496 0,532 0,558 0,578 0,593 0,612 0,623 0,630 0,636 0,639 0,642
1,0 0,285 0,334 0,378 0,414 0,441 0,463 0,482 0,505 0,520 0,529 0,540 0,545 0,550
1 ,2 0,214 0,257 0,294 0,325 0,352 0,374 0,392 0 419 0,437 0,449 0,462 0,470 0,477
1,4 0,165 0,201 0,232 0,260 0,284 0,304 0,321 0,350 0,369 0,383 0,400 0,410 0,420
1,6 0,130 0,160 0,187 0,210 0,232 0,251 0,267 0,294 0,314 0,329 0,348 0,360 0,374
1,8 0,106 0,130 0,153 0,173 0,192 0,209 0,224 0,250 0,270 0,285 0,305 0,320 0,337
2,0 0,087 0,108 0,127 0,145 0,161 0,176 0,189 0,214 0,233 0,241 0,270 0,285 0,304
2,2 0,073 0,090 0,107 0,122 0,137 0,150 0,163 0,185 0,208 0,218 0,239 0,256 0,280
2,4 0,062 0,077 0,092 0,105 0,118 0,130 0,141 0,161 0,178 0 192 0,213 0,230 0,258
2,6 0,053 0,066 0,079 0,091 0,102 0,112 0,123 0,141 0,157 0,170 0,191 0,208 0,239
2,8 0,046 0,058 0,069 0,079 0,089 0,099 0,108 0,124 0,139 0,152 0,172 0,189 0,228
3,0 0,040 0,051 0,060 0,070 0,078 0,087 0,095 0,110 0,124 0,136 0.155 0,172 0,208
3,2 0,036 0,045 0,053 0,062 0,070 0,077 0,085 0,098 0,111 0,122 0,141 0,158 0,190
3,4 0,032 0,040 0,048 0,055 0,062 0,069 0,076 0,088 0,100 0,110 0,128 0,144 0,184
3,6 0,028 0,036 0,042 0,049 0,056 0,062 0,068 0,080 0,090 0,100 0,117 0,133 0,175
3,8 0,024 0,032 0,038 0,044 0,050 0,056 0,062 0,072 0,082 0,091 0,107 0,123 0,166
4,0 0,022 0,029 0,035 9,040 0,046 0,051 0,056 0,066 0,075 0,084 0,095 0,113 0,158
4,2 0,021 0,026 0,031 0,037 0,042 0,048 0,051 0,060 0,069 0,077 0,091 0,105 0,150
4,4 0,019 0,024 0,029 0,034 0,038 0,042 0,047 0,055 0,063 0,070 0,084 0,098 0,144
4,6 0,018 0,022 0,026 0,031 0,035 0,039 0,043 0,051 0,058 0,065 0,078 0,091 0,137
4,8 0,016 0,020 0,024 0,028 0,032 0,036 0,040 0,047 0,054 0,060 0,072 0,085 0,132
5,0 0,015 0,019 0,022 0,026 0,030 0,033 0,037 0,044 0,050 0,056 0,067 0,079 0,126
Если нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается в слое
грунта с модулем деформации Е<5 МПа или такой слой залегает
непосредственно ниже этой границы, он должен быть включен в
состав активной зоны Нс. В этих случаях нижняя граница сжимае-
мой толщи ограничйвается соотношением
Рд = °.1Рб
Нижнюю границу Нс определяют аналитически или графически
на пересечении эпюры рл с вспомогательной эпюрой 0,2 (0,1) ръ.
Осадку вычисляют суммированием осадок слоев по формуле
п
Pm hi
£ш
(3.26)
59
где р — безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8 для всех видов
грунтов; п — число слоев, на которые разделена сжимаемая толща (активная
зона) Нс-, ря,—среднее значение дополнительного давления в i-м слое грунта,
равное полусумме дополнительных давлении на верхней и нижней границах
(-го слоя;
Pnzi
Рш ~~
(3.27
2
й, и Ец, — толщина и модуль деформации г-го слоя.
Используя метод послойного суммирования осадок под разными
гранями фундамента, можно определить его крен i (см. рис. 3.7).
Для упрощения расчетов в СНиП 2.02.01-83 приведены формулы и
таблицы коэффициентов, позволяющие определить: крены фунда-
ментов; просадки грунтов оснований при увеличении их влажности;
деформации оснований, сложенных набухающими грунтами; суф-
фозионные осадки оснований, сложенных засоленными грунтами.
Если эпюры бытовых и дополнительных давлений построить
с показателями грунта по первой группе предельных состояний, то
можно проверять, достаточна ли несущая способность слабого под-
стилающего слоя, если он расположен в пределах снимаемой
толщи.
СНиП 2.05.03-84 разрешают принимать yi—19,62 кН/м3. При
наличии воды необходимо учитывать ее взвешивающее действие.
Проверку выполняют путем сравнения полного давления на верх-
нюю границу слабого слоя (рис. 3.11) с допустимым давлением:
, R
Рсл z — P6z "Г Рдг
Yn
(3.28)
Рис 3 11 Схема проверки несущей
способности слабого подстилающего
слоя
Рис 3 12 Схема определения допол-
нительных давлений на грунт основа-
ния фундамента устоя от веса насыпи
подходов
60
где 7? — расчетное сопротивление слабого грунта, определяемое по формуле
<3 14), у„—коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый
для фундаментов опор мостов равным 1,4
Эпюры дополнительных давлений используют и при проектиро-
вании фундаментов устоев в тех случаях, когда высокую насыпь
возводят после сооружения устоя. Дополнительное давление от
веса насыпи рд19 и рд2д (рис. 3.12) суммируют с дополнительным
давлением о г нагрузки на подошву фундамента. Методика опре-
деления дополнительных давлений на грунты оснований фунда-
ментов устоев от веса примыкающей части подходной насыпи при
ведена в СНиП 2.05.03-84. При высоте насыпи более 10—12 м и
слабых подстилающих грунтах дополнительное давление от веса
насыпи подходов в некоторых случаях может привести к смещению
фундамента устоя в сторону пролета с креном опоры в сторону
насыпи.
3.4. Выбор типа основания и фундамента
Конструкция фундаментов должна удовлетворять и условиям
опирания надфундаментной части, и несущей способности грунтов
основания при допустимых пределах деформации сооружения.
Исходные данные для выбора типа фундамента в конкретны*
условиях следующие: данные геодезической съемки участка строи-
тельства; материалы геологических и гидрологических изысканий;
конструкция надфундаментной части сооружения; требования к
технологическому процессу, для которого предназначено сооруже-
ние; имеющиеся у строительной организации механизмы и мате-
риалы; квалификация строителей; сроки строительства и др.
Решающее значение при выборе типа и глубины заложения
фундаментов имеет геологическое строение участка строительства,
характер напластований грунтов, показатели их прочности и де-
формативности. Несмотря на большое многообразие геологических
условий, можно приближенно свести их к трем наиболее распро-
страненным типам залегания слоев грунта: один слой однородный
по составу и деформативности на большую глубину; многослойное
расположение разнородных грунтов с постоянной толщиной и го-
ризонтальным расположением каждого слоя; слоистое расположе-
ние разнородных грунтов с выклинивающимся или наклонным рас-
положением слоев.
Рассматривают возможность изменения влажности и плотности
грунтов вследствие хозяйственной деятельности человека: измене-
ния условия подземных вод и их агрессивности при орошении или
осушении земель, строительстве прудов и плотин и др. Учитывают
наличие особых условий — просадочные грунты, карстовые явле-
ния, оползни и др.
61
Зная физико-механические характеристики и условия залега-
ния каждого слоя грунта, определяют возможность использования
слоев в качестве несущих при различных типах фундаментов За-
торфованные и сильнопросадочные грунты, илы, рыхлые пески,
а также глинистые грунты с показателем констистенции Д>0,6
не могут служить основанием фундаментов опор мостов. Следует
избегать оползневых склонов, осыпей и ложбин (ущелий), по кото
рым возможно движение селевых потоков.
При однородной толще грунта большой мощности выбор осно-
вания сводится к определению рациональной глубины заложения
фундамента, при которой грунт воспринимает нагрузку от соору-
жения, осадки и крены фундамента находятся в допустимых преде-
лах
Наиболее благоприятные условия проектирования фундамен-
тов— при скальных и малосжимаемых грунтах, а также грунтах
средней плотности (песчаные грунты средней плотности, тугоплас-
тичные глинистые грунты).
Для мостов с малыми пролетами и, следовательно, с относи-
тельно небольшими усилиями на опоры и фундаменты широко при-
меняют фундаменты мелкого заложения и свайные фундаменты
различных типов
Для мостов больших пролетов стремятся использовать столбча-
тые фундаменты.
При многослойном залегании разнородных грунтов слои боль-
шой несущей способности часто залегают на глубине 10—15 м и
более. В таких условиях фундаметы мелкого заложения практи-
чески не рассматривают. В большинстве случаев считают целесо-
образным увеличивать глубину заложения фундаментов из свай,
столбов, опускных колодцев с целью опирания их подошв на проч-
ные и плотные грунты вместо увеличения количества свай или
площади колодцев меньшей высоты при опирании на более сла-
бые грунты. Только при отсутствии у строительной организации
оборудования для возведения фундаментов глубокого заложения
применяют конструкции с меньшей глубиной и большим количе-
ством элементов (свай,столбов).
Во всех случаях стараются широко применять типовые конст-
рукции фундаментов опор мостов. В связи с тем что в одних и тех
же грунтовых условиях возможно выполнить фундаменты опор
мостов и путепроводов различных конструктивных схем, рацио-
нальную конструкцию принимают на основании сравнения вариан-
тов различных типов фундаментов. Критерием рациональности
принятой конструкции фундамента является не только расход ма-
териала. но и способ возведения. Опыт строительства показыва-
ет— стоимость материалов составляет 30—40%, а стоимость воз-
ведения 60—70% полной стоимости фундаментов.
Для вариантного проектирования используют опыт и некоторые
рекомендации, апробированные практикой.
62
Фундаменты мелкого заложения (см. рис. 3.1), как правило,
применяют для опор путепроводов, эстакад и городских мостов
при глубоком расположении уровня грунтовых вод и наличии
скальных, крупнообломочных и песчаных грунтов, непросадочных
глинистых грунтов на глубине 4—6 м от дневной поверхности. Для
массивных опор выполняют массивные фундаменты, под сгоечные
опоры — сборные конструкции из типовых элементов заводского
изготовления.
Фундаменты в виде низкого или высокого свайного ростверка
(см. рис. 3.2, а, б) с призматическими или круглыми сваями диа-
метром до 0,8 м имеют очень широкую область применения, реко-
мендуются для малых и средних мостов в грунтах, допускающих
забивку или вибропогружение и обеспечивающих несущую способ-
ность. Свайные фундаменты часто используют для проходки верх-
них пластов из илов, просадочных, заторфованных и глинистых
грунтов с показателем консистенции /L>0,6, погружая острие свай
в прочные малосжимаемые несущие слои грунта. Призматические
сваи сечением 35x35 см, 40x40 см погружают на глубину до 12—
14 м (составные—до 24 м), полые железобетонные составные
круглые сваи — на глубину до 40 м, стальные составные — до
70 м.
Столбчатые фундаменты рекомендуются для мостов с пролета-
ми больше 20 м при прочных грунтах на глубине больше 12—16 м.
У многих типов столбчатых фундаментов возможно выполнять
уширение в нижних частях столбов путем бурения или взрыва спе-
циального заряда (камуфлетное уширение), что существенно по-
вышает их несущую способность по грунту (до 6000—8000 кН на
один столб). Столбчатые фундаменты могут применяться при глу-
бине 15—50 м и более в зависимости от имеющегося оборудования.
Фундаменты из опускных колодцев целесообразны для мостов
со средними и большими пролетами при крупнообломочных, твер-
дых глинистых грунтах, расположенных на глубине больше 6 м от
поверхности грунта или воды. Опускные колодцы не рекомендуют-
ся, если в пределах толщи грунтового массива имеются твердые
прослойки, валуны, корчи, которые существенно затрудняют рабо-
ты при опускании колодцев. Опускные колодцы, как правило, не
применяют при глубине погружения больше 40 м.
Наибольшее внимание уделяют выбору типа фундамента в осо-
бых условиях (вечномерзлых, просадочных и набухающих грун-
тах; при строительстве в сейсмических районах, на оползневых
участках, карстовых и подрабатываемых территориях), где наблю-
даются значительные и, как правило, неравномерные деформации
оснований. Проектирование и строительство фундаментов в особых
условиях выполняют с соблюдением требований специальных глав
Строительных норм и правил.
В некоторых случаях, когда несущая способность и деформа-
тивность грунтов не может быть использована в качестве естест-
63
венного основания, а применение фундаментов глубокого заложе-
ния по различным причинам неэкономично, приходится заменять
или укреплять слабые грунты, превращая их в искусственные ос-
нования с наперед заданными свойствами. Слабые слои грунта
мощностью до 1,5—2 м могут быть заменены песчаной или гравий-
ной подушкой. Маловлажные глинистые грунты с консистенцией
/ь<0,4 и песчаные грунты со степенью влажности Sr^0,7 могут
быть уплотнены с поверхности котлована на глубину 40—50 см
с помощью тяжелых трамбовок или вибротрамбованием. При за-
легании слабых грунтов мощностью слоя более 2 м целесообразно
глубинное уплотнение песчаными сваями или глубинными вибра-
торами.
Рыхлые крупнозернистые и среднезернистые пески закрепляют
методом силикатизации, нагнетая в грунт жидкое стекло и хлорис-
тый кальций. При этом образуется прочный и водонепроницаемый
массив искусственного грунта.
В скальных трещиноватых породах, крупнозернистых песках и
гравелистых грунтах для уменьшения их водопроницаемости и ук-
репления нагнетают цементный раствор.
Маловлажные лёссовые грунты могут быть укреплены терми-
ческим способом, путем их обжига горячими газами с температу-
рой 600—800 °C, силикатизацией, цементацией и другими методами.
Глинистые водонасыщенные грунты иногда укрепляют методом
электроосмоса за счет уменьшения влажности и уплотнения грун-
та.
Большинство методов искусственного закрепления грунтов
энергоемки, трудоемки и, самое главное, требуют специального
оборудования и значительного периода времени на производство
работ. Достаточно широкое применение находят только песчаные
и грунтовые сваи.
Выполняя технико-экономическое сравнение вариантов фунда-
ментов опор транспортных сооружений, следует рассматривать не
только стоимость каждого варианта, но и учитывать различную
степень долговечности сооружения в целом и отдельных его частей.
Известно, что многие типы опор и их фундаменты, особенно
массивные опоры на скальном основании или надежном свайном
фундаменте, эксплуатируются в 1,5 раза дольше, чем пролетные
строения. Это нередко дает возможность использовать опоры ста-
рых мостов для новых пролетных строений.
В случаях когда сооружение мостового типа (эстакада, путе-
провод, виадук и др.) возводят на землях с плодородным слоем
почвы, в проекте необходимо предусмотреть срезку этого слоя с по-
следующим использованием для восстановления (рекультивации)
нарушенных или малопродуктивных сельскохозяйственных земель,
озеленения жилых районов.
64
Контрольные вопросы
1. Что представляют собой скальные, гравийные, песчаные и глинистые
гранты?
2. Как влияют размеры и глубина заложения фундамента на несущую спо-
собность основания?
3. Каковы основные положения метода послойного суммирования при опре-
делении конечных осадок оснований?
4. Чем опасны неравномерные осадки смежных опор для мостов различных
конструкций?
5 Какие исходные данные необходимы для вариантного проектирования
фундаментов?
Глава 4
КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ
МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
4.1. Материалы фундаментов
Фундаменты опор мостов, труб и зданий постоянного типа вы-
полняют из естественных или искусственных каменных материа-
лов. Для некоторых зданий временного типа (построечные мастер-
ские, склады и т. п.) в лесных районах иногда применяют в виде
фундамента короткие отрезки бревен хвойных пород или дуба, за-
капывая их в землю («стулья»). Для небольших зданий и при глу-
боком залегании грунтовых вод возможно устройство фундаментов
из кирпича-железняка на цементном растворе.
Более прочными и долговечными являются фундаменты из по-
стелистого бутового камня в виде бутовой кладки на песчано-це-
ментном растворе. Камень должен быть без трещин и признаков
выветривания, прочностью не ниже 40 МПа. В маловлажных грун-
тах фундаменты жилых и промышленных зданий, подпорных стен
могут быть выполнены из бутовой кладки на сложном растворе от
1 : 1 : 6 до 1:1:8 (цемент—известь — песок), в водонасыщенных
грунтах — на песчано-цементном растворе состава 1:4 — 1:5.
При наличии агрессивных грунтовых вод, которые могут интенсив-
но разрушать бетон и цементные растворы, иногда применяют су-
хую кладку из прочного постелистого камня для фундаментов
круглых водопропускных труб небольшого диаметра и подпорных
стен.
Основными материалами для фундаментов сооружений всех
типов являются бетон и железобетон.
Главное достоинство монолитных бетонных фундаментов — воз-
можность механизации работ при любой форме сооружения, ос-
новные недостатки — длительные сроки строительства и значи-
тельный расход цемента — от 230 до 300 кг/м3.
3 Зак. 400 65
С целью экономии цемента в некоторых случаях в бетонную
смесь добавляют бутовый камень в количестве до 20% (по объе-
му). Для такой бутобетонной кладки применяют постелистый ка-
мень размером более 150 мм, прочностью не ниже 40 МПа. Буто-
вый камень равномерно распределяют по всему объему фундамен-
та в процессе укладки бетона, соблюдая требования: расстояние
в свету между отдельными камнями должно быть не менее 10 см,
между камнями и опалубкой — не менее 25 см. Бутобетонные фун-
даменты мелкого заложения часто применяют для опор мостов и
оголовков труб. Прочностные показатели бутобетонной кладки
одинаковы с бетонной.
Бетонные, бутобетонные, каменные и кирпичные фундаменты
применяют только для жестких фундаментов (см. рис. 3.1, а), у ко-
торых материал работает в основном на сжатие. Для бетонных
и железобетонных фундаментов мостов и труб применяют бетоны
классов по прочности на сжатие не ниже В20 на цементах марки
не менее 30 МПа. Для подводных и подземных фундаментов, не
подверженных промерзанию и расположенных ниже уровня ме-
женных или грунтовых вод, применяют портландцементы, пуццола-
новые портландцементы или шлакопортландцементы. При наличии
агрессивных вод применяют в основном сульфатостойкие цементы,
изготовленные на основе портландцементного клинкера и отвечаю-
щие требованиям ГОСТ 22266—76 *. Требования к материалам и
конструкциям, расположенным в агрессивных средах, изложены в
СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии».
Для фундаментов мостов и труб применяют жесткие бетоны с
осадкой конуса не более 4 см при тщательном уплотнении глубин-
ными и площадочными вибраторами.
Подводные и подземные части фундаментов опор мостов долж-
ны быть выполнены из бетона с маркой по водонепроницаемости
не ниже W4, в элементах водопропускных труб — не ниже Wfi.
В зависимости от климатических условий зоны строительства,
характеризуемой среднемесячной температурой наиболее холодно-
го месяца, и вида конструкции марка бетона по морозостойкости F
должна быть: для массивных фундаментов — от 100 до 300; для
железобетонных и тонкостенных бетонных (толщиной менее
0,5 м) — от 200 до 300.
Гибкие фундаменты (см. рис. 3.1,6) и ростверки свайных опор,
работающие на изгиб, армируют ненапрягаемой арматурой глад-
кого или периодического профиля диаметром не менее 12 мм
В опорах на водотоках не разрешается применять напрягаемую
проволочную арматуру.
В целом материал фундаментов опор должен отвечать всему
комплексу требований, предъявляемых нормативными документа-
ми, с целью обеспечения прочности и долговечности сооружения.
66
4.2. Конструкция фундаментов мелкого звложения
По способу выполнения бетонные, железобетонные и бутобетон-
ные фундаменты могут быть монолитными, сборными,
сборно-монолитными. Монолитные фундаменты можно воз-
водить практически при всех типах опор и грунтовых оснований.
Основное преимущество монолитных фундаментов перед сборными
состоит в том, что они легко принимают любую конструктивную
форму, наиболее экономичную по расходу материала в конкрет-
ных условиях. По условиям строительства монолитные фундамен-
ты имеют ряд недостатков: большие сроки строительства; обяза-
тельность возведения опалубки; большое количество механизмов
и рабочих для приготовления, транспортирования и укладки бетон-
ной смеси, ухода за свежеуложенным бетоном. Наиболее трудоем-
ко возводить монолитные фундаменты в зимний период, когда
обеспечение нормальных условий твердения бетона требует специ-
альных приспособлений и устройств (тепляков, паропрогрева
и др.). Значительные сложности возникают у строителей при уходе
за свежеуложенным бетоном в условиях сухого и жаркого клима-
та. Поэтому специализированные мостостроительные организации
считают монолитные фундаменты экономически выгодными в тех
случаях, когда при небольшом объеме работ возникают затрудне-
ния с изготовлением или доставкой сборных железобетонных эле-
ментов.
Наиболее часто применяемые опоры мостов, путепроводов, эс-
такад имеют однообразную форму фундаментов, что позволило
типизировать их размеры в зависимости от конструкции надфунда-
ментной части и несущей способности грунтов оснований. Созда-
ние типовых конструкций фундаментов дало возможность изготав-
ливать их на заводах в виде сборных железобетонных элементов.
Размеры и вес сборных конструкций назначают исходя из усло-
вий обеспечения высокого качества работ при наименьших трудо-
затратах в короткое время монтажа с ограниченным количеством
транспортных и грузоподъемных машин. Существенное внимание
уделяют простоте выполнения и надежности стыков сборных эле-
ментов. Основное преимущество сборных фундаментов — значи-
тельное сокращение сроков строительства.
Чтобы не делать опалубку, иногда возводят сборно-монолитные
конструкции фундаментов, у которых контурные блоки изготавли-
вают сборными и пустотелыми. После монтажа сборных блоков,
образующих каркас и наружные грани фундамента, пустоты за-
полняют бетоном или бутобетоном. Объем монолитной части до-
стигает 50—70%. В мостостроении сборно-монолитные фундамен-
ты широкого применения еще не нашли.
Форма и размеры фундаментов опор сооружений мостового
типа определяются главным образом глубиной заложения и разме-
рами в уровне обреза и подошвы. Глубина заложения подошвы
3* 67
фундамента /г3ф зависит от назначения и конструктивных особен-
ностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его
фундамент инженерно-геологических и гидрогеологических усло-
вий местности. На основании исследований и опыта эксплуатации
сооружений Строительные нормы и правила нормируют наимень-
шую глубину заложения фундаментов в зависимости от типа грун-
тов, глубины промерзания, уровня подземных вод, глубины размы-
ва (на местности, покрытой водой).
Для скальных грунтов определяющим является только один по-
казатель — предел прочности на одноосное сжатие в водонасыщен-
ном состоянии /?с: при /?с>50 МПа глубина заложения фундамен-
та /г3ф^О,1 м, при 2?с^5О МПа —Л3ф^0,25 м.
Для крупнообломочных грунтов с песчаньш заполнителем, пес-
ков и супесей с показателем текучести /д<0 при глубоком распо-
ложении уровня грунтовых вод ниже глубины промерзания 2 м
и более /13ф^ 1 м.
По условиям промерзания грунты могут быть пучинистые и не-
кучинистые. Пучинистые грунты при замерзании увеличиваются
в объеме и, сцепляясь с фундаментом, стараются вытолкнуть его
вверх. При оттаивании такие грунты переувлажняются и значи-
тельно уменьшают свою несущую способность, что приводит к
большим неравномерным деформациям сооружения. Поэтому при
неглубоком залегании уровня грунтовых вод в мелких и пылева-
тых песках, супесях, суглинках, глинах, крупнообломочных грун-
тах с пылевато-глинистым заполнителем наименьшую глубину за-
ложения фундаментов путепроводов, эстакад, оголовков труб опре-
деляют по формуле
</3ф><//-1-0,25 м, (4.1)
где df — расчетная глубина сезонного промерзания грунта, м, определяемая
по данным многолетних наблюдений или теплотехническими расчетами.
Фундаменты опор мостов, где возможен размыв грунта водо-
тока, должны быть заглублены не менее чем на 2,5 м от наинизшей
отметки дна водотока после его общего и местного размыва рас-
четным паводком.
Отметку обреза фундаментов опор на речных поймах
располагают на уровне дневной поверхности грунта (после его
размыва), а в руслах — не менее чем на 0,5 м ниже уровня межен-
ных вод и не выше нижней поверхности льда плюс 0,25 м; в судо
ходных пролетах подводные части фундамента должны быть за-
проектированы таким образом, чтобы обеспечивались минималь-
ные глубины для прохода судов около опор.
Длину и ширину фундамента на отметке обреза наз-
начают несколько большими в каждую сторону от тела опоры Д =
= 0,34-0,5 м (рис. 4.1, а). Увеличение размеров фундамента по
сравнению с размерами опоры в плане делается в основном для
того, чтобы после возведения фундамента выполнить точную гео-
68
Рис 4 1. Схемы монолитных фундаментов опор:
uдвухступенчатый (для массивной промежуточной опоры); б—плитный (для стоечной опо-
ры). в — двухступенчатый (для устоя); г -- сложной конфигурации (для арочного моста)
дезическую разбивку и расположить надфундаментную часть опо-
ры точно по проекту. Допустимое смещение оси тела опоры от про-
ектного положения в уровне обреза фундамента не должно пре-
вышать 10 мм.
Размеры подошвы фундамента определяются нагруз-
ками, прочностью грунтов основания и допустимыми пределами
деформаций сооружения. Фундаменты под массивные опоры обыч-
но делают из монолитной бетонной или бутобетонной кладки с про-
стейшим ступенчатым очертанием, что позволяет упростить конст-
рукцию опалубки, облегчает укладку бетонной смеси (см.
рис. 4.1, а, в). Высоту и ширину уступов жесткого ступенчатого
фундамента назначают исходя из удобства производства работ и
не превышая угла жесткости а = 30° (см. рис. 3.1, а). Фундаменты
промежуточных опор балочных мостов, за редкими исключениями,
проектируют симметричными относительно продольной оси, так
как учитывают возможность действия горизонтальных сил (тормо-
жение и др.) в одном и другом направлении. Если нагрузка на
фундамент всегда будет односторонне внецентренной, то для вы-
равнивания давлений на грунт фундаменту придают несимметрич-
ное очертание, развивая его в одну сторону (см. рис. 4.1, в). Если
равнодействующая внешних сил проходит под большим углом к
вертикали, то подошву фундамента делают с уступами или наклон-
ной (рис. 4.1, г).
Гибкие фундаменты (см. рис. 3.1,6) выполняют малой толщи-
ны с больший развитием подошвы, добиваясь передачи значитель-
ных сосредоточенных сил без заглубления фундамента. Гибкие
фундаменты могут быть выполнены и из монолитного, и из сбор-
ного железобетона. Наиболее часто гибкие фундаменты применяют
Для строительства транспортных сооружений на местности, не по-
крытой водой (путепроводы, эстакады, подпорные стены и др.).
На рис. 4.2 приведены схемы типовых конструкций сборных
железобетонных фундаментов опор путепроводов и мостов с уни-
фицированными пролетными строениями. При часто расположен-
69
£-L 8)
Рис 4 2 Схемы опор со сборными фундаментами
а фри мент моста, б- стоечная опора со сплошными плнтнымн фундаментами в сгоеч
пая опора с раздельными фундаментами стаканного типа, < —козловой устой < плитным
фу ндаментом
иых с гонках сборные элементы фундаментов объединяют в сплош-
ную плиту — ленту (рис. 4.2,6). Для восприятия изгибающих мо-
ментов в сборных тонкостенных элементах устанавливают большое
количество арматуры, что повышает стоимость изготовления фун-
даментов Но в целом легкие сборные фундаменты во многих слу-
чаях выгоднее монолитных, так как требуют разработки котлова-
нов меньшего объема, индустриальны, позволяют существенно со-
кратить сроки строительства.
4.3. Расчет фундамента мелкого заложения
К расчету фундаментов приступают после назначения размеров,
।лубины заложения и определения усилий от всех нагрузок, вклю-
чая вес грунта на уступах. Расчетом проверяют места изменения
сечений фундамента. Расчет производят по двум группам предель-
ных состояний.
Расчеты по первой группе предельных состояний
производят с целью обеспечения прочности фундаментов, несущей
способности основания и недопущения потери устойчивости фунда-
мента в результате опрокидывания или сдвига (по подошве или
вместе с грунтом). В особых условиях необходима проверка устой-
чивости фундаментов при воздействии сил морозного пучения. Рас-
70
четы по первой группе предельных состояний состоят в выполнении
условия
Л/< — ф, (4 2)
где N — действующее усилие (вертикальные и горизонтальные силы, изги
бающие моменты и др.)’. Ф— несущая способность основания, препятствующая
действующему усилию, н уп—коэффициент условий работы и коэффициент
надежности по назначеиню, принимаемые по Строительным нормам и правилам в
зависимости от требований к конструкции по условиям изготовления, строитель-
ства и эксплуатации.
Расчеты по второй группе предельных состоя-
ний производят с целью предотвращения предельных деформа-
ций оснований и фундаментов (осадок, кренов, горизонтальных
перемещений). К этой же группе относятся расчеты трещиностой-
кости железобетонных конструкций фундаментов, имеющих целью
не допустить коррозию арматуры. В общем виде расчеты во второй
группе предельных состояний состоят в выполнении условия
5 Snp, (4 3)
где S — расчетное значение деформации основания, фундамента, элемента
сооружения или всего сооружения в целом, Snp — предельно допустимая дефор-
мация, устанавливаемая Строительными нормами и правилами в зависимости от
требований эксплуатации
Методика определения деформаций грунтов под фундаментами
изложена в § 3.3.
Расчетные значения усилий определяют на основе сравнения
усилий, вызывающих худшие воздействия при различных сочета-
ниях постоянных и временных нагрузок с соответствующими коэф-
фициентами сочетаний, устанавливаемых СНиП 2.05.03-84 и учиты-
вающих уменьшение вероятности одновременного действия воз-
можных нагрузок. Так, в расчетах по несущей способности основа-
ний и фундаментов мелкого заложения напряжения под подошвой
фундамента от сил торможения, поперечных ударов подвижного
состава, навала судов, давлений ветра и льда следует определять
отдельно вдоль и поперек моста. Наибольшие напряжения от вы-
шеуказанных нагрузок суммируют с напряжениями от постоянных
и временных вертикальных нагрузок.
В расчетах по несущей способности оснований и устойчивости
положения фундаментов необходимо учитывать взвешивающее
действие воды на грунты, фундаменты и части опор, расположен-
ные ниже уровня поверхностных или подземных вод, если эти эле-
менты сооружений находятся в песках, супесях и илах. При зало-
жении фундаментов в суглинках и глинах взвешивающее действие
воды требуется учитывать в случаях, когда оно создает более не-
благоприятные расчетные условия. Уровень воды принимают невы-
годнейший — наинизший или наивысший.
71
N
Рис 4 3 Схемы для определения дав пений на грунт под подошвой
фундамента-
а при центральном нагружении б н в—при вьеиентренном нагружении
жесткого
Несущая способность оснований под фундаментом мелкого за-
ложения должна удовлетворять условиям:
R
Р<-----; (4 4)
Тп
Yr
Ртах R, (4 51
Yn
где р и ртах—соответственно среднее и максимальное давление подошвы
фундамента на основание, кПа; R — расчетное сопротивление основания из не-
скальных или скальных грунтов осевому сжатию, кПа, определяемое по форму-
лам § 3 2. у„ — коэффициент надежности по назначению сооружения, принимае-
мый равным 1,4, ус — коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0
при опредепении несущей способности нескальных оснований под воздействием
постоянных и части временных нагрузок (временные подвижные вертикальные,
давления грунта от подвижной нагрузки); равным 1,2 — при определении несу-
щей способности скальных оснований и иескальиых оснований под воздействием
постоянных и временных вертикальных нагрузок, давления грунта от подвижных
нагрузок и одной или нескольких других временных нагру зок, кроме воздействия
морозного пучения грунта
Для жестких фундаментов давления на грунт следует опреде-
лять по формулам:
при центрально нагруженном фундаменте (рис. 4.3, а)
P = N1A-, (4 6)
72
при внецептренно нагруженном фундаменте (рис. 4.3, б)
пли
них г/ _ V .
" - А * 1уХ
(4.7)
(4 8)
Для прямоугольных (в плане)
формулы (4.7) и (4.8) в виде
фундаментов удобнее применять
так х
"min г
У Мх
А ~ Wx
(4 9)
И 1’1
(4 10)
В формулах (4 6) — (4 10) приняты такие обозначения (V — расчетная нагруз-
ка, кН, нормальная к подошве фундамента и приложенная в его центре тяжести,
Д — площадь подошвы фундамента, м2, Мх и Му — расчетные изгибающие момен-
ты относительно осей х—х и у—у, кН м, I*. 1У и W,, — моменты инерции и
моменты сопротивления, м’ и м3, площади подошвы фундамента соответственно
относительно осей х—х и у—у, у и х — расстояние от осей х—х и у—у до наибо-
лее и наименее нагруженных элементарных площадок грунта под подошвой фун-
дамента, е01)^= и eox=M,jlN — эксцентриситеты приложения равнодействую-
ще I вертикальной нагрузли относительно осей х—х и у—у.
Так как грунт нэ имеет связей, способных воспринять отрица-
тельные (растягивающие) давления между грунтом и подошвой
фундамента, формулы (4.7) — (4.10) можно применять только при
положительных (сжимающих) давлениях.
Исходя из условий ограничения крена опор с фундаментами
мелкого заложения, рассчитываемых без учета заделки в грунт,
Строи 1елы1ые нормы и правила ограничивают положение равно-
действующей относительно центра тяжести подошвы фундамента
наибольшим относительным эксцентриситетом е0/г, значения кото-
рого приведены в табл. 4.1. Эксцентриситет приложения равнодей-
ствующей вертикальной нагрузки е0 и радиус ядра сечения (по-
дошвы) фундамента г определяют по формулам:
e0 = M/N и r—WfA.
Для прямоугольных в плане фундаментов радиусы ядра сече-
ния гх = а/б и Гу~Ь/§ (рис. 4.3, б).
Применяя линейный закон распределения давлений, можно оп-
ределить максимальное давление на грунт в случае отрыва части
фундамента от основания (рис. 4.3, в). При этом исходят из усло-
вии- центр тяжести треугольной эпюры давлений находится на од-
ной вертикали с равнодействующей внешних сил N, объем эпюры
73
Таблица 41
Автодорожные мосты Опоры Наибольший относительный эксцентриситет при действнн нагрузок
постоянных постоянных н временных
Большие и средние (£>25 м) промежуточные о,1 1,0
устои 0,8 1,0
Малые (/, sg:25 м) промежуточные 0,1 1,0
устои 0,8 1,2
(отпорность грунта) численно равен силе N. Для прямоугольного
в плане фундамента указанные условия можно записать так:
1 / Ь \
N— g Ртах 31
откуда
4N Ус
3(6 — 2е„)а -уп
(4 11)
При этом среднее давление должно удовлетворять условию (4.4).
Для гибких фундаментов применение линейной эпюры распре-
деления реактивных давлений на грунт может привести к значи-
тельным ошибкам. Поэтому при проектировании таких конструк-
ций используют методы расчета балок и плит на упругом основа-
нии. В грудах Б Н Жемочкина, М. И. Горбунова-Посадова,
И А. Снмвулиди и других ученых имеются соответствующие фор-
мулы, таблицы и графики, в проектных институтах разработаны
программы для ЭВМ, позволяющие правильно вычислить давле-
ния на грунт
Если под несущим слоем грунта, воспринимающим давление
подошвы фундамента, залегает слой менее прочного грунта, необ-
ходимо проверить несущую способность этого слоя Методика оп-
ределения среднего давления на кровлю слабого подстилающего
слоя р = рсч г (рис. 3.11) изложена в § 3.3.
Удовлетворив условия (4.4) и (4.5), т. е. убедившись в том, что
назначенные размеры фундамента вызывают вертикальные давле-
ния на грунт, меньшие его несущей способности, переходят к про-
верке устойчивости положения фундаментов на опрокидывание и
74
сдвиг. Указанные проверки можно не выполнять только для таких
сооружений, на фундаменты которых не действуют горизонтальные
силы и изгибающие моменты. Наибольшие горизонтальные силы
действуют на устои мостов, при расчете которых (см. § 29.3) обя-
зательны проверки на сдвиг и опрокидывание.
Контрольные вопросы
1 . В каких конструкциях фундаментов можно применять бутобетон?
2 Для каких опор путепроводов применяют фундаменты в виде сплошной
плиты — ленты?
3 Как распределяются напряжения по подошве фундамента от действия
внешних нагрузок?
Глава 5
КОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
5.1. Свайные фундаменты
Свайные фундаменты относятся к наиболее распространенному
виду фундаментов с глубиной погружения от 4—6 до 30—40 м
и более.
Сваи классифицируют по ряду признаков.
1. По материалу: деревянные, железобетонные, металлические,
комбинированные в виде стальной или железобетонной трубы, за
полненной бетоном.
2, По форме и сплошности поперечного сечения: прямоуголь-
ные, квадратные, многоугольные и круглые, сплошные и пустоте-
лые. Изредка применяют сваи сложного сечения — двутавровые,
коробчатые
3. По продольному профилю: постоянного сечения по длине,
призматические, цилиндрические, переменного очертания (кониче-
ские, пирамидальные).
4. По типу нижнего конца сваи: заостренные, плоские, с уши-
ренной пятой.
5. По условиям взаимодействия с грунтом сваи подразделяют-
ся на сваи-стойки и висячие. К сваям-стойкам относятся все виды
свай, которые опираются на скальные грунты, и сваи, опирающие-
ся на малосжимаемые грунты (крупнообломочные грунты с песча-
ным заполнителем плотные и средней плотности, глины твердой
консистенции с модулем деформации £>50 000 кПа). К висячим
сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты и пере-
дающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью (бо-
ковым трением) и нижним концом (лобовым сопротивлением)
75
6. По методу производства работ: забивные, винтовые, набив-
ные, буровые, буронабивные, лидерные. Набивные сваи разных
типов (трубы с наконечником, оставляемым в грунте; виброштам-
пованные; в выштампованном грунте) выполняют путем ударного
изготовления скважины с последующим ее заполнением бетонной
смесью. У буровых свай скважину образуют бурением грунта с за-
креплением или без закрепления стенок и заполнением скважины
буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них; бурона-
бивные полые круглого сечения; буронабивные с уплотненным за-
боем; буронабивные с камуфлетной пятой; буроинъекционные диа-
метром 0,15—0,25 м сваи-столбы с уширением или без него (в сква-
жину укладывают цементно-песчаный раствор и опускают элемен-
ты сплошного сечения со стороной или диаметром 0,8 м и более),
буроопускные сваи с камуфлетной пятой (после образования бе-
тонного камуфлетного уширения в скважину опускаюг железобе-
тонную сваю). Лидерные сваи погружают в заранее пробуренные
скважины, сечение которых составляет 30—60% площади ствола
сваи.
7. По отношению к горизонту — вертикальные и наклонные.
8. По количеству рядов свай в фундаменте — однорядные и мно-
горядные.
9. По типу объединения верхних частей (голов) свай: гибкие и
жесткие, безростверковые, с низким и высоким ростверком (см
рис. 3.2, а, б).
Деревянные сваи (рис. 5.1, а) применяют в лесных райо-
нах, особенно в болотистой местности, так как гуминовая (болоти-
стая) кислота практически не разрушает дерево, а железобетон
ные сваи требуют специального состава бетона. Сваи изготавлива-
ют из леса хвойных пород и дуба с коничностью не более 1 см на
1 м. Наименьший диаметр в отрубе (тонком конце) — 18 см. В не-
которых случаях бревна цилиндруют. Обычная длина бревен для
свай 6,0—8,5 м; сваи большей длины выполняют путем сращивания
(стыкования) бревен (рис. 5.1,6). Очень длинные деревянные сваи
12—25 м изготавливают в виде пакетов из трех или четырех бре-
вен (рис. 5.1,2, д').
Для облегчения погружения свай в грунт ее тонкий конец за-
остряют, а в плотных грунтах — одевают стальной башмак
(рис. 5.1, в). Заострения свай выполняют по шаблону, чтобы накло-
ны всех граней были одинаковыми, в противном случае при забив-
ке возможен уход свай в сторону и соответственно снижение ее не-
сущей способности. Верхний конец свай (голову) обрезают строго
перпендикулярно к оси и для предупреждения размочаливания
ударами молота укрепляют стальным кольцом-бугелем (см
рис 5.1, а). Перспективны клееные сваи, выполненные из досок или
брусьев с помощью водостойких клеев (рис. 5.1, е).
В опорах постоянных мостов деревянные сваи можно приме-
нять только при низких ростверках с обеспечением требования —
76
Рис 5 1 Деревянные сваи
а ~ круглая свая, б — стык сваи в — острие сваи со стальным башмаком, г —пакетная свая,
д — сечения пакетных свай, е — клееная свая 1 — бугель, 2 — стальные накладки 3—бол
ты, 4 — потайной штырь, 5 — кованые гвозди
головы свай должны быть расположены не менее чем на 0,5 м ни-
же самого низкого уровня воды При этом нужно учитывать не
только многолетние наблюдения за уровнями воды, но и возмож-
ные понижения их вследствие хозяйственной деятельности челове-
ка (дренаж, осушение и др.). Если вода не агрессивна к древесине,
долювечность деревянных свай может составлять сотни лет.
По прочности материала на сжатие сосновые сваи могут вос-
принимать следующие нагрузки:
Расчетный диаметр, см 18 20
Нагрузка на сваю, кН 100 120
22 24 26 28 30 32 34
150 180 200 230 270 300 330
77
Таблица 51
Размеры сечения свай, см Длина призматических свай L, м, при армировании
каркасной арматурой предварительно напряженной арматурой
зохзо 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
35X35 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 13, 14, 15, 16 10, 11, 12, 13, 14, 15. 16, 17 18, 19
40X40 8, 9. 10, 11. 12, 13, 14. 15, 16, 17. 18 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20
Железобетонные сваи получили повсеместное распро-
странение для низких и высоких свайных ростверков. Заводы изго-
тавливают железобетонные сваи различных типов: призматические
сплошного сечения с каркасной или предварительно напряженной
арматурой, полые круглые сваи и сваи-оболочки.
В настоящее время сечения и длины свай для опор мостов ти-
пизированы, что позволяет существенно упростить их изготовле-
ние и монтаж в комплекте со сборными фундаментами, растверка-
ми или ригелями безростверковых опор.
В табл. 5.1 и 5.2 приведены данные об основных размерах типо-
вых призматических свай, полых круглых свай и свай-оболочек.
Большой набор типоразмеров свай позволяет осуществить эко-
номичное проектирование конструкций свайных фундаментов в раз-
личных гидрогеологических условиях.
Призматические сваи сечением 25x30, 30x35 и 35x40 см, вы-
пускавшиеся ранее, в настоящее время изготавливают очень редко.
На рис. 5.2 приведена конструкция типовой призматической
сваи сечением 35x35 см, армированной каркасной ненапрягаемой
арматурой, предназначенной для применения в низких ростверках
в обычных климатических условиях. Изменяя армирование, класс
бетона и арматуры, получают сваи трещиностойкие для опор с вы-
сокими ростверками, выносливостойкие и для строительства авто-
дорожных и железнодорожных мостов в суровых климатических
условиях с расчетной температурой ниже минус 40°С (северное
Таблица 52
Вид свай Наружный диаметр, см Толщина стеикн, см Длина секции, м
Полые круглые 40 8 4, 6, 8, 10, 12
60 10 4, 6, 8, 10, 12
Сваи-оболочки 120 12 6, 8, 10, 12
160 12 4, 6, 8, 10, 12
300 12 6
78
Рис, 5.3. Конструкция предварительно
напряженной сваи, армированной вы-
сокопрочной проволокой
Рис 5 2 Конструкция сваи, армиро-
ванной ненапрягаемой арматурой
исполнение) Бетон свай не ниже класса В20, Рабочая арматура
класса А-П диаметром от 12 до 32 мм, сварные сетки и спиральная
арматура класса A-I диаметром 6 мм.
Все типы мостовых свай отличаются от свай промышленного и
гражданского строительства более мощным армированием, так
как должны воспринимать не только вертикальные (продольные)
силы, но и изгибающие моменты.
Острие свай выполняют соединением в пучок рабочих стерж-
ней; при диаметрах рабочей арматуры более 20—25 мм арматуру
острия изготавливают отдельно и приваривают или привязывают
к арматуре сваи.
Сваи необходимых размеров и сечений принимают по типовым
проектам, где приведены расчетные характеристики, область при-
менения маркировка и рекомендации по выбору сваебойного обо-
рудования.
Маркировка свай определяет ее конструкцию, технологию изго-
товления и условия применения. Марки должны быть указаны
в проектах и нанесены несмываемой краской на готовые сваи. На-
пример: СМ8-35 означает — свая мостовая длиной 8 м сечением
79
35X35 см; CM8-35T3— то же трещичостойкая свая третьего типа
армирования; CM8-35T3C — то же северного исполнения;
CM8-35B3C — ю же выносливостойкая.
Призматические предварительно напряженные сваи предназна-
чены для применения в климатических зонах с температурой до;
минус 40 °C и разработаны с армированием продольной напрягае-1
мой арматурой трех типов: стержневой периодического профиля!
из стали классов A-IV или А-V; арматурными канатами из прово-1
лок диаметром 7 мм класса К-7, высокопрочной проволокой пе<
риодического профиля класса Вр-П. Схема армирования свай наj
прягаемой стержневой арматурой классов A-IV и А-V практически
мало отличается от армирования нечапря: аемой арматурой, армЯ
рование головы и острия выполняется сварными каркасами, прИ
вязываемыми к напрягаемым стержням. Бетон класса ВЗО, морозИ
стойкостью 7’200, водонепроницаемостью 15/6. И
На рис. 5.3 приведена конструкция типовой предварительно нВ
пряженной сваи СНпрМ9-30, армированной высокопрочной провЯ
локой. Маркировка предварительно напряженных призматичеЯ
ких свай CHM-9-30/IV2 означает: свая предварительно напряжен-
ная мостовая длиной 9 м, сечением 30x30 см, напрягаемая арма-
тура класса A-IV, вторая схема армирования; СНпМ9-30— ю же
с арматурой из канатов; СНпрМ9-30 — то же с проволочной арма-
турой.
Призматические сваи сплошного сечения имеют большую массу
и, следовательно, транспортирование, установка под сваебойное
оборудование и погружение свай в грунт требуют тяжелых транс-
портных средств, кранов и мощного сваебойного оборудования, что
ограничивает размеры свай (сечение, длину) и область примене-
ния.
Значительное уменьшение массы свай достигается за счет изго-
товления их полыми, круглого поперечного сечения. На рис. 5.4
приведена конструкция одной секции полой сваи СКМН8,60-б
(свая кру|лая мостовая предварительно напряженная длиной 8 м,
диаметром 60 см с болтовыми стыками секций). Кольцевое попе-
речное сечение таких свай вызвано удобством изготовления цен-
трифугированным способом. Сваи-оболочки диаметром 3 м изго-
тавливают в вертикальных металлических виброформах. Класс
бетона не ниже ВЗО. Рабочая арматура для свай и свай-оболочек
из обычного железобетона А-П, диаметром 16—25 мм; из предва-
рительно напряженного бетона—горячекатаная стержневая арма-
(ура класса A-IV диаметром 20 мм. Класс бетона не ниже BJO.
Из секций полых круглых свай и свай-оболочек (см. табл. 5.2) ,
можно смонтировать сваи необходимой длины до погружения свай
в грунт или в процессе погружения. Предварительная сборка сек-
ций в сваю длиной до 10—14 м предпочтительнее, так как во время
погружения не будет остановок. Соединение секций может быть
выполнено с помощью сварки или на болтах. ,
80 1
Для болтового стыка (су. рис. 5’-) на концах арматурных стер-
жней диаметром 25 мм выполняют наружные концы под гайки.
В сварных соединениях на концах секций устраивают стальные
обечайки. В некоторых случаях выполняют предварительную сбор-
ку секций в горизонтальном положении на стеллажах путем свар-
ки выпусков арматуры ванным способом.
Для защиты стальных элементов стыков от коррозии их обето-
нируют с применением быстротвердеющего цемента; стыки секций,
расположенные в грунте, покрывают горячим битумом.
С целью облегчения погружения для свай диаметром 40 и 60 см
разработаны два типа железобетонных наконечников — глухой НГ
(рис. 5 5,а) и с отверстием для подмыва НП (рис. 5.5,6). Железо-
бетонные наконечники позволяют погружать круглые сваи малого
диаметра методами, аналогичными погружению призматических
свай.
Для всех диаметров полых свай и свай-оболочек предусмотре-
ны специальные ножи (рис. 5.5, в), позволяющие разбуривать
грунт изнутри сваи в процессе погружения, что существенно сни-
жает силы трения в плотных связных грунтах и дает возможность
заделывать сваи-оболочки в скальные грунты Маркировка свай и
свай-оболочек- СК.М8.40.1-6 — свая круглая мостовая длиной 8 м
и диаметром 40 см, первый тип армирования с болтовыми стыками
секций; СКМН8.40 — то же предварительно напряженная (отсут-
81
ствие индекса «б'> означает — сварной стык); СОМН8.120 — свая-
оболочка мостовая напряженная, длиной 8 м, диаметром 120 см.
После погружения свай на проектную глубину ее внутреннюю
поверхность очищают от грунта, заполняют жестким бетоном В20
или делают бетонную пробку Высоту пробки определяют расчетом
на срез по внутренней поверхности оболочек с соблюдением требо-
вания— высота пробки должна быть не меньше трех диаметров
оболочки и не менее 3 м. В некоторых случаях внутреннюю по-
лость перед заполнением бетоном армируют.
При погружении оболочек в гравийно-галечные и галечно-ва-
лунные грунты прочность стенок толщиной 12 см оказывается не-
достаточной, и в этих случаях изготавливают усиленные оболочки
с толщиной стенок 16 см и двойной арматурой.
Опыт применения оболочек большого диаметра (5—6 м) пока-
зал, что их погружение сопряжено с большими трудностями, и в
иягтпятттрр время они используются редко.
Увеличение несущей способности полых свай и свай-оболочек
по грунту можно выполнить путем устройства внизу уширений.
Уширения можно образовать путем разбуривания грунта, выдачей
его наверх и заполнением полости бетоном (рис 5.6). В необходи-
мых случаях перед бетонированием в полость опускают арматур-
Рис 5 5 Конструкция наконечников и ножа круглых свай
а—глухой наконечник, б —наконечник с отверстием для подмыза, в — металлический нож
82
ный каркас. В забивных полых
сваях из железобетона или сталь-
ных труб уширение достигается
также и камуфлетированием —
взрывом заряда взрывчатого ве-
щества (рис. 5.7), укладываемого
в очищенную полость Заряд при-
крывают тощим песчано-цемент-
ным раствором и литым бетоном
с осадкой конуса 15—25 см. Си-
лой взрыва образуется ушире-
ние, заполняемое бетоном Каму-
флетирование целесообразно в
плотных грунтах большой несу-
щей способности.
В мягкопластичных глини-
Рис об 11оследова1ельнис1ь выполне-
ния буровой сваи
1 — оболочка 2 — расширитель бурового
механизма 3 — арматурный каркас 1
уширенная пята
стых грунтах уширение может
быть образовано методом вибро-
трамбования, предложенного
И А. Теном После погружения
оболочки и извлечения грунта в
полость порциями загружают щебень, гравий или жесткий бетон
Втрамбование осуществляют стальной трубчатой штангой со
штампом, диаметр которого на 5—10 см меньше диаметра оболо-
Рис 5 7 Последовательность выпол-
нения качуфлетной сван.
I - оболочка 2 — бетонная смесь 3 — за
ряд ВВ, 4 — уширение, 5 — бетон зипол
нения ствола сваи
Рис 5 8. Конструкция винтовой сваи
1 ствол сваи, 2 — винтовая лопасть 3 -
оиимак 4 - бетон
О $
83
чки. В верхней части штанги крепится вибропогружатель. При ра-
боте вибропогружателя образуется шарообразная уплотненная
подушка. Далее обсадную трубуили оболочку заполняют бетоном.
В случаях когда по разным причинам погружение сплошных
или полых железобетонных свай осуществить невозможно, приме-
няют стальные сваи из прокатных профилей. Стальные сваи значи-
тельно легче железобетонных, они легко проходят плотные грунты
и скальные прослойки небольшой мощности.
Применение винтовых свай дает увеличение несущей способно-
сти по грунту за счет лопастей, расположенных в нижней части
стальной трубы, называемой башмаком. Башмаки могут быть чу-
гунными или стальными, на цилиндрической части башмака рас-
полагаются винтовые лопасти. Лопасти изготавливают литыми
вместе с башмаком (рис. 5.8,а), сварными сплошного сечения
(рис. 5.8,6) и сварными полыми (рис. 5.8, в). Из-за большого рас-
хода металла винтовые сваи наиболее целесообразны для времен-
ных мостов или других сооружений, фундаменты которых испыты-
вают большие выдерживающие усилия (телевизионные башни,
опоры ЛЭП и др.).
5.2. Столбчатые фундаменты
Столбчатые фундаменты образуются путем предварительного
бурения скважины с последующим заполнением скважины бето-
ном или трамбованным грунтом.
Простейшим видом столбчатых свай являются сваи, предложен-
ные в 1899 г. киевским инженером А. Э. Страусом. Сваи Страуса
изготавливают в следующем порядке: в грунт погружают стальную
обсадную трубу, удаляют грунт из трубы, подают порцию бетона
и трамбуют его, приподнимают трубу и трамбуют новую порцию бе-
тона. При трамбовании бетон раздается в стороны, уплотняя грунт.
Подъем обсадной трубы выполняют таким образом, чтобы ее ниж-
ний конец всегда был погружен в свежеуложенный бетон на
1—1,25 м. После изготовления сваи обсадная труба используется
для заполнения другой сваи. Несущая способность свай Страуса
мала. Кроме этого, в водонасыщенных грунтах трудно обеспечить
необходимую прочность бетона. В отличие от забивных свай преи-
мущество свай Страуса в том, что при их изготовлении практиче-
ски не сотрясается грунт и, следовательно, можно вести работы
даже вблизи жилых и других строений.
На основе свай Страуса было разработано много типов свай.
В СССР применяют «частотрамбованные» сваи, у которых обсад-
ная труба диаметром 350—400 мм снизу закрыта стальным, чугун-
ным или железобетонным башмаком в виде перевернутого гриба.
После забивки башмак остается в грунте. В трубу подают бетон и
одновременно извлекают трубу частыми ударами (60—80 ударов
в 1 мин) молота специальной конструкции: при ударе, направлен-
84
Рис 5 9 Последовательность выпол-
нения свай Франки
ном вверх, труба вытаскивается г~] । i
на 3—4 см, при ударе вниз она _
осаживается на 1,5—2 см. От
ударов вниз уплотняется бетон-
ная смесь и окружающий сваю
грунт.
За рубежом часто применяют
сваи Франки, у которых роль
башмака выполняет пробка из
сухой бетонной смеси, заполняю-
щей нижний конец трубы на вы-
соту около 1 м. Ударяя по проб-
ке специальной трамбовкой, об-
садную трубу диаметром 30— Рис 5 9 Последовательность выпол-
40 СМ погружают В грунт нения сваи Франки
(рис. 5.9). При достижении тре-
буемой отметки трубу закрепляют и, продолжая наносить удары,
выталкивают бетонную пробку, которая уплотняет грунт и одно-
временно образует уширение под пятой сваи. Постепенно извле-
кая трубу, бетонируют внутреннюю полость. Частотрамбованные
сваи и сваи Франки выполняют длиной до 12—16 м.
Для выполнения глубоких мощных столбов с несущей способ-
ностью до 5000—15 000 кН и более используют специальные буро-
вые механизмы. При строительстве ряда крупных мостов в нашей
стране успешно применяют отечественную буровую технику и не-
которые установки зарубежных фирм «Беното» (Франция), «Като»
(Япония).
Широкое применение нашли сваи ВНИИ транспортного строи-
тельства, предложенные в 1950 г. проф. Е. Л. Хлебниковым. Техно-
логия изготовления таких свай дает возможность выполнять их
даже на местности, покрытой водой (рис. 5.10). Буровую установ-
ку монтируют на понтонах, располагая над точкой бурения. На-
клоняют стрелу копра до необходимого угла (наибольший наклон
4:1), опускают обсадную трубу, внутрь ее вводят фрезу с ушири-
телем, ножи которого должны быть сложены. Буровой механизм
(фреза и уширитель) соединен со штангой, которую вращает ро-
тор. Разбуренные грунты можно удалять путем циклического подъ-
ема конусообразной створчатой фрезы бокового резания или с по-
мощью глинистого раствора, который подается в скважину и кре-
пит ее стенки. Способ крепления стенок скважин глинистым рас-
твором без обсадных труб широко применяется в мостостроении
Для свай ВНИИ транспортного строительства. Глинистый раствор
предохраняет стенки скважины от обрушения водонасыщенных
пластичных грунтов, несвязных и малосвязных грунтов. Непрерыв-
ная подача глинистого раствора сверху и откачка его около фрезы
позволяет удалять разбуренный грунт без подъема фрезы. Но при
85
Рис 5 10 Схема возведения наклонной буровой сваи на местности, покрытой
водой
—бурение ствола сваи б разбуривание уширения, в — бетонирование, /- ротор, 2 —
обсадная труба 3~ глинистый раствор, 4 — буровой механизм, 5— арматурный каркас, 6 —
бетонолитная труба, 7 — бетон
утом необходимо на поверхности непрерывно отделять грунт и ос-
ветлять глинистый раствор, чтобы опять подать его в скважину.
При достижении необходимой отметки оператор начинает рас-
крывать ножи уширителя, изменяет скорость погружения бурового
механизма, при этом образуется верхняя часть уширения сфериче-
ской, параболической или эллиптической формы. Далее дают по-
сг\нательное бурение с раскрытыми ножами, образуя среднюю
часть цилиндрической формы высотой 0,3—0,5 м. При диаметре
ствола 0,9—1,7 м диаметр уширения может быть до 3,5 м с высо-
той около 2 м.
Для восприятия изгибающих моментов в скважину опускают
арматурный каркас из стержней периодического профиля диамет-
ром не менее 26 мм и спиралью диаметром 10 мм с шагом 150—
200 мм. Защитный слой должен быть не менее 10 см. Бетонирова-
ние сваи выполняют методом вертикально перемещающейся трубы
под [линистым раствором. Рифленая поверхность арматуры обес-
печивает сцепление с бетоном. Если по дну реки перемещаются
твердые насосы, защитную оболочку оставляют как кожух вокруг
бетона заполнения и как часть несущей конструкции.
Используемое оборудование может обеспечить глубину погру-
ичеиия свай до 40 м. В тех случаях, когда грунт скважины нельзя
закрепить глинистым раствором, обсадные трубы опускают до ме-
ста уширенной пяты и дают избыточное давление воды на 3—6 м
тыше уровня (рунтовых или поверхностных вод. На рис. 5.11 при-
*6
ведена конструкция фундамента опоры городского моста. Расчет-
ная нагрузка на сваю 16 700 кН при диаметре столбов 2 м и уши-
рений 3.5 м
Станки системы «Беното» и «Като» позволяют совмещать буре-
ние скважины, удаление грунта и погружение специальных метал-
лических обсадных труб. Станки «Беното» могут выполнять сква-
жины диаметром 0,4—1,2 м на глубину до 80 м под прикрытием
двухстенчатых труб в любых грунтах. По мере углубления сква-
жины трубу наращивают очередной секцией. Быстроразъемные
Рис 5 11 Конструкция фундамента
опоры городского моста
Рис 5 12 Погружение обсадной трубы
станком «Беното»
87
стыки обеспечивают соединение секций (без образования выступов
и впадин) с помощью болтов с потайными головками. Грунты из
скважины удаляют двух- или трехчелюстным грейфером ударного
типа, грунты текучей консистенции — желонкой с длиым клапа-
ном. Погружение (извлечение) обсадной трубы обеспечивается си-
стемой из пяти гидравлических домкратов: один домерит зажима-
ет съемный хомут на трубе, к хомуту прикреплены штоки двух
вертикальных и двух горизонтальных домкратов, обеспечивающих
вертикально поступательное и вращательное движение трубе
(рис. 5.12).
Для устройства уширений в основании скважин агрегаты «Бе-
ното» оснащены подвешиваемым на тросе электрогидравлическим
уширителем в виде трех раскрывающихся ножей, позволяющих
выполнить диаметр уширения до 245 см. При разработке грунта
уширитель обязательно должен упираться в низ обсадной трубы
В настоящее время отечественная промышленность выпускает
обсадные двухстенчатые трубы диаметром от 620 до 1680 мм, кото-
рые позволяют бурить скважины станками типа «КАТО-ЗОТНС» и
«ЗОТНД». Трубы, как правило, выпускают комплектами, обеспечи-
вающими глубину бурения 24, 32 и 40 м.
5.3. Фундаменты из опускных колодцев
Опускные колодцы представляют собой стены замкнутого кон-
тура, которые оборудованы внизу ножевой частью и при удалении
грунта из внутренней полости погружаются под действием собст-
венного веса. При достижении проектной глубины внутренние по-
лости (шахты) колодца полностью или частично заполняют бето-
ном, образуя подошву фундамента (днище), опирающуюся на
прочные грунты. С гены колодца могут быть выполнены из дерева,
бетона, железобетона и стали. Наибольшее применение имеют же-
лезобетонные опускные колодцы (рис. 5.13).
Опускные колодцы применяют при залегании прочных грунтов
на глубине больше 5—7 м, когда фундаменты в открытых котлова-
нах неэкономичны, а свайные фундаменты по разным причинам
нерациональны. Значительная жесткость колодцев позволяет даже
при слабых верхних слоях грунта воспринимать большие горизон-
тальные нагрузки, которые, как правило, не воспринимают свай-
ные фундаменты.
Преимущество колодцев состоит в том, что они могут иметь
очень большую площадь опирания при глубине погружения Ю—
40 м и более. Большие опускные колодцы (диаметром 50—80 м)
применяют при строительстве подземных гаражей, резервуаров,
очистных сооружений и т. п.
Недостатки опускных колодцев следующие: сложность опуска-
ния при наличии прослоек плотных или скальных грунтов, включе-
88
Рис. 5.13. Схемы массивных опускных колодцев:
1 — тело опоры. 2 — плита; 3—стены колодца; 4— шахта, 5 — тампонажная подушка (ниж-
няя плита), 6 — заполнение шахт колодца
ний крупных валунов, затопленных деревьев; трудность «посадки»
на скалу, так как поверхность скальных грунтов редко бывает го-
горизонтальной; большой расход бетона; длительные сроки строи-
тельства.
Размеры колодцев по обрезу определяются размерами тела
опоры плюс уступы шириной не менее ’/so глубины погружения и
не меньше 40 см. Площадь подошвы колодца определяется давле-
нием на грунты основания. Так же как и в фундаментах мелкого
заложения, давление не должно превышать расчетного сопротив-
ления грунта.
Форма колодцев в плане для опор мостов всегда симметричная,
что дает возможность уменьшить перекосы и смещения от проект-
ного положения во время погружения. Наиболее часто применяют
прямоугольные в плане колодцы с отношением сторон не более
3:1 (рис. 5.13, а). Прямоугольные колодцы просты в изготовле-
нии, но их труднее опускать, и в угловых сечениях появляются
большие изигбаюшие моменты. Поэтому прямоугольные колодцы
обычно выполняют относительно небольшой глубины: 8—12 м. Ко-
лодцы большей глубины рекомендуется делать с закругленными
углами или с очертанием коротких сторон по полуокружностям
(рис. 5.13, б, в).
При размерах колодца в плане более 5—6 м от действия гори-
зонтального давления грунта в наружных стенах возникают боль-
шие изгибающие моменты. Для уменьшения этих моментов выпол-
89
няют внутренние стены, которые делят внутреннее пространство на
шахты. Размеры шахт назначают исходя из условий работы зем-
леройного снаряда, которым удаляют грунт из шахт при опускании
колодца. Так как во многих случаях грунт удаляют грейфером,
размеры шахт назначают от 2—2,5 м до 4—5 м. Во внутренних
стенах рекомендуется делать окна, которые позволят переходить
рабочему из шахты в шахту при заполнении их бетоном без подъе-
ма на поверхность.
Чтобы преодолеть силы трения, возникающие при опусканЛ
колодца по его наружным граням, необходимо выполнять стенИ
массивными (рис. 5.14, а) или уменьшать трение тонкостенных кЛ
лодцев путем введения тонкого слоя глинистого раствора меж»
стенами и грунтом — тиксотропной рубашки (рис. 5.14,5). Толщ»
на наружных стен массивных колодцев 1—2 м, внутренних — 0,6-И
1,5 м. При глубине погружения более 10—12 м для уменьшен»
сил трения наружные боковые грани колодцев иногда делают и Я
клонными (100:1) или с уступами (см. рис. 5.13,5, в).
Такие колодцы труднее устанавливать на проектное место,
у них уменьшается несущая способность на действие горизон-
тальных сил. В мостостроении колодцы обычно выполняют с на-
ружными вертикальными гранями; при недостаточности веса степ
опускание выполняют пригрузкой колодца или подмывом.
Рис. 5 14 Конструкция опускных колодцев: j
а массивного; б — в тиксотропной рубашке, / — внутренняя стена; 2 — временное огражу
денне, 3 — наружная стена, 4— наружная консоль, 5 — ножевая часть; 6 — внутренняя ко^
соль: 7 штраба; 8 — окно; 9 — трубы для подачи глинистого раствора; 10— тнксотропна|
рубашка д
90 :
Рис. 5.15 Ножевые части наружных консолей опускных колодцев
Для увеличения давления стен колодца на грунт нижнюю часть
наружных стен, называемых консолями, выполняют со скосами
внутри шах г. В зависимости от прочности (плотности) грунтов
ножевые части укрепляют швеллерами '(рис. 5.15, а), уголками или
стальными листами (рис. 5.15, б).
В плотных грунтах иногда применяют остроконечные ножи со
стальной обделкой.
Выше консолей в стенах колодца на расстоянии 2,2—2,5 м от
дна устраивают штрабы глубиной 25—30 см и высотой 0,8—1 м
(см. рис. 5.14,а). Штрабы необходимы для увеличения сцепления
бетона заполнения шахт со стенами колодца. Иногда штрабы ис-
пользуют для превращения опускного колодца в кессон: выполня-
ют железобетонные перекрытия (потолок кессона), устанавлива-
ют специальные трубы, по которым подают сжатый воздух, выдав-
ливают воду из кессонной камеры, дают возможность работать
людям «насухо». Из-за вредного воздействия сжатого воздуха на
организм человека максимальная глубина погружения кессонов
38 м от поверхности воды. В связи с появлением свайных и столб-
чатых фундаментов кессоны применяют крайне редко, в исключи-
тельных случаях при чрезвычайно сложных гидрогеологических ус
ловиях местности.
Стены монолитных колодцев бетонируют секциями высотой
1,5—3 м. В период твердения очередной секции (15—28 сут) опус-
кание колодца не производят, что значительно увеличивает сроки
строительства. Для ускорения строительства применяют колодцы
из сборных блоков высотой 1—2 м, массой 10—20 т. Объединение
блоков чаще всего выполняют с помощью сварных закладных де-
талей с заполнением швов цементным раствором.
Контрольные вопросы
1 Как классифицируют и маркируют сваи?
2 . Почему для сооружений могтового типа нельзя применять сваи п|
ленного и гражданского строительства-
3 В каких условиях рациональны столбчатые фундаменты различных
!. Каковы основные достоинства и недостатки опускных колодцев?
Глава 6
РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
6.1. Несущая способность свай. Основные положения
расчета
Свайные фундаменты и их основания необходимо рассчитыват
по двум группам предельных состояний:
первая — несущая способность свай по грунту, прочность мате
риала свай и ростверков;
вторая — осадки от вертикальных нагрузок, образование ил
раскрытие трещин в железобетонных элементах.
Прочность (несущую способность) сваи по материалу опреде
ляют расчетом ее на прочность, выносливость и трещиностойкост
как конструктивного элемента на действие продольных и поперек
ных сил и изгибающих моментов. Расчет выполняют по правила
расчета конструкций, изучаемых в соответствующих курсах. Пр
расчетах на выносливость и трещииостойкость расчетные нагрузк
на сваи принимают с коэффициентами надежности у/=1.
Несущая способность сваи по грунту зависит от сил боковен
трения F: и силы лобового сопротивления грунта FR.
Расчетная нагрузка на сваю F, вклк
1^ чая вес сваи, должна ураваовешиватьс
Д суммой сил бокового трения и лобового сс
-------- — "— противления, т.
|| | ловие (рис. 6.1)
е. должно выполняться
(6
Л
работа сваи в грунте зна
Боковое сопротивлени
трения грунт
Рнс 6.1 Схема взаимо-
действия сил, действую-
щих на сваю
92
Фактическая
чительно сложнее,
слагается из внутреннего
пропорционально нормальному давленш
на конкретной глубине и сил сцепленш
Так как нормальное к поверхности сва
давление грунта с глубиной увеличиваете)
то и силы трения с глубиной возра<
тают.
Рис. 6.2. Схема взаимодействия сваи с грунтом.
а — зоны уплотнения грунта; б ~ деформации грунта; в и г — напряженное состояние грунту
В процессе принудительного погружения сплошная свая вна-
чале уплотняет грунт под острием, а потом выдавливает его в сто-
роны. Вокруг сваи образуются зовы повышенной плотности.
Во ВНИИ транспортного строительства путем зондирования
выполнены экспериментальные исследования грунта вокруг сталь-
ной сваи диаметром 0,4 м, забитой в рыхлые крупнозернистые
пески на глубину 5,1 м. На рис. 6.2, а показаны конкретные разме-
ры и формы зон повышенной плотности; цифры 2. 4, 8 показывают,
во сколько раз напряжения под зондом превышают напряжения в
песке природной плотности. Грунт из-под острия погружаемой сваи
деформируется по криволинейным поверхностям, отжимается в на-
правлении наименьшего сопротивления — в стороны и вверх. Под
действием вытесняемого сваей грунта его слон искривляются
(рис. 6.2, б) В зависимости от размера и направления перемеще-
ний частиц грунт вокруг сваи условно разделяют на четыре зоны
(рис. 6.2, в). Зона I (сдвига грунта) толщиной от 0,2 до 1 см ха-
рактеризуется деформированной структурой частиц грунта и пере-
мещением их вдоль сваи вниз. Зона II (пластических деформа-
ций) характеризуется большими сдвигами частиц грунта и очень
сильным уплотнением его. В зоне III (уплотнения) грунт сильно
уплотнен В зоне IV грунт находится в естественном состоянии.
Форма и размеры зон зависят от вида грунта, размеров сваи, спо-
93
соба ее погружения. Для свай-оболочек, погружаемых с выемкой
грхнта из внутренней полости, характерные зоны имеют меньшие
размеры по сравнению с аналогичными сваями, погружаемыми
с закрытым концом.
Свая оказывает давление на окружающий ее массив грунта и
вызывает в нем касательные т и нормальные напряжения сто и сг6.
Если увеличивать нагрузку на сваю, то возможен срыв сил трения.
В связных грунтах силы трения могут уменьшаться на 10—20%,
в несвязных грунтах силы трения восстанавливаются.
Рассмотренная схема работы грунта вокруг одиночной сваи мо-
жет быть распространена на напряженное состояние грунта вокруг
нескольких свай, погруженных на расстоянии между ними более
(8-J-12) d. Размещение свай на расстояниях более 6d между ними
нерационально, так как потребует неоправданного (экономически)
увеличения размеров ростверка, объединяющего головы свай
С О
V.O, и/.
При очень близком расположении свай, на расстоянии (14-2) d
друг от друга, вследствие сильного уплотнения грунта возникают
трудности при погружении свай рядом с забитыми.
Исходя из условий возможности погружения последующих свай
недалеко от ранее забитых и с целью уменьшения размеров рост-
верка принимают наименьшее расстояние между вертикальными
забивными сваями 3d.
Если расстояние между сваями (34-6)d, грунт вокруг свай уп-
лотняется, образуя грунтосваннын блок, эпюры нормальных напря-
жений (давление) под остриями свай суммируются (рис. 6.3, б) и,
Рис 6 3 Скема взаимодействия куста свай с грунтом’
а - расстояние межд\ сваями больше б—расстояние между сваями от 3d до Qd, в
расстояние между сваями в уровне головы - ь уровне острия (3- 6)d
Q4
следовательно, приводят к увеличению осадки куста свай (по
сравнению с одиночной сваей). При количестве свай в ряду менее
трех и расстояниях между ними больше 6d грунтосвайный блок не
образуется.
В конструкциях ростверков с наклонными сваями (рис. 6.3, в)
их головы можно расположить очень близко (1,5с? для забивных
призматических свай), а острия развести на такие расстояния, при
которых давления на грунт не суммируются.
Несущую способность свай-стоек (забивных, свай-оболочек, на-
бивных, буровых), опирающихся на скальные и малосжимаемые
грунты (см. § 5.1), определяют по формуле
?d — УеКА,
(6.2)
где —коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый у<- = 1.
Д—площадь опирания сваи на грунт, м2, R—расчетное сопротивление грунта
под нижним концом сваи-стойки, кПа' для забивных свай, опирающихся на скаль-
ные и малосжимаемые грунты /? = 20 000 кПа, для набивных, буровых и свай-обо-
лочек, заполненных бетоном, опирающихся или заделанных в скальный грунт,
формулы для определения R приведены в СНиП 2 02 03-85 «Свайные фун-
даменты».
Несущую способность забивных свай всех видов и свай-оболо-
чек, погружаемых без выемки грунта, Fd, кН, определяют по фор-
муле
Fd —Yc(Ycr RA-Т ^Ycr flhl),
(6 3)
где yc — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый ус=Г,
R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа. принимаемое
по табл. 6.1; А —площадь опирания сваи на грунт, м2, принимаемая по площади
поперечного сечения сваи; U — наружный периметр поперечного сечения сваи,
м, •— расчетное сопротивление 1-го слоя грунта основания по боковой поверх-
ности сваи, кПа, принимаемое по табл 6.2; — толщина г-го слоя грунта, со-
прикасающегося с боковой поверхностью сваи, м; у«в, — коэффициенты ус-
ловий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверх-
ности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетное сопро-
тивление грунта и принимаемые по табл. 6 3.
Для забивных свай, опирающихся нижним концом на рыхлые
песчаные грунты или на пылевато-глинистые грунты с показателем
текучести Ц.>0,6 несущую способность следует определять по ре-
зультатам статических испытаний свай.
Несущую способность других типов свай (висячих набивных и
буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном, винтовых
свай) определяют по указаниям СНиП 2.02.03-85. Там же приведе-
ны указания по определению несущей способности свай по резуль-
татам полевых испытаний статической и динамической нагрузками.
Таблица 6J
Расчетные сопротивления R, и Па под нижним концом .забивных свай
и свай-оболочек, погрс „каемых без выемки грунтов
Гл^би песчаных средней плотности
к а по- 11
г руле- нья сваи, м гравелистых крупных — спедней крупности мелких пылеватых —
пылевато-г л инистых при показатече текучести £, равном
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
4 8 300 6 800 5 100 3800 3 200 2 500 2 100 1 600 1 250 700
5 8 800 7 000 6 200 4000 3 400 2 800 2 200 2 000 1 300 800
7 9 700 7 300 G 330 4300 3 700 3 300 9 400 2 200 1 400 850
10 10 500 7 700 7 300 5000 4 000 3 500 2 600 2 400 1 500 900
15 11 700 8 200 7 500 5500 4 400 4 000 2 900 1 650 1 000
20 12 600 8 500 6200 4 800 4 500 3 200 1 800 1 100
25 13 400 9 000 Ь800 5 200 3 500 1 950 1 200
30 14 200 9 500 7400 5 600 3 800 2 100 1 300
35 15 000 10 000 8000 6 000 4 100 2 250 1 400
Прин е ч а я и я 1 Над чертой даны значения R 1ля песчаных грунтов, под чер-
той — для пылевато-глниистых
2 Для супесей при числе пластичности 1р 4 и коэффициенте пористости е<0.8 рас-
четные сопротивления R и f следует определять как для пылеватых песков средней плот-
ности
3 Глубину погружения свай, забиваемых молотами, следует считать, в водоемах —
от уровня диа после общего размыва для путепроводов над выемками глубиной до b м —
от уровня природного рельефа, иад выемками глубиной более 6 м — как для выемок глу-
биной б м
Несущую способность Fdu висячих забивных свай и свай-оболо-
чек, погружаемых без выемки грунта, работающих на выдергива-
ние, следует определять по формуле
Fdu = Тс F 2ycf f lhl, (6 4)
где U, y,:f, fi. h, —имеют те же значения, что и в формуле (6 3), ус—коэф-
фициент условий работы, принимаемый ус = 0,8 для свай, забиваемых на глубину
4 м н более под все типы зданий и сооружений, кроме опор ЛЭП
Предельную нагрузку на сваю по грунту следует определять по
форм)ле
Nnp = Fd/yk< (°-5)
где уь— коэффициент надежности для опор мостов, при низком ростверке,
висячих сваях и сваях-стойках, при высоком ростверке — только при сваях-стой-
ках, воспринимающих сжимающую нагрузку, независимо от числа свай в фунда-
96
менте принимают равным 1,4, при высоком или низком ростверке, подошва кото-
рого опирается иа сильиосжимаемый грунт, и висячих сваях, воспринимающих
сжимаемую нагрузку, а также при любом виде ростверка и висячих сваях и сва-
ях-стойках, воспринимающих выдерживающую нагрузку, yk принимают в зави-
симости от числа свай в фундаменте
п
У*
21 11—29 6—10 1—5
1,4(1,25) 1,55(1,4) 1,65 (1,5) 1,75 (1,6)
В скобках даны значения yh для случаев, когда несущая спо-
собность сваи определена по результатам полевых испытаний ста-
тической нагрузкой.
Если в расчетное сочетание нагрузок входят силы торможения,
давления ветра, льда или навала судов, разрешается повышать
Д/пр на 10% при четырех сваях в ряду и на 20% при восьми и бо-
лее сваях в ряду. При промежуточном числе свай находят ин-
1 ерПОЛЯЦИСИ.
В низких ростверках формула (6.3) может быть использована
для определения расчетной длины сваи d, равной сумме толщин
слоев грунта, через которые прошла свая. Вместо Fd в формулу
подставляют нагрузку на одну сваю определяют средневзве-
Таблица 62
Расчетные сопротивления по боковой поверхности забивных свай и свай-оболочек [, кПа
Средняя песчаных грунтов средней плотности
глубина расположения слоя грунта, м крупных и средней крупности мелких пыле- ватых — — — — —
пылевато-глинистых грунтов при показателях текучести /£, равном
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0.7 0,8 0,9 1.0
2 42 30 21 Vf 12 7 5 4 4
3 48 35 25 20 14 8 7 6 5
4 53 38 27 22 115 9 8 7 5
5 56 40 29 24 17 10 8 7 6
6 58 42 31 25 18 10 8 7 6
8 62 44 33 26 19 10 8 7 6
10 65 46 34 27 19 10 8 7 6
15 72 51 38 28 20 11 8 7 6
20 79 56 41 30 20 12 8 7 6
25 86 61 44 32 20 12 8 7 6
30 93 66 47 34 21 12 9 8 7
35 100 70 50 36 22 13 9 8 7
Примечания 1 При определении значений fi пласты грунта следует расчленять
Иа однородные слои толщиной не более 2 м
2 Для плотных песчаных гунтов табличные значения ft увеличивают на 30%
3 Табличные значения расчетных сопротивлений супесей и суглинков с коэффициентом
пористости е<0,5 и глин с коэффициентом пористости е<0,6 следует увеличивать иа 15%
при любых значениях показателя текучести.
4 Зак 400 97
Таблица 61
Способы погружения забивных свай и свай-оболочек, погружаемых без выемки грунта Коэффициенты условий работы грунта при расчетной несущей способности свал
под нижиим КОНЦОМ VCK по боковой поверх иости Vcf
1 | 2 3
1 Механическими (подвижными), па- 1,0 1,0
ровоздушными и дизельными молотами сплошных н полых с закрытым нижним концом свай 2. Забивкой и вдавливанием в пред- варительно пробуренные лидерные сква- жины с заглублением концов сван нс менее 1 м ниже забоя скважины прн ее диаметре- а) равном стороне квадратной сваи 1,0 0,5
б) на 0,05 м менее стороны квад- 1,0 0,6
ратной сван 3 С подмывом в песчаные грунты при 1,0 0,9
условии добивки сван на последнем эта- пе погружения без применения подмыва на 1 м и более 4. Вибропогружение свай-оболочек, внбропогруженне и вибровдавливанне свай в грунты а) песчаные средней плотности- крупные и средней крупности 1,2 1,0
мелкие 1J 1,0
пылеватые 1,0 1,0
б) пылевато-глннистые с показате- лем текучести /г, = 0,5: супеси 0,9 0,9
суглинки 0,8 0,9
глины 0,7 0,9
в) пылевато-глинистые с показате- 1,0 1,0
лем текучести Ii,<0 5 Молотами любой конструкции по- лых железобетонных свай с открытым нижним КОНЦОМ. а) при диаметре полости сван 0,4 м 1,0 1,(1
и меньше б) то же от 0,4 до 0,8 м 0,7 1,0
6. Любые полые сван круг того сече- ния с закрытым нижним концом на глу- бину 10 м и более с последующим уст- ройством в нижнем конце свай камуф- летного уширения в песчаных грунтах средней плотности и в пылевато-глини- стых грунтах с показателем текучести /т.^0,5 прн диаметре уширения, рав- ном- а) 1,0 м независимо от указанных 0,9 1,0
видов грунта б) 1,5 м в песках и супесях 0,8 1,0
98
Окончание табл, 6 3
1 2 3
в) 1,5 м в суглинках и глинах 0,7 1,0
7 Вдавливанием свай:
а) в пески средней плотности круп- 1,1 1,0
ные, средней крупности и мелкие 1,1
б) пески пылеватые 0,8
в) в пылевато-глиннстые грунты с 1,1 1,0
показателем текучести /г.<0,5
г) го же II 5=0,5 1,0 1,0
Примечание. Коэффициенты усн и ус/ по позиции 4 для пылевато-глинистых
грунтов с показателем текучести 05> ?1/>0 определяют интерполяцией.
шенное значение расчетного сопротивления грунтов по боковой
поверхности feP:
</ =
Uf с/fср
(6.6)
. /Л + /2^2 4- ••• + fnhtl
W fcp--=————;-------— ---
Л’1 + h2 т ... 4* hn
(6.7)
Определить расчетную длину сваи можно подбором (назначая
и проверяя d), добиваясь соблюдения условия—назначенная и
полученная по формуле (6.6) длины свай не должны отличаться
более чем на 0,5 м. Если свая нижним концом опирается на плот-
ные грунты, из решения уравнения (6.4) может быть получено
dzgZO. Такой ответ свидетельствует о том, что свая работает анало-
гично свае-стойке.
6.2. Расчет свайных фундаментов
При проектировании свайных фундаментов, так же как и для
большинства строительных конструкций, не существует единого
алгоритма, который бы позволил сразу определить вид и размеры
ростверка, тип, количество и размеры свай при соблюдении раз-
личных критериев (экономичность, максимальное использование
несущей способности материала свай, наличие соответствующих
механизмов, удобство производства работ и др.). Поэтому при про-
ектировании фундаментов приходится назначать многие исходные
данные, выполнять расчеты по нескольким вариантам и на основа-
нии сравнения выполнять наиболее рациональный в данных кон-
кретных условиях вариант.
Для мостов с малыми и средними пролетами наиболее часто
применяют низкие свайные ростверки, опирающиеся на забивные
призматические или полые сваи с закрытым концом. Для сборных
4* 99
железобетонных пролетных строений длиной до 42 м и многих ви-
дов металлических пролетных строений разработаны и широко
применяются типовые конструкции опор, в том числе и опирающие-
ся на свайные ростверки. Типовые проектные решения позволяют
быстро назначить количество и тип свай, определять нагрузку на
наиболее нагруженную сваю и в конкретных грунтовых условиях
вычислять требуемую длину сваи.
Для нетиповых конструкций опор мостов обычно используют
следующий порядок проектирования свайного фундамента.
На основе нормативных требований и гидрогеологических усло-
вий конкретного района определяют минимальную глубину зало-
жения подошвы плиты низкого свайного ростверка или отметку
подошвы плиты высокого ростверка. В зависимости от размеров
тела опоры назначают предварительные (минимальные) размеры
плиты ростверка. Зная конструкцию опоры и опирающиеся на нее
пролетные строения в соответствии с действующими нормативны-
ми документами, вычисляют и анализируют усилия от различных
сочетаний нагрузок в сечении по подошве плиты ростверка. При
определении усилий используют коэффициенты к нормативным на-
грузкам в зависимости от расчета по I или II группе предельных
состояний.
Далее возможно несколько направлений проектирования, в за-
висимости от необходимости удовлетворить одно или несколько ус-
ловий производства: максимальное использование имеющихся кон-
струкций свай и сваебойного оборудования; максимальное исполь-
зование несущей способности свай по материалу, когда сваи могут
быть любой длины и др. В любом случае назначают количество
свай и распределяют их по подошве ростверка. Расчетную нагруз-
ку на сваю определяют, рассматривая фундамент как рамную кон-
струкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные на-
грузки и изгибающие моменты.
Для высоких ростверков в зависимости от принятой расчетной
схемы с помощью ЭВМ определяют усилия в сваях, после чего кор-
ректируют их количество и длину.
Для определения продольных усилий в сваях низких ростверков
возможно использовать персональные ЭВМ. Так как жесткость
свай, опирающихся на более плотные грунты, значительно больше
жесткости грунта под подошвой ростверка, считают, что усилия от
ростверка полностью воспринимаются только сваями без учета не-
сущей способности грунта в плоскости подошвы плиты между
сваями.
Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку
на сваю W определяют по формуле
Nd МхУ + МуХ
п ± Yyf - Sx? ’
(6.8)
100
где Nd, Мх, My — расчетные усилия в плоскости подошвы ростверка относи-
тельно главных центральных осей (рис. 6.4, а); п — количество свай в фундамен-
те; х«, У‘ — расстояния от главных осей до оси каждой сваи; х и у — расстояния
от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка.
В устоях наихудшее сочетание нагрузок в большинстве случаев
вызывает внецентренное нагружение фундамента (см. рис. 6.4, а).
Поэтому в устоях для лучшего использования несущей способности
каждой сваи их размещают пропорционально эпюре давлений на
грунт. Местоположение свай определяют путем разбиения эпюры
давлений (рис. 6.4,5) на участки равновеликой площади (объема),
в центре тяжести площадок устанавливают сваи и корректируют
расстояние между ними в соответствии со Строительными нормами
и правилами.
В промежуточных опорах балочных мостов, как правило, сваи
размещают симметрично относительно продольной оси х—х, так
Рис. 6 4 Размещение свай в фундаментах:
а давление на грунт под подошвой фундамента устоя; б — размещение свай под устоем,
3 размещение свай под промежуточной опорой
101
как изгибающий момент вдоль моста от сил торможения и трения
в опорных частях может быть направлен в разные стороны. При
симметричном расположении свай (рис. 6.4, в) расчетную нагрузку
определяют по формуле
N = + Мх Утах 4. —/Хтах (6 9)
п 2т1 Yyf 2т2 2.x?
где mt и т2 — соответственно количество свай в ряду и количество рядов
свай; Si/? и S.r? — подсчитывают для половины количества свай в ряду и по-
ловины рядов свай.
Полная нагрузка на сваю состоит из расчетной нагрузки на
сваю .V и нагрузки от веса сваи G:
F=.-/V4-G. (6.10)
Для свай, работающих на выдергивание, полная нагрузка
р = Л'_G. (6.11)
Полная нагрузка на сваю должна быть меньше несущей спо-
собности сваи по материалу или по грунту, значения которых опре-
деляют по формулам § 6.1:
F < Fd или F<Fdv.
При рассюяниях между сваями меньше 6 с/ и количестве свай
в ряду три и более сильно уплотненный сваями грунт образует
। рунтосвайный блок, основанием которого является подстилающий
слой грунта в уровне низа свай.
Размеры условного фундамента принимают в виде прямоуголь-
ного параллелепипеда, ограниченного зоной уплотнения грунта
(рис. 6.5, а), с наклоном граней под углом <рт/4. Среднее значение
расчетного угла внутреннего трения грунтов фП|, прорезанных
сваями,
~ + (hn'ln F;
। де т ।, — расчетный угол внутреннего трения i-ro слоя грунта, расположен-
ного в пределах глубины погружения свай в грунт; h, — толщина i-ro слоя грун-
та. м; d — глубина погружения свай в грунт от его расчетной поверхности, м
Несущую способность грунта основания под подошвой условно-
го фундамента проверяют как по среднему давлению р, так и мак-
симальному р,„.,х по формулам:
Nc , R
р - —— <--------:
ас Ьс Уп
Ус , 6ас (3Mc+2Fhh)
^-h.4+3af
cb
(6.13)
(6.14)
Yn
аг b,
102
где /Vc — нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт
основания, кН, с учетом грунтового массива 1—2—3—4 и заключенными в нем
сваями; Fh, Мс — соответственно горизонтальная составляющая внешней нагрузки,
кН. и ее момент относительно главной оси горизонтального сечения условного
фундамента в уровне расчетной поверхности грунта, кН-м (Mc=Fhh„) (расчетная
поверхность грунта: у устоев—естественная поверхность, у промежуточных
опор —на уровне срезки или местного размыва); уп и ус—коэффициенты на-
дежности и условий работы, принимаемые аналогично указаниям к формулам
(4 4) и (4 5); h — глубина заложения условного фундамента по отношению к
расчетной поверхности грунта, м; ас, Ьс —размеры в плайе условного фундамента.
м; К — коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубиной
коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы фундамента и при-
нимаемый по табл. 6 4; Сь — коэффициент постели грунта в уровне подошвы ус-
ловного фундамента, кН/м3, определяемый по формулам: при м Съ= 1 ОХ.
кН/м3, при Л> 10 м Cb = Kh.
Осадку фундамента определяют методом послойного суммиро-
вания (см. § 3.3), находя границы условного фундамента со сред-
ним значением угла внутреннего трения по второй группе предель-
ных состояний фп т (рис. 6.5, б).
Рис 6 5. Схема проверки несущей способности основания и осадки грунта под
подошвой условного фундамента:
° Условный фундамент, б — эпюры бытовых и дополнительных давлений
103
Таблица 6.4
Грунты К, кН/м4
Текучепластичные глины и суглинки (0,75</I.С 1) 490—1960
Мягкопластнчиые глины и суглинки (0,5</ьс0,75); пластичные супеси (0С/ьСП; пылеватые пески (О,6С С<?СО,8) 1961—3920
Тугопластичные и полутвердые глииы и суглинки (0^/t^0,5); твердые супеси (7ь<0); пески мелкие (0,6 Се С 0,75) и средней крупности (0,55Се^0,7) 3921—5880
Твердые глииы и суглинки (7l<0); пески крупные (О,55С е СО,7) 5881—9800
Пески гравелистые (0,55^^^ 0,7) и галька с песчаным заполнителем 9801—19 600
Выполнив расчеты свайного фундамента, обеспечивают жест-
кую заделку свай в ростверк. Между сваями и вертикальными гра-
нями ростверка должно быть обеспечено расстояние в свету не ме-
нее 25 см, при сваях-оболочках диаметром свыше 2 м — не менее
10 см. Сваи должны быть заделаны в ростверк (выше слоя бетона^|
уложенного подводным способом) или в железобетонный ригелЛ
на длину, определяемую расчетом, но не менее половины периметИ
ра призматических свай и 1,2 м — для свай диаметром 0,6 м и бо^
лее В случаях когда нельзя обеспечить заделку свай на большую
глубину, разрешается закрепление свай в ростверке с помощью вы-
пусков стержней продольной арматуры свай, определяемой расче-
том, но не менее 30 диаметров стержней арматуры периодического
профиля и 40 диаметров стержней гладкой арматуры. При этом
свая должна быть заведена в ростверк или насадку не менее чем
на 10 см.
Гибкие железобетонные ростверки следует армировать по pac-ij
чету, принимая расчетную нагрузку на сваи в виде усилий на кон-1
соли ростверка. Жесткие бетонные ростверки армируют конструк-1
тивно (в промежутках между сваями). Площадь поперечного сече"
ния стержней арматуры вдоль и поперек ростверка следует прини-
мать не менее 10 см2 на 1 м ростверка.
6.3. Расчет опускных колодцев
Расчет опускного колодца начинают с определения его основ-
ных контурных размеров. Наименьшие размеры колодца в плане
назначают по условиям размещения тела опоры с увеличением
104
размеров на неточности производства работ — не менее 0,3—0,5 м
в каждую сторону от опоры. При наличии на глубине мощного
слоя прочного грунта высоту колодца назначают достаточно прос-
то. В случаях залегания практически однородных грунтов от по-
верхности на большую глубину высоту колодца определяют на ос-
нове сравнения вариантов колодцев с различными размерами в
плане и профиле. По аналогам назначают толщины стен, метод
производства работ по удалению грунта из шахт и последующее
заполнение их. Вычисляют вес колодца.
Назначенные размеры проверяют исходя из условия достаточ-
ности несущей способности основания под подошвой условного
фундамента (рис. 6.6), размеры которого определяют по методике
для свайных фундаментов. Среднее и максимальное давления на
грунт под подошвой условного фундамента проверяют по форму-
лам (6.13) и (6.14), включая в нагрузку вес грунтового массива
1—2—.?—4 и вес заключенного в нем опускного колодца.
В процессе опускания на стены колодца действуют усилия, ко-
торые зависят от многих случайных причин и практически не под-
даются точному учету. Это вынуждает принимать условные рас-
четные схемы, выработанные практикой проектирования и прове-
ренные опытом возведения колодцев. Как правило, эти расчеты
идут в запас прочности, что необходимо, так как ремонт и усиление
колодца во время его погружения крайне затруднительны, а иног-
да и невозможны.
Масса стен должна обеспечить погружение колодца под дейст-
вием собственного веса, толщина стен и их армирование юлжны
быть достаточными для восприятия давления грунта.
Проверку достаточности веса стен колодца выполняют но фор-
муле
Gy/
QrVf=- g— ><?Z. (b 15)’
где Qr — сила, двигающая колодец вниз, кН; у/ = 0,9— коэффициент надеж-
ности по нагрузке; Qz — сила трения грунта о наружные грани стен колодца, кН;
G — масса стен колодца, т
При опускании без водоотлива вес стен колодца принимают
с учетом взвешивающего действия воды. Силы трения грунта о на-
ружные грани стен колодца вычисляют по правилам для определе-
ния расчетных сопротивлений сил трений свай-оболочек, погружае-
мых с открытым нижним концом:
Qz .yefiftht, (6.16)
где U,, hr—наружный периметр и высота части колодца в i-м слое грунта,
м; А— расчетное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности колод-
Ца, кПа (см. табл. 6.2); ус/<— коэффициент условий работы грунта по боковой
поверхности колодца, принимаемый равным: для песков, супесей и суглинков
Ye/i = 0,7; ДЛЯ ГЛИН ус/1=0,6.
Рис. 6 6 Схема условного фундамен-
та опускного колодца.
а—без уступов, б—с уступами
Если условие (6.15) не выполняется, то лля преодоления cwj|
трения используют методы: пригружают стены колодца, то ест!
увеличивают Qr; применяют подмыв по наружным граням, чт!
снижает силы трения на 20—25%. Для экономии бетона нередко1
колодцы выполняют с тиксотропной рубашкой из глинистого рас-
твора (рис. 5.14,6), что снижает силы трения на 50%. После по-
гружения колодца с использованием тиксотропной рубашки для
обеспечения надежной заделки колодца в грунте глинистый рас-
твор вытесняется цементопесчаным раствором.
В процессе погружения возможен случай, когда грунт под но-
жами колодца полностью подобран, а колодец не двигается, т. е.
произошло «зависание» — стены колодца затерты грунтом. На
практике были случаи, когда часть колодца отрывалась. Такая
серьезная авария не всегда может быть исправлена. Разработано
несколько расчетных схем, в которых на основе разных гипотез
определяют влияние сил трения. Одна из наиболее простых в рас-
чете схем базируется на предположении, что наибольшие силы тре-
ния появятся в верхней части колодца — колодец зажат верхним,
слоем грунта толщиной (рис. 6.7) и еще частью высоты нижнегя
слоя х. Сила веса стен колодца уравнялась силами трения на части
высоты колодца: 1
^-U';rf1f]h1Uycf2f2x; (6.17)
^Ус/2 f 2
Зная полную высоту стен колодца Н, определяют высоту под-
вешенной части: йп = //—hx—х^. По усилию веса подвешенной час-
ти N,, подбирают вертикальную арматуру, которую устанавливают
равномерно вдоль периметра наружных и внутренних стен. При
выполнении расчетов значения ус/ъ Л принимают наиболее ухуд-
шающими условия разрыва колодца.
106
Далее проверяют наружные консоли на изгиб в горизонталь-
ной плоскости под действием давления грунта и воды. Интенсив-
ность бокового давления на стены колодца зависит от типа грунтов
и метода опускания и вычисляется (в паскалях) как сумма давле-
ний грунта qrp и воды qw по формулам:
при опускании колодца с водоотливом в водоиасыщенных грун-
тах
9 = = tg2^45° ——y + O.lyu, А;
(6.18а)
при опускании с водоотливом в водонепроницаемых грунтах
= tg2(45°——^0,07уш л:
при опускании без водоо1лива
/ *Pi 'I
?гр + 0— Утюh tg2 ^45° — ^ + 0,05yu)A.
(6.186)
(6.18b)
В формулах (6.18) приняты обозначения: yi, yiw — удельный
вес грунта без учета взвешивающего действия воды и с учетом его,
кН/м3; угг — удельный вес воды, равный 10 кН/м; epi — расчетное
значение угла внутреннего трения грунта.
Схема давления грунта и воды на стены колодца приведена на
рис. 6.8, а, в.
Расчет наружных консолей производят для двух случаев ра-
боты.
Первый случай (рис. 6.8,6) —колодец опущен на проект-
ную глубину, грунт из-под ножа выбран. Вес стен колодца Nw
(с учетом взвешивающего действия воды) уравновешен силами
трения грунта Т\. Сила трения, приходящаяся на 1 м длины кон-
соли,
Изгибающий момент в сечении Б—Б
h* 6
МБ_Б = (2<h~r %) —— ^1 2 ‘
По найденному значению Мб—б определяют количество рабо-
чей арматуры по наружным граням консолей.
Второй случай (рис. 6.8, г)—колодец опущен на полови-
ИУ„проектной глубины и наращен очередной секцией кладки высо-
той 3—6 м; стены быстро опустились вниз и наружные консоли
врезались в грунт на глубину 1 м. Собственный вес колодца урав-
новешивается силами трения Т2 и вертикальной реакцией грунта
Консоли изгибаются наружу.
107
Рис. 6.8. Схемы расчета наружных стеи и консолей опускного колодца
Сила трения Г2 на 1 м периметра колодца наименее возмож-
ная из всех случаев и при этом она не должна быть более 50% ак-
тивного горизонтального давления грунта на консоль.
Лобовое сопротивление R распределяется в соответствии с эпю-
рой давлений в грунте на Vi и V2 (см. рис. 6.8, г):
Л’, , 2с
U 2с tn
т
2с + т
где А?1 — сила веса половины высоты колодца плюс очередная секция, кН;
Т2—сила трения на 1 м периметра колодца, кН/м; U — периметр колодца, м.
Вследствие наклона внутренней грани консоли появится гори-
зонтальное давление грунта
//₽ = tg (а —Р),
где а — угол наклона внутренней грани коисоли к горизонту, р — угол тре-
ния материала ножа колодца по грунту, принимаемый для бетонных колодцев:
по песку р=25°, по глинистым грунтам р=18°
Изгибающий момент в сечении у корня консоли
Лк 6
МБ_Б— (2qs — qt) g —Т3 —H,)(hK—0,33)
-Vi
6-—с
2
т
—с — —
3
108
По найденному моменту армируют внутренние грани наружных
консолей.
Так как давление грунта и воды с высотой убывают, армирова-
ние стен колодца изменяют по секциям или изменяют толщину
стен. Расчетная схема стен колодца в виде замкнутой рамы приве-
дена на рис. 6.8, в. Наибольшие усилия возникают в нижних секци-
ях колодца, особенно при бетонировании тампонажного слоя, после
чего из колодца полностью откачивают воду.
Колодцы, погружаемые на местности, покрытой водой или ни-
же уровня подземных вод, после устройства тампонажного слоя
(днища) должны быть рассчитаны на всплытие в любых грунтах
на расчетные нагрузки из условия
(G/9.81 + Qz)
‘w (и>
(6.20)
где G — масса стен колодца, вычисляемая с коэффициентом надежности по
нагрузке у/ = 0,9; Qz—сила трення прн расчете на всплывание, вычисляемая как
для свай-оболочек, работающих на выдергивание; А—площадь основания колод-
ца постоянного сечения по высоте; для колодцев с уступами или наклонными гра-
нями вместо Ahw вводят объем, который вытесняет колодец, погруженный в вод},
hw —расстояние от нижней грани днища колодца до уровня воды; yw — удельный
вес воды; у/м — коэффициент надежности против всплытия, равный 1,2.
В случаях когда из шахт колодца откачана вода и заполнение
шахт бетоном или песком выполняют «насухо», армирование на-
ружных стен колодца рассчитывают на полное горизонтальное дав-
ление грунта и воды.
Первую секцию колодца высотой не более 0,8 меньшей стороны
колодца в плане необходимо проверить на изгиб в вертикальной
плоскости на наихудшие случаи работы во время изготовления и
погружения. Перед погружением первой секции с нее снимают опа-
лубку (бетонирование на месте) и удаляют все подкладки так, что-
бы изгибающие моменты от веса секции (Л1]«Л12) на последних
(фиксированных) подкладках были наименьшими (рис. 6.8,5).
При погружении колодца возможно затирание первой секции
по ее коротким граням (рис. 6.8, е) или по серединам длинных сто-
рон (рис. 6.8, ж). В первом случае расчет производят как балки на
двух опорах, во втором — как уравновешенную двухконсольную
балку.
Опускные колодцы, предназначенные для устройства заглуб-
ленных сооружений с использованием внутреннего объема в хо-
зяйственой деятельности (гаражи, очистные сооружения, храни-
лища и др.) следует проектировать в соответствии со СНиП
2.09.03-85 «Сооружения промышленных предприятий».
Контрольные вопросы
1. Исходя нз каких условий определяют толщину стен опускного колодца*
2. Чем отличается расчет первой секции опускного колодца от расчета его
наружных стен в остальных секциях?
106
РАЗДЕЛ 3
ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ
Глава 7
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДЕРЕВЯННЫХ МОСТАХ
7.1. Краткий исторический очерк развития деревянных мостов
Древесина — один из древнейших и весьма распространен,
ных конструкционных материалов. По степени распространения на
земле и длительности использования человеком с древесиной кон-
курирует только камень
В строительстве мостов человек начал использовать древесину
в глхбокой древности. Установлено, что мосты из дерева строили
еще в древнем Риме, Греции и других странах. Одним из древней-
ших является мост, построенный через р. Евфрат в Вавилоне. Вре-
мя его постройки относят к 1200—625 гг. до н. э. Мост был постро-
ен из кипарисовых и кедровых балок, покрытых настилом из паль-
мовых брусьев Опоры мосга были каменными.
Первым полностью деревянным мостом, о котором до нас до-
шли подробные сведения, является мост через р. Тибр в Риме, по-
строенный в период 638—614 ;г до н. э Конструкция этого моста
(рис. 7.1) имела много общего с современными простейшими дере-
вянными мостами. Пролетное строение состояло из шести прого-
нов /, по которым были размещены поперечины 2, а по поперечи-
нам уложен продольный настил 3. Опоры моста свайные. Под
каждый прогон пролетного строения в опорах забивались две
сваи 6 и объединялись поверху продольными насадками 5. По на-
садкам !чд сваями укладывались поперечные балки 4, на которые
опирали npotOHH пролетного строения.
Древнее мостостроение из дерева достигло наибольшего разви-
тия в период расцвета Римской империи. Римские войска во время
походов в другие страны строили много деревянных мостов, совер-
шенствуя их конструкции и способы строительства. Остатки этих
мостов были обнаружены в Германии, Франции и Англии. К этому
времени относится мост, построенный войсками Юлия Цезаря че-
рез р. Рейн в 56 г. до н. э. Опоры этого моста (рис. 7.2) выпол-
няли в виде рам, парные стойки 2 (сваи) которых забивали с про-
тивоположным уклоном и соединяли поперечными брусьями 3. По-
верху брусьев укладывали прогоны 4 и настил 5. Для защиты опо-
110
Рис 7 1 Мост через р Тибр в Риме (638—614 гг
ры от повреждения плавающими бревнами и плотами и для пре-
дотвращения подмыва свай с верховой стороны был устроен забор
из коротких свай /, а с низовой — упорные сваи 6.
Большое развитие техника деревянного мостостроения получи-
ла в XVI в. благодаря деятельности итальянского строителя Пал-
ладио. Им были предложены для мостов шпренгельные и ригель-
но-подкосные системы, а также решетчатые фермы с параллельны-
ми поясами, стойками и раскосами, сохранившиеся до настоящего
времени.
В конце XVIII и начале XIX вв. при строительстве деревянных
мостов стали использовать арочную систему Первые арочные мо-
сты из древесины были построены в Швейцарии.
В середине XIX в. американским инженером Тауном были
предложены и построены деревянные пролетные строения в виде
Рис. 7.2. Мост через р. Рейн (56 г. до н. э.)
111
. - /1 у
2
Ч7П
V
Рис 7 3 Мост с решетчатыми ферма-
ми Тауна (1820 г )
/ — верхний пояс, 2 — иижний пояс, 3 —
решетка из двух или трех слоев досок
решетчатых ферм из досок
(рис. 7.3). Фермы имели два па-
раллельных пояса 1 и 2 из досок,,
между которыми была размеще-
на стенка 3 в виде решетки из
двух или трех наклонных слоев
досок Соединение досок с пояса-
ми производилось с помощью де-
ревянных нагелей.
Одновременно с мостами Тау-
на в США появились мосты с ре-
шетчатыми фермами из брусьев.
Фермы были составлены из двух
параллельных поясов / и 4, связанных деревянными стойками 2 и
раскосами 3 Наибольшее распространение получила система Гау
(рис. 7.4), в которой растянутые стойки были заменены металли-
ческими тяжами 2. Благодаря этому, а также начальному натя-
жению тяжей раскосы ферм Г ау работали только на сжатие, что
позволило упростить их сопряжение с поясами, ограничиваясь упи-
ранием их в подушки из твердого дерева.
Во второй половине XIX и в начале XX вв. в мостостроении
стал более широко внедряться металл и затем железобетон. Поэто-
му в деревянном мостостроении принципиально новые конструк-
тивные схемы в этот период не появились.
В Древней Руси самобытное искусство строительства деревян-
ных мостов зародилось давно. Из старинных русских летописей
известно, что при Владимире Мономахе был построен в 1114 г. де-
ревянный наплавной мост через р. Днепр в Киеве. Наплавные мос-
ты были также построены через р. Дон войсками Дмитрия Дон-
ского перед Куликовской битвой. Оригинальный деревянный на-
плавной мост был наведен русскими войсками в конце XVII в. че-
рез р. Дон во время второго азовского похода. Плавучими опорами
для этого моста служили изготовленные на месте деревянные ящи-
ки, поверху которых были уложены три каната, закрепленные на
берегах. Образованная таким образом из описанных опор и кана-
тов система поддерживала поперечный дощатый настил.
Рис 7 4 Мост с решетчатыми фермами Гау
112
Интенсивное строительство деревянных мостов в России нача-
лось при Петре I в Петербурге. Мосты строились балочной и ароч-
ной систем на свайных и каменных опорах, а также наплавные.
В начале XIX в. в России при строительстве деревянных мостов
стали использовать фермы системы Гау. Выдающийся русский ин-
женер Д. И. Журавский усовершенствовал их конструкцию, разра-
ботал метод их расчета и применил при строительстве крупных
мостов.
Во второй половине XIX в. в России началось интенсивное
строительство металлических мостов, тем не меиее было построено
немало деревянных мостов с использованием системы Гау — Жу-
равского.
Во время первой мировой войны в России получили распро-
странение дощато-гвоздевые фермы.
После Великой Октябрьской социалистической революции дере-
вянные мосты получили распространение на автомобильных поро-
гах и в городах.
Строительство деревянных мостов (в основном низководных)
получило крупный размах во время Великой Отечественной вой-
ны. Эти мосты по протяженности составляли до 85% всех возво-
дившихся мостов. На реках Днепр, Неман, Днестр, Висла и Одер
войска строили и высоководные мосты. Это потребовало разработ-
ки новых типов упрощенных конструкций дощато-гвоздевых ферм
с пролетами до 30 м. Применяли также пролетные строения с ри-
гельно-раскосными фермами из бревен пролетами до 30 м, а так-
же деревянные комбинированные пролетные строения с ездою по-
низу с пролетами до 50 м.
В конце Великой Отечественной войны низководные мосты на
свайных опорах строили с темпом 4—6 м/ч, а высоководные с тем-
пом 25—30 м в день.
В послевоенный период при строительстве новых мостов все
большее распространение стал получать железобетон. В настоящее
время деревянные мосты на автомобильных дорогах практически
не строят. Они находят применение лишь как временные мосты —
подмости при строительстве капитальных железобетонных или ме-
таллических мостов. Тем не менее нельзя считать, что деревянные
мосты исчерпали себя. Они могут еще найти применение на мест-
ных дорогах в районах, богатых лесом, при условии применения
более совершенных конструктивных форм, рассчитанных на инду-
стриальные методы изготовления и возведения, при условии осна-
щения мостостроительных организаций специальными мостострои-
тельными средствами.
В СССР есть также предпосылки для более широкого примене-
ния клееных конструкций в мостостроении. Зарубежный опыт
строительства и эксплуатации клееных мостов свидетельствует об
эффективности их применения. Они достаточно надежны и долго-
вечны при строгом соблюдении технологии склеивания.
113
7.2. Материалы для деревянных мостов
Для деревянных конструкции мостов рекомендуется применять
древесину сосны, ели, лиственницы и пихты Древесина этих пород
имеет высокую прочность при небольшом удельном весе В совре
менных условиях, при наличии разнообразного лесопильного обо-
рудования, все виды пород поддаются обработке
В природных условиях ствол дерева работает на сжатие с про-
дольным и поперечным изгибом В связи с этим лесоматериал при-
способлен для работы в сжатых и изгибаемых элементах мостовых
конструкций Лесоматериал, не имеющий природных дефектов
(сучков, косослоя), хорошо работает и на растяжение
Древесине свойственна высокая неоднородность строения, проч
ность различных участков ствола дерева как по толщине, так и по
длине существенно различна Наибольшую прочность имеют внеш
ние слои ствола древесины, поэтому в мостах целесообразно при
менять кру1лый лес с сохранением его естественной коничности
Растянутые и изгибаемые элементы пролетных строений должны
выполняться из древесины 1-го сорта Остальные элементы конст-
рукции мостов могут быть выполнены из древесины 2-го сорта
В клееных балках прямоугольного сечения допускается древе-
сина 1-го и 2-го сортов в наиболее напряженных зонах (в преде-
лах ’/fa высоты от кромок, но не менее двух досок) следует приме
нять пиломатериалы 1-го сорта, в остальных зонах допускается
применять пиломатериалы 2-го сорта
Для изготовления деталей, находящихся в условиях интенсив
ного напряженною состояния, следует применять отборную древе
сину твердых лиственных пород (дуба, бука, ясеня и граба)
Влажность применяемой древесины должна быть для бревен —
не более 25%, пиломатериалов — не более 20%, пиломатериалов,
используемых для клееных конструкций — не более 12%
Для элементов верхнего насгила, поперечин в проезжей части
и колесоотбойных брусьев допускается применять древесину с
влажностью до 40% Влажность древесины для свай и других эле-
ментов опор, располагаемых ниже уровня меженных вод, не огра-
ничивается
Расчетные сопротивления древесины сосны 1-го
сорта в зависимости от ее влажности принимают по табл 97 СНиП
2 05 03-84 Для древесины 2-го сорта расчетные сопротивления при-
нимают меньше, чем для 1-го сорта, на 30% при растяжении вдоль
волокон, иа 10% — при всех других видах напряженного состоя-
ния
Расчетные сопротивления клееной древесины сосны при толщи-
не склеиваемых досок 33 мм и высоте элементов 50 см и менее при-
нимают по табл 98 СНиП 2 05 03-84
При использовании в клееных элементах досок другой толщи-
ны расчетные сопротивления следует умножать на коэффициенты
114
работы, равные 1,1 при толщине досок 19 мм и менее; 1,05 — при
толщине досок 26 мм; 0,95 — при толщине досок 43 мм. При увели-
чении высоты клееного элемента расчетные сопротивления древе-
сины снижаются; их следует умножить на коэффициенты условий
работы, приведенные ниже.
Н .................. <50 60 70 80 100 120
У..................... 1 0,96 0,93 0,9 0,85 0,8
Для древесины других пород расчетные сопротивления сосны
умножают на коэффициенты перехода, приведенные в табл. 101
СНиП 2.05.03-84.
Модули упругости природной древесины всех пород (при
сжатии и растяжении вдоль волокон и при изгибе) принимают при
определении деформаций от постоянных нагрузок 8340 МПа, от
временных нагрузок—9810МПа. Модуль упругости клееной древе-
сины при определении деформаций от любых нагрузок принимают
равным 9810 МПа. Модуль упругости древесины при сжатии попе-
рек волокон принимается 392 МПа. Свежесрубленная древесина
хвойных пород имеет плотность около 850 кг/м3, воздушно-сухая
древесина — 600 кг/м3.
Основными недостатками древесины как материала для мостов
являются опасность загнивания и возгорания. Срок службы мостов
из неантисептированной древесины составляет не более 15 лет.
При обработке древесины антисептиком и хорошем надзоре в про-
цессе эксплуатации деревянные мосты могут служить 25—30 лет
и более.
Возгорание древесины в автодорожных мостах предотвращает-
ся системой противопожарных мероприятий.
В деревянных мостах может найти применение также облаго-
роженная человеком древесина — бакелизированная фанера и дре-
веснослоистые пластики. Эти материалы получаются путем склеи-
вания березового шпона фенолформальдегидными смолами. Плот-
ность бакелизированной фанеры 1000 кг/м3, предел прочности при
растяжении и изгибе 90—150 МПа, при сжатии 70—100 МПа, при
скалывании по клеевому шву 13 МПа.
Для стальных элементов деревянных мостов применяют круг-
лые стержни, полосовую сталь, уголки, швеллеры, двутавры. Ши-
роко применяют также гвозди, болты, штыри и скобы. Для склеи-
вания элементов конструкций применяют фенольные, резорцино-
вые и фенолрезорциновые клеи, обладающие необходимой прочно-
стью, водостойкостью, биостойкостью и долговечностью.
7.3. Основные системы деревянных мостов
В настоящее время строительство новых деревянных мостов на
автомобильных дорогах практически приостановлено, ведется
лишь содержание существующих деревянных мостов, которые сохра-
115
лились в основном на дорогах местного значения. Так, на террито-
рии РСФСР в настоящее время еще имеется 25 тыс. деревянных
мостов общей протяженностью 315 км, что составляет 27% всех
мостов на территории РСФСР. При этом на дорогах общегосу-
дарственного значения деревянные мосты составляют 4,7%, на
дорогах республиканского значения 14%, местного значения 39%^
Поставлена задача заменить все деревянные мосты железобетон-
ными. Однако на дорогах местного значения они, по-видимому,
будут существовать еще долго, возможна и замена их новыми,
более современными конструкциями деревянных мостов.
В настоящее время на автомобильных дорогах эксплуатируют-
ся деревянные мосты, в которых используются следующие систе-
мы: балочные, распорные и комбинированные.
Наиболее широкое применение нашли простейшие балочные
разрезные мосты (рис. 7.5, а). Они имеют пролетные строения с не-
сущими конструкциями в виде простых одноярусных, сложных и
составных двух- и трехъярусных прогонов, поддерживающих про-
езжую часть. Эти мосты не требуют больших затрат материалов,
имеют простую конструкцию, позволяющую индустриализировать
процессы изготовления и возведения моста. При использовании
простых прогонов мосты имеют пролеты 6—8 м, а при использова-
нии составных прогонов или клееных балок — до 24 м.
При необходимости перекрытия больших пролетов используют-
ся более сложные балочные разрезные пролетные строения с несу-
щими конструкциями в виде решетчатых ферм различных видов.
Пролеты до 24 м могут быть перекрыты пролетными строения-
ми с ригельно-раскосными фермами (рис. 7.5, б) из бревен или
брусьев с металлическими нагельными соединениями. Эти фермы
Рис 7.5 Основные виды балочных деревянных мостов
116
Рис. 7.6. Основные виды распорных
деревянных мостов
не приспособлены для индустриального изготовления и механизи-
рованной сборки, поэтому мосты с фермами этого вида неперспек-
тивны.
Широкое применение для перекрытия пролетов до 30 м получи-
ли пролетные строения с фермами Гау — Журавского
(рис. 7.5, в), образуемыми из бревен или брусьев и металлических
тяжей в растянутых стойках. Для обеспечения большей надежно-
сти и увеличения срока службы нижний и верхний пояс в фермах
Гау — Журавского могут быть выполнены металлическими. Фер-
мы Гау — Журавского приспособлены для заводского изготовле-
ния и индустриальной сборки.
Нашли применение также пролетные строения с дощато-
гвоздевыми фермами (рис. 7.5,г). Они проще при изго-
товлении, но менее долговечны, чем фермы Гау—Журавского. Их
применяют в мостах, рассчитанных на ограниченный срок службы.
Дощато-гвоздевые фермы позволяют сборку из блоков, изготовлен-
ных на заводе.
Простейшими деревянными мостами распорной системы явля-
ются подкосные мосты (рис. 7.6, а), имевшие в прошлом
широкое распространение на автомобильных дорогах. В настоящее
время подкосные системы не применяются, они требуют трудоем-
кой ручной работы вследствие значительного количества врубок и
необходимости подгонки элементов по месту. Они совершенно не
приспособлены для индустриального строительства.
К распорным системам также относятся арочиые и висячие мос-
ты, которые встречаются на автомобильных дорогах.
Арочные деревянные мосты (рис. 7.6, б) бывают целесооб-
разны в горных районах. Деревянными арками можно перекры-
117
вать пролеты до 50 м, а при использовании клееных арок — и боль-
шие пролеты.
Висячие мосты с деревянными балками жесткости, поддер-
живаемыми стальными канатами, применяют в горных районах
для перекрытия препятствий, достигающих 80—100 м.
В деревянных мостах применяются и комбинированные систе-
мы. Так, при пролетах до 60 м может быть использована конструк-
ция, состоящая из балки жесткости, представляющей собой решет-
чатую ферму (рис. 7.6, в), усиленную гибкой аркой.
Возможны также вантовые мосты с балками жесткости из раз-
личных деревянных конструктивных элементов: ферм, коробок.
Дальнейшее развитие деревянных мостов в современных усло-
виях возможно в районах, богатых древесиной, при условии ис-
пользования конструктивных решений, приспособленных для ин-
дустриальною изготовления и строительства. Необходимо реши-
тельно отказаться от конструктивных решений, не ориентирован-
ных на широкое применение средств механизации.
Контрольные вопросы
1 Какие требования предъявляют к древесине для автодорожных мостов?
2 От каких факторов зависят расчетные сопротивления древесины’
3 Какие применяются системы деревянных мостов?
4 Каковы области рационального применения деревянных мостов?
Глава 8
ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ МАЛЫХ ПРОЛЕТОВ
8.1. Компоновка и основные типы конструктивных
решений мостов малых пролетов
Деревянные мосты малых пролетов могут найти применение на
автомобильных дорогах III, IV и V категорий, а также на автомо-
бильных вн}трихозяйственных дорогах в колхозах и совхозах ка-
тегорий Ьс, П-с и Ш-с. На дорогах категорий V, П-с и Ш-с их
устраивают с габаритами Г-4,5 или Г-6 для одной полосы движе-
ния, а на дорогах категорий III, IV и 1-с — с габаритом Г-7 для
свух полос движения. Пролеты этих мостов принимают равными
3, 6 и 9 м.
Деревянные мосты малых пролетов по своей конструкции—
наиболее простые балочные мосты. Они состоят из простейших ба-
лочных пролетных строений и опор (рис. 8.1). Пролетное
строение состоит из несущей и проезжей части. Несущая часть
пролетных строений деревянных мостов малых пролетов может
быть выполнена из отдельных деревянных простых или сложных
118
Рис 8 1 Схема простейших деревянных балочных мостов
/ — свая заборной стенки, 2 ~ заборная стенка, 3 — бордюрный (колесоотбойный) брус, 4~
верхний настнл, 5 — нижний поперечный настнл, б —прогоны, 7 — насадка 8 — наклонная
(диагональная) схватка, 9— горизонтальная схватка, 10— свая
прогонов, блоков простых или сложных прогонов, а также из клее-
фанерных блоков. Несущие элементы поддерживают конструкцию
проезжей части с тротуарами и перилами.
Проезжую часть деревянных мостов малых пролетов на доро-
гах самых низких категорий выполняют деревянной. На мостах
с двумя полосами движения применяют асфальтобетон по деревян-
ному настилу. Возможно также устройство проезжей части из же-
лезобетонной плиты
Опоры, поддерживающие пролетные строения, разделяют на
промежуточные и крайние, обеспечивающие сопряжение
моста с насыпью подходов.
Промежуточные опоры деревянных мостов малых пролетов мо-
гут быть свайными, рамными, свайно-рамными и клеточными (ря-
жевыми) .
Свайные опоры являются основным видом опор, их при-
меняют во всех случаях, когда грунт допускает забивку свай. Сваи
по верху объединяют насадкой, на которую опирают пролетные
строения. При высоте опор не более 4 м в многопролетных мостах
их устраивают из одного поперечного ряда свай. При высоте опор
более 4 м для увеличения продольной жесткости моста и восприя-
тия тормозных усилий устраивают отдельные двухрядные (башен-
Рис 8 2 Схема плоских и башенных опор простейших мостов
119
ные) опоры (рис. 8 2). Башенные опоры по длине моста распола-
гают через каждые три — пять пролетов в зависимости от перекры-
ваемых пролетов и высоты опор, но не реже чем через 20—25 м
8.2. Конструкция проезжей части
На дорогах местного значения и сельских при слабом движе-
нии деревянные мосты могут иметь проезжую часть в виде попе-
речносо насгила из круглых бревен (рис. 8.3, а) или пластин
(рис 8.3, б) Бревна или пластины укладывают поверх прогонов и
закрепляют прижимными бревнами, которые служат одновремен-
но и барьерным ограждением. Рассмотренная конструкция проез-
жей части возможна только при проезде автомобиля по мосту с
сильно сниженной скоростью.
Для обеспечения более благоприятных условий движения по
мосту проезжую часть устраивают с дощатым верхним настилом.
Его конструкция зависит от расстояния между прогонами. При
малом расстоянии между прогонами (до 0,5 м) проезжая часть со-
стоит из сплошного слоя поперечных пластин, поверх которого ук-
ладывают одиночный настил из досок, уложенных вдоль моста
(рис. 8.3, в). При больших расстояниях между прогонами попере-
чины по ним располагают реже и делают их более мощными. По
поперечинам укладывают двойной дощатый настил (рис. 8.3, г)
Доски нижнего настила в этом случае направлены вдоль моста, их
укладывают с зазорами 2—3 см, обеспечивающими проветривание
Рис 8 3 Конструкция проезжей части простейших мостов
/—прижимное бревно, 2 — бревно наката, 3 — прогон, 4 — пластина наката, 5 — верхний
продольный дощатый настил 6 — поперечина, 7 — верхний поперечный дощатый настил, 8 —
нижннй продольный дощатый настил, 9— асфальтобетонное покрытие, 10 — гвозди дерево
плиты
120
Рис 8 4 Конструкции тротуаров и перил
1 — прогон, 2 — поперечина, 3 — колесоотбойный брус, 4 — продольный трртуарный настил,
5 — перильное заполнение 6 — поручень, 7 —перильная стойка, 8 — перильный подкос, 9—
тротуарный коротыш, 10 — поперечный тротуарный иастил, 11 — тротуарная продольная
балка
настила. Верхний настил может быть поперечным и продольным.
Он защищает нижний настил от износа, сам работая на износ.
Толщину досок верхнего настила принимают не менее 5 см.
На дорогах с асфальтобетонным покрытием мосты устраивают
с проезжей частью в виде деревоплиты. Деревоплиту образуют из
досок, уложенных на ребро и объединенных между собой клеем
или гвоздями (рис. 8.3, д). При этом получается довольно жесткая
плита, способная воспринимать нагрузку и передавать ее на про-
гоны. По верху деревоплиты устраивают слой асфальтобетонного
покрытия. Для обеспечения лучшей связи асфальтобетона с плитой
доски деревоплиты делают разной ширины, чтобы получилась гре-
бенчатая поверхность с выступами высотой 2—3 см.
Толщину слоя асфальтобетона над выступающими кромками
досок деревоплиты принимают 4—6 см. Для обеспечения большего
срока службы доски деревоплиты антисептируют, а в асфальтобе-
тонном покрытии необходимо устройство гидроизоляции.
По деревянным несущим элементам возможно устройство про-
езжей части в виде железобетонной плиты с асфальтобетонным по-
крытием. Такую проезжую часть устраивают на дорогах более вы-
соких категорий. Хорошая гидроизоляция обеспечивает наиболь-
шую долговечность деревянных мостов.
Конструкция проезжей части должна быть надежно прикрепле-
на к несущим элементам, с тем чтобы могла передавать возникаю-
щие горизонтальные продольные и поперечные усилия при тормо-
жении автомобилей или при корректировке направления их дви-
жения.
Тротуары простейших деревянных мостов выполняют повышен-
ного типа с продольным или поперечным дощатым настилом. Дос-
ки продольного настила укладывают на короткие поперечные под-
кладки из брусьев, прикрепляемых к поперечинам (рис. 8.4, а).
121
Доски поперечного настила одним концом опирают на колесоот-
бой, а другим на продольную тротуарную балку (рис. 8.4,6); что-
бы колеса подвижной нагрузки не задевали досок тротуарного на-
стила, для них в колесоотбойном бревне устраивают продольный
паз.
Ограждающие тротуар перила состоят из перильных стоек, ук-
репленного к ним поручня и расположенных ниже поручня эле-
ментов перильного заполнения, обеспечивающего безопасность пе-
шеходов. Для более надежного закрепления перильных стоек при-
меняют усиление их перильными подкосами (см. рис. 8.4, а).
8.3. Конструкции пролетных строений из простых прогонов
Несущую часть пролетных строений деревянных мостов малых
пролетов чаще всего устраивают из простых деревянных прогонов.
С целью уменьшения объема работ при возведении моста, сокра-
щения численности рабочих и эффективного использования при
строительстве кранов отдельные элементы пролетных строений ре-
комендуется заранее объединять в блоки, масса которых должна
соответствовать грузоподъемности применяемых автомобильных
кранов, а габариты — используемым для перевозки транспортным
средствам. Изготовление блоков целесообразно при индустриаль-
ной централизованной заготовке элементов мостовых конструкций.
Из отдельных элементов деревянные мосты строят в случае за-
готовки лесоматериалов в непосредственной близости от места
строительства, при небольшом объеме работ и отсутствии пилорам.
Основным типом блоков для пролетных строений с простыми
деревянными прогонами может быть рекомендован колейный блок,
в котором заранее объединяются прогоны и проезжая часть
(рис. 8.5). Он является транспортно-монтажным блоком и в наи-
большей степени подготовлен к сборке пролетного строения при
строительстве моста.
Ширину колейного блока целесообразно принимать 2,0—2,4 м,
что соответствует ширине кузова транспортных автомобилей.
В поперечном сечении моста с одной полосой движения с габа-
ритом Г-4,5 два таких блока располагаются с межколейным про-
светом (рис. 8.6, а), который закрывается межколейным щитом.
Пролетное строение двухпутного моста образуется из трех та-
ких колейных блоков, при этом средний блок не имеет колесо-
отбоев (рис. 8.6, в).
Колейный блок целесообразно применять при пролетах 3 и
6 м, в этом случае он состоит из четырех-пяти простых прогонов,
поперечного рабочего настила, располагаемого по прогонам, и про-
дольного защитного настила, укладываемого колеей шириной
1,5 м.
122
Рис ».5 Колейный блок с простыми прогонами и настилом
Рабочий и защитный настилы выполняют из досок толщиной
5 см. Доски рабочего настила прибивают гвоздями к каждому
крайнему прогону, а к промежуточным — через одну в шахматном
порядке. Доски защитного настила прибивают к рабочему настилу7
двумя гвоздями по концам доски и по одному гвоздю через 100—
150 см по длине.
Для обеспечения работ при креплению колейных блоков к на-
садкам опор настил в блоке обрывают на расстоянии 50 см от
концов прогонов. После укладки блоков на опоры и их закрепления
концы прогонов закрывают закладными щитами, состоящими из
досок поперечного настила с закрепленными участками защитных
колей.
Межколейные щиты устраивают со средним колесоотбоем (см.
рис. 8.6. а), который препятствует заезду колеса подвижной на-
грузки на середину щита.
Простые прогоны блочных пролетных строений выполняются
из бревен, опиливаемых на два канта по всей длине, с шириной
канга не менее ’/з диаметра бревна в тонком конце. Высота всех
прогонов в пролетном строении должна быть одинаковой. Снятие
канта снизу ослабляет прогон, но обеспечивает возможность поста-
123
новки связей, объединяющих прогоны в блоки и обеспечивающих
горизонтальную жесткость и неизменяемость при изготовлении и
транспортировке.
Прогоны по ширине блока целесообразно располагать равно-
мерно с разворотом относительно оси моста (см. рис. 8.5). Разво-
рот прогонов обеспечивает однотипность всех прогонов и блоков,
а также возможность укладки блоков на насадку любым концом.
Концы прогонов опиливаются на клин с уклоном 1 -. 5 симмет-
рично с обеих сторон. При этом торцы всех прогонов делают оди-
наковой ширины 8 см по условию смятия при опирании их на на-
садку опоры. Указанная обработка концов прогонов обеспечивает
размещение впереплет прогонов смежных пролетов на насадках
плоских опор (рис. 8.7).
Длину прогонов принимают на 50 см больше расчетного проле-
та моста. Это позволяет перекрывать пролеты в случае отклонения
полученного размера пролета от проектного. В связи с этим на
концах прогонов для забивки штырей, прикрепляющих прогон
к опоре, сверлят три отверстия (см. рис. 8.7). Одно из этих отвер-
стий обеспечит рациональное положение штыря в насадке. Для
крепления прогонов к насадке используют штыри d=16 мм с глу-
биной заделки в насадке не менее 15 см.
Пролетное строение с простыми прогонами может быть обра-
зовано из блоков прогонов и поперечных щитов проезжей части,
перекрывающих блоки прогонов на всю ширину моста (см. рис.
8.6, б). Блок простых прогонов состоит из пяти прогонов, объеди-
Рис. 8.6. Типы поперечных сечений пролетных строений мостов из колейных блоков
124 У
ненных снизу двумя поперечны-
ми и одной диагональной схват-
ками, устанавливаемыми так же,
как и в колейных блоках. Для
повышения жесткости блоков про-
стых прогонов при их транспор-
тировке и укладке на опоры свер-
ху к прогонам прикрепляются
временные поперечные и диаго-
нальные схватки, которые снима-
ются перед укладкой щитов на-
стила.
Неразрезной по ширине моста
поперечный настил обеспечивает
Рис. 8 7. Узел соединения прогонов-
впереплет:
/ — насадка; 2 — отверстия для штырей:
2 — штырь
более благоприятную совместную
работу прогонов в пролетном строении. Это позволяет применять
конструкции такого типа из бревен d=21 и d=33 см с пролетами
соответственно 3 и 6 м.
Размер щитов проезжей части вдоль пролетного строения этой
конструкции назначают из условий удобства монтажа, перевозки
и получения целого числа щитов. Его принимают равным 1,5 м.
При большом расстоянии между прогонами соседних блоков
в настилочных щитах может устанавливаться средний колесоотбой
(см. рис. 8.6,6), исключающий возможность попадания колеса на
середину щита и позволяющий за счет этого уменьшить толщину
элементов рабочего настила в щите.
Конструкция деревянного пролетного строения, собираемого из
•отдельных простых прогонов, более проста в изготовлении, чем
при колейных блоках и блоках прогонов, но более трудоемка на
препятствии.
Пролетное строение из отдельных элементов состоит из прос-
тых прогонов, двойного дощатого настила и колесоотбоев. Количе-
ство прогонов по ширине однопутного моста колеблется от 6 до
12, а в двухпутных мостах достигает 14 и зависит от пролета, диа-
метра прогонов и расчетной нагрузки. При различном количестве
прогонов по ширине моста суммарный расход лесоматериалов на
проезжую часть и прогоны примерно одинаков. Это объясняется
тем, что с уменьшением количества прогонов увеличивается пролет
поперечного настила и в связи с этим увеличивается сечение попе-
речного настила.
Простые прогоны для пролетных строений, собираемых из от-
дельных элементов, могут иметь такую же конструкцию, как и про-
гоны в колейном блоке. Кроме того, простые прогоны для этих
пролетных строений могут быть выполнены вручную из круглых
бревен. При изготовлении простых прогонов вручную бревна свер-
ху выравнивают для опирания настила. Снизу прогоны подтесыва-
ют по концам на длине 60—70 см так, чтобы высота всех прогонов
125
Рис. 8.8. Блок сложных прогонов:
/ — прогон; 2 — поперечная схватка; 3 — укороченная схватка; 4— диагональная схватка
на обоих концах была одинаковой. Подтеску бревен делают поло-
гой с наклоном не более 1 . 4 и не более чем на V3 толщины бревна,
чтобы ие допустить откола древесины.
Прогоны укладывают поочередно комлями в разные стороны,
чтобы суммарное сечение всех прогонов по обе стороны от середи-
ны пролетов было одинаковым. Над опорами прогоны соседних
пролетов укладывают вразбежку, как и прогоны колейных блоков.
Прогоны крепят к насадкам штырями через заранее подготовлен-
ные отверстия.
Доски поперечного настила прикрепляют к прогонам одиночны-
ми гвоздями в шахматном порядке через один прогон. Доски за-
щитного настила обычно стыкуются над опорами. При недостаточ-
ной длине досок стыки располагаются вразбежку, чтобы в любом
126
сечении стыковалось не более 1/з досок. Доски прикрепляют к ра-
бочему настилу гвоздями из расчета по два гвоздя на каждый ко-
нец доски, а по длине — по одному гвоздю через 100—150 см.
8.4. Конструкции пролетных строений из составных прогонов
Составные прогоны в качестве несущих элементов пролетных
строений деревянных мостов применяют при пролетах 3 м при не-
обходимости применения лесоматериала диаметром 20—22 см, а
также при пролетах 6 м при использовании бревен диаметром не
более 33 см. Сложные прогоны могут быть изготовлены из бревен,
опиленных на два канта, и из круглых бревен.
Пролетные строения могут быть составлены из блоков состав-
ных прогонов или из отдельных составных прогонов. Пролетное
строение из блоков сложных прогонов образуется из двух блоков
прогонов, уложенных на опоры, двух или трех щитов проезжей ча-
сти и двух колесоотбоев.
Блок сложных прогонов (рис. 8.8) состоит из двух ярусов окан-
тованных бревен, между концами которых располагаются доща-
45 __________160
/
----------------\------
Z
Рис 8.9 Щит пастила:
1 верхний слой, 2 нижний слой
L/2-5CM
127
тые прокладки, а по длине — схватки (две концевые поперечные,
одна диагональная и две средние х пороченные). Дощатые про-
кладки и схватки прибивают к каждому нижнему бревну прогонов
двумя гвоздями Бревна верхнего и нижнего ярусов соединяют
штырями, забиваемыми в нижние бревна через заранее просвер-
ленные отверстия в бревнах верхнего яруса и дощатых схватках.
По длине каждого прогона забивают три штыря — один по середи-
не и два по концам.
Щит настила (рис. 8.9), как и в пролетном строении из блоков
простых прогонов, состоит из двух слоев досок толщиной 5 см.
Щит настила для однопутного моста делают шириной 4,8 м и не
более 1,5 м. Щиты настила в местах примыкания друг к другу при-
бивают гвоздями к каждому прогону и закрепляют колесоотбоями.
Пролетное строение из отдельных элементов состоит в этом слу-
чае из сложных прогонов, двойного дощатого настила и колесо-
отбоев.
Сложный прогон (рис. 8.10, а) образуется из двух бревен, уло-
женных одно на другое комлями в разные стороны и скрепленных
Рис 8 10 Блок из сложных прогонов, обеспечение его устойчивости
I — прогон, 2 — связи из досок, 3 — штырь; 4 — скоба
128
между собой тремя штырями.
При изготовлении сложного про-
гона вручную верхнее бревно под-
тесывается сверху и снизу, а ниж-
нее сверху. Снизу производится
подтеска на концах такая же, как
в простых прогонах. Устойчи-
вость сложных прогонов от опро-
кидывания обеспечивается уста-
новкой поперечных связей, соеди-
няющих прогоны попарно (рис.
Рис 8 11 Поперечные связи сложных
прогонов:
/ — сложный прогон, 2 — обрезок доски,
3— закладная доска, 4 — гвоздь, 5 —
штырь, 6 — местная подтеска прогона
8.10, б).
Поперечные связи (рис. 8.11)
выполняют из обрезков досок,
прибиваемых заблаговременно
к подтесанной боковой поверхно-
сти прогонов.
После укладки прогонов на
опоры в зазоры между прибитыми
досками вставляют закладные доски, которые прибивают наклон-
ными гвоздями. Верхние бревна прогонов смежных пролетов над
промежуточными опорами соединяют попарно скобами.
Двойной дощатый настил к сложным прогонам крепят так же,
как и в пролетном строении, составленном из отдельных простых
прогонов.
8.5. Конструкции пролетных строений
из клеефанерных блоков
Пролетные строения из клеефанерных блоков относятся к кон-
струкциям промышленного изготовления, позволяющим строить
мосты с пролетами до 9 м. Клеефанерный блок коробчатого сече-
ния обеспечивает высокую подготовленность конструкции к сборке
пролетного строения, эффективное использование прочностных
свойств материалов, используемых в нем.
Исходный клеефанерный коробчатый блок (рис. 8.12) образуют
из трех коробчатых продольных ребер, нижнего поясного листа и
трехслойного верхнего пояса. Между продольными ребрами распо-
лагаются приклеенные к ним и к поясным листам диафрагмы,
создающие поперечную жесткость блока. Каждое продольное реб-
ро состоит из двух фанерных стенок и поясных досок, обеспечива-
ющих объединение стенок и присоединение ребер к поясным лис-
там. Между фанерными стенками продольных ребер вклеены до-
щатые ребра жесткости у диафрагм и в промежутках между ними
на расстоянии, равном не более 65 толщин фанеры.
5 Зак 400 129
Продольные ребра могут быть
одностенчатыми. Двустенчатые
продольные ребра целесообразно
применять при малых толщинах
фанеры. При большом количестве
вертикальных продольных сте-
нок в поперечном сечении блока
и малой его стоительной высоте
двухстенчатые ребра более тех-
Рис 8 12 Поперечное сеченне клеефа- нелогичны, чем одностенчатые.
верного блока Размеры соединительных эле-
ментов, объединяющих продоль-
ные ребра с поясами, определяют из условия прочности клеевых
швов, при этом толщина соединительных поясных досок и соедини-
тельных брусков не должна быть менее 4 см.
Верхний пояс, работающий на общее и местное действие на-
грузки, выполняют трехслойным, в нем используют два слоя фане-
ры, между которыми вклеен слой досок с расположением волокон
вдоль или поперек оси блока. По технологическим соображениям
целесообразно набирать средний слой из коротких досок разной
ширины, размещенных поперек оси блока.
Клеефанерный блок изготавливают длиной 9,5 м, высотой 55 см
и шириной 1,1 м. Блоки объединяются попарно (рис. 8.13) помой-
ными брусьями в транспортно-монтажные блоки длиной 9,5 м и
шириной 2,2 м.
Пролетное строение однопутного моста имеет в поперечном се-
чении два транспортно-монтажных блока. Двухпутное пролетное
строение образуется из трех уложенных рядом таких блоков.
Помочные брусья, объединяющие попарно клеефанерные бло-
ки, обеспечивают совместную работу блоков. Клеефанерные блоки
Рис. 8 13. Клеефанерный блок, объединенный помочными брусьями
130
в совместную работу в составе пролетного строения могут вклю-
чаться без помочных брусьев с помощью обжатия блоков по всей
ширине пролетного строения стальными стержнями в плоскостях
средних диафрагм. Стержни целесообразно размещать над ниж-
ним поясным листом.
Для обеспечения неизменности контура поперечного сечения
блока между его продольными ребрами вклеивают фанерные кон-
цевые и промежуточные диафрагмы Расстояние между диафраг-
мами принимают в пределах 2—2,5 м.
Опирание клеефанерных блоков на плоские опоры обеспечива-
ется концевыми гребенками с различной конструкцией концов бло-
ков. По клеефанерному пролетному строению может быть уложе-
но асфальтобетонное покрытие, если оно используется на примы-
кающей дороге.
8.6. Опоры мостов малых пролетов
Опоры деревянных мостов малых пролетов могут быть свайны-
ми, рамными, свайпо-рамными и клеточными.
Свайные опоры являются основными для деревянных мостов
малых пролетов. Они создают высокую продольную и поперечную
жесткость мостов, дают небольшие осадки, характеризуются наи-
меньшей трудоемкостью изготовления. Свайные опоры применяют
во всех случаях, когда грунт допускает забивку свай. Сваи заби-
вают в грунт на глубину не меньше 3,5—4 м.
Плоская свайная опора (рис. 8.14, а, б) состоит из свай, насад-
ки, поперечных связей в виде горизонтальных и диагональных
схваток. Поперечные связи обеспечивают поперечную жесткость
опоры. Схема связей изменяется в зависимости от глубины воды
и положения насадки над уровнем воды. При высоте опоры до 2 м
ее жесткость обеспечивается без постановки поперечных связей
(рис. 8.15, а). При высоте опор 2—3 м для обеспечения их попереч-
Рис 8 14 Схема плоской свайной опоры однопутного моста
—свая, 2— насадка, 3 — схватка, 4 - диагональная схватка, 5 — штырь
5*
131
Рис 8.15. Схемы свайных опор:
1 — коренная свая, 2 — укосина 3 — откосная свая
нои жесткости ставят горизонтальные (рис. 8.15,6), а при высоте
больше 3—4 м и диагональные схватки (рис. 8.15, в).
При высоте опор больше 4 м для увеличения их поперечной же-
сткости и лучшего сопротивления горизонтальным воздействиям
ставят укосины, которые своими нижними концами упираются в
дополнительные откосные сваи (см. рис. 8.15, г), связанные с ко-
ренными сваями горизонтальными схватками. В опорах высотой
больше 6 м поперечные сваи разделяют горизонтальными схватка-
ми на ярусы высотой 3—4 м (рис. 8.15, д). Нижние горизонтальные
схватки в опорах ставят на 0,3—0,5 м выше уровня меженных вод.
Количество коренных свай в опоре однопутного моста обычно
четыре, двухпутного моста — шесть. Расстояния между сваями
принимают из условия обеспечения наиболее выгодной работы на-
садки. Диаметр сваи с тонкого конца составляет 16—20 см.
При большой высоте опоры сваи приходится наращивать по
длине. Наращивание производится вполдерева (рис. 8.16) с помо-
рие. 8 16. Схема наращивания свай
132
щью болтов и нагелей d = 20 мм.
Длину сроста для всех диаметров
свай принимают одинаковой
75 см. Для повышения попереч-
ной жесткости опор плоскость
стески бревен в стыке должна
быть параллельна оси моста.
Насадка обычно представляет
собой опиленное на два канта
бревно, имеющее по всей длине
постоянную высоту. Диаметр на-
садки с тонкого конца принимают
в пределах 24—27 см. В этом слу-
чае высота насадки составляет
20—23 см. Ширину стески наса-
док целесообразно иметь несколь-
ко больше половины их диаметра,
что обеспечивает условие прочно-
сти по смятию древесины поперек
волокон. В двухпутных мостах в
связи с меньшими расстояниями
между сваями и увеличением числа площадок смятия диаметр на-
садок получается несколько меньшим, чем в однопутных мостах.
Крепление насадки к каждой свае осуществляется заершенным
штырем d=16 см и длиной не менее двух толщин насадки. Для
штырей в насадке заранее необходимо сверлить отверстия.
Схватки поперечных связей в опорах выполняют из пластин,
прикрепляемых к насадке и сваям штырями d=16 мм, или из до-
сок толщиной не менее 5 см, прибиваемых гвоздями. Насадка в
местах присоединения к ней схваток подтесывается с боков до
толщины, равной толщине свай.
Для обеспечения продольной устойчивости моста при высоте
опор более 2 м целесообразно устанавливать продольные связи.
Элементы связей могут быть выполнены из пластин d=20-4-22 см
или бревен небольшого диаметра, которые необходимо крепить к
сваям штырями ^=1бмм через заранее просверленные отверстия
в схватках. При длине схваток до 5 м допускается применять дос-
ки толщиной 8 см. В опорах, возвышающихся над уровнем воды
более 1,5 м, и при пролетах до 6 м схватки располагают только в
надводной части опор (рис. 8.17). При этом, кроме диагональных,
ставят горизонтальные схватки у воды, располагая их по одной с
каждой стороны моста.
При скальном или каменистом грунте, не допускающем забив-
ки свай, а также при плотных песчаных и гравелистых грунтах
опоры могут быть рамными, без забивки свай. Применение таких
опор требует принятия специальных мер от сдвига их течением.
Рамные опоры целесообразны в мостах через суходолы, ско-
топрогоны, а также в путепроводах, где опоры располагаются на
сухом месте. Их закладывают в котлованах непосредственно на
естественном грунте.
Рис. 8 17. Схема прикрепления элементов продольных связей к сваям
133
Рис. 8 18 Схема плоской рамной опоры
Рамная опора включает в себя насадку, стойки, лежень, диа-
гональные схватки и подкладки.
В рамных опорах однопутных мостов применяют четыре (рис.
8.18, а), а в двухпутных мостах (рис. 8.18, б) шесть стоек.
Рамные опоры, как и свайные, возводят плоскими или башен-
ными. Плоские рамные опоры применяют при высоте до 5 м, при
большей высоте применяются башенные рамные опоры.
В башенных опорах (рис. 8.19) плоские рамы соединяют меж-
ду собой продольными диагональными и горизонтальными схват-
ками.
Свайно-рамные опоры (рис. 8.20) возводят тогда, когда пролет-
ное строение располагается на большой высоте над уровнем во-
ды, когда наращивание свай целесообразно заменять установкой
заранее изготовленных рамных надстроек.
Свайно-рамная опора состоит из свайного ростверка и рамной
надстройки. Лежни рам соединяются с насадками свайного рост-
Рис. 8.19. Схема башенной рамной опоры
134
Рис. 8.20. Схема плоской свайно-рамной опоры
верка штырями. При высоте опоры более 4,0 м рамы снабжаются
укосинами, устанавливаемыми с уклоном от 4 : 1 до 3 : 1. Верхний
конец укосины прирубается к свае и насадке (рис. 8.21, слева),
а нижний врезается в лежень и крепится металлической скобой
(рис. 8.21, справа).
Клеточные опоры (рис. 8.22) применяют при высоте до 2,0 м в
мостах на суходолах и на мелководных участках при скорости те-
чения до 1 м/с. Их устраивают из опиленных на два канта бревен,
брусьев или шпал, уложенных друг на друга взаимно перпендику-
лярными рядами. Нижний ряд бревен клеточной опоры укладыва-
ют вдоль моста на грунт и делают сплошным для увеличения пло-
щади опирания опоры.
Короткие бревна по углам опоры соединяют между собой пря-
мыми скобами. Для центральной передачи давления от пролетно-
Рис 8 22 Схема клеточной опоры
го строения на клеточную опору по середине опоры по фасаду мос-
та укладывают лежень, прикрепляемый к коротким бревнам шты-
рями.
Длину клеточной опоры в однопутном мосту принимают равной
4,5—5 м, а в двухпутном — 7,0 м Расстояние 'между осями бревен
в продольных рядах принимают 0,5—0,6 м, а в поперечных рядах
до 1 м
8.7. Сопряжение моста с насыпями подходов
Сопряжение моста с подходами должно обеспечить удобные и
надежные в эксплуатации въезды на мост транспортных средств и
съезды их с моста Кроме того, конструкция сопряжения должна
Рнс 8 23 Сопряжение моста с насыпью
У—деревянный щнт 2 — уплотнение глиной 3— заборная стенка 4 — сван заборной стен
кн, 5 — сваи крайней опоры
136
предохранять элементы деревянного моста от непосредственного
соприкасания с грунтом во избежание быстрого загнивания.
Земляное полотно дороги ограничивают заборной стенкой из
бревен 3, опирающихся на специальные сваи 4 или сваи крайних
опор моста (рис. 8.23). Элементы заборной стенки заводят на 30—
50 см ниже уровня уступа наоыпи для предотвращения выдавли-
вания из-под нее грунта. Между заборной стенкой и торцами про-
гонов оставляют зазор не менее 5 см для обеспечения их провет-
ривания. Элементы заборной стенки целесообразно аитисептиро-
вать.
Для предотвращения просадки полотна дороги у сопряжения с
мостом используют разные способы: устройство деревянного щита
и тщательное уплотнение грунта.
Деревянный щит 1 (см. рис. 8.23) укладывают на песчаную по-
душку на небольшой глубине от поверхности дороги. Щит одним
концом необходимо игшршь на заборную стену или еще лучше на
насадку, укладываемую по сваям заборной стенки. Наличие щита
существенно уменьшает просадки, сглаживает их по длине.
Тщательное уплотнение грунта конуса и насыпи у места сопря-
жения с мостом позволяет отказаться от применения щитов. На-
сыпи и конусы для качественного их уплотнения необходимо от-
сыпать небольшими слоями из хорошо дренирующего увлажняе-
мого грунта с хорошим уплотнением катками.
Контрольные вопросы
1 . Какие типы конструктивных решений применяют в мостах малых пролетов?
2 . Какие виды конструкций проезжен части используют в деревянных мостах
малых пролетов?
3 Какие виды конструкций пролетных строении из простых прогонов ис-
пользуют в деревянных мостах малых пролетов?
4 . Какие виды конструкций пролетных строений из составных прогонов ис-
пользуют в деревянных мостах малых пролетов?
5 Каковы особенности конструкций пролетных строений из клеефанерных
блоков?
6 Какие виды опор используют в деревянных мостах малых пролетов?
Глава 9
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ
МАЛЫХ ПРОЛЕТОВ
9.1. Расчет элементов проезжей части
Расчет настила из досок. Проезжая часть деревянных мостов
малых пролетов включает элементы настила и поперечин. Попе-
речный и продольный настнлы представляют собой неразрезные
137
балки на упруго-податливых опорах. Для поперечин — это прого-
ны, для продольных элементов — поперечины. Расчет элементов
проезжей части как неразрезных балок с учетом переменности их
сечения по длине сложен и не имеет смысла, так как изгибающие
моменты в элементах настила, определяемые при этих предпосыл-
ках, оказываются близкими к моментам, определяемым для раз-
резной балки. Это позволяет рассчитывать поперечный настил как
простую балку с расчетным пролетом, равным расстоянию между
осями деревянных прогонов (рис. 9.1, а), а продольный настил —
с расчетным пролетом, равным расстоянию между осями попере-
чин (рис. 9.1, б). Расчет элементов проезжей части деревянных
мостов производится на действие усилия от колеса тележки. Дей-
ствие гусеничной нагрузки для этих элементов менее опасно.
При расчете настила пренебрегают его собственным весом из-
за малого его влияния на изгибающий момент. Расчет ведут на
действие усилия от колеса с учетом размера площади его опирания
и распределения нагрузки на элементы рабочего настила через
защитный настил или покрытие. При ширине обода колеса Ьк,
большей или равной расчетному пролету поперечного настила I,
изгибающий момент в середине пролета
(9.1)
где у/р —коэффициент надежности по нагрузке; у/р = 1,5.
Р/3 Р/3 Р/3
Рис 9 1. Схемы для расчета деревянных настилов
138
Изгибающий момент в элементе поперечного иастила от коле-
са, расположенного на части длины пролета (см. рис. 9.1, а),
М = т/РРв(2/-&к) (92)
Изгибающий момент в продольном рабочем настиле от колеса
(см. рис. 9.1, б)
= (2/—с). (9.3)
О
Прочность элементов поперечного и продольного рабочих на-
стилов проверяют по формуле:
М
(9'4)
где м — изгибающий момент в иастиле от колеса; т — количество элементов
поперечного или продольного рабочих настилов, воспринимающих нагрузку от
колеса, принимаемое в зависимости от размера опорной поверхности колеса, ши-
рины элементов иастила, а также от наличия или отсутствия защитного иастила.
И? — момент сопротивления сечеиия одного элемента иастила; Каь — расчетное
сопротивление древесины при работе иа изгиб, принимаемое по п. 6.11 СНИП
2 05.03-84
Если оба настила продольные, то число досок, воспринимаю-
щих давление, можно определять по схеме, приведенной на
рис. 9.1, б. Если настилы взаимно перпендикулярны, то усилие от
колеса упруго распределяется верхним настилом. На элемент по-
перечного нижнего настила в этом случае расчетное усилие при-
нимают приближенно равным половине от воздействия колеса.
Расчет настила из деревоплиты. Деревоплита обычно покрыта
слоем асфальтобетона, который распределяет нагрузку от колеса
на доски, соседние с участком, непосредственно воспринимаю-
щим нагрузку. В деревоплите, сшитой гвоздями, расчетная шири-
на (рис. 9.1, в), воспринимающая нагрузку,
а+2Л, (9.5)
где h — расстояние от верха покрытия до оси деревоплиты При этом исходят
из представлеиня, что распределение нагрузки происходит под углом 45° до оси
деревоплиты.
В клееной деревоплнте распределение нагрузки, как свидетель-
ствуют экспериментальные данные, происходит на большую ши-
рину:
aj ^a r 2/i0T (//6), (9.6)
где h0 — толщина слоя покрытия, принимаемая при гребенчатой поверхности
Деревоплиты равной средней толщине покрытия; I — расчетный пролет дерево-
плиты.
В направлении пролета деревоплиты нагрузка от колеса рас-
пределяется слоем покрытия на длину (см. рис. 9.1, в)
с ~ bi{ 4~ 2/г0. (9. /)
139
Сосредоточенное усилие, передающееся на одну доску дерево-
плиты,
Р1=.^
«1
(9.8)
где Ьо — толщина досок деревоплиты; at — расчетная ширина распределения
нагрузки Рк
Наибольший изгибающий момент в доске деревоплиты от пос-
тоянной и временной нагрузок
Р Pi VfP
М — (У/пк Яак +'У/<7п <?<jn) „ ” (2/ с), (9 9)
О о
где у/пк, у/чп — коэффициенты надежности по нагрузке от веса покрытия
(у/пк=1,9) и деревоплиты (у/?п=1,2) по табл. 8 СНИП 2.05.03-84; qaK, qqn —
постоянные нагрузки, приходящиеся на 1 м доски деревоплиты от веса покрытия
и деревоплиты.
Расчет поперечин. Поперечины рассчитывают как простые раз-
резные балки с пролетом, равным расстоянию между осями про-
гонов. В зависимости от соотношения жесткостей настила и попе-
речин нагрузка от колеса тележки распределяется настилом на
трн или большее число поперечин. Если считать, что сосредоточен-
ное усилие от колеса Р передается на три поперечины (рис. 9.2, а)
и составляет Pj на среднюю и Р2 на крайние поперечины, то зна-
чения Pi и Р2 определим из условия, что разность прогибов цент-
ральной fi и крайней f2 поперечин равна прогибу настила fH, а так-
же принимая во внимание, что
РХ + 2Р2 = Р,
(9.Ю)
140
значения и f2 определим по формулам:
f _pip
Г1 48Е1п ’
Р21я
48£7П ’
(9.П)
(9.12)
где I — пролет поперечины; 1а — момент инерции поперечины.
Прогиб настила /н определим как прогиб консольной балки с
пролетом с под воздействием силы Р2:
Р2 с3
/н fl fi ЗЕ1^
(9 13)
где /н — момент ннерцин элементов иастнла, принимающих участие в распре-
делении нагрузки
Из соотношений (9.10) и (9.13) с учетом (9.11) и (9.12) по-
лучим:
l + 2fe
Р,=—----Р;
1 3+26
1
Р2 =------Р,
3+2fe
, 8с3 /п
где k =
- лн
(9
(9
(9
14)
15)
16)
Если k~^ 1/3, то сосредоточенное усилие Р распределяется
три поперечины. При 0,055<;А< усилие распределяется на пять
поперечин. При распределении усилия на пять поперечин на сред-
нюю поперечину действует усилие
Р _ l + 18fe + 7fe2
1 5-{-34fe-b7fe2 ’
на
(9.17)
на две ближайшие поперечины усилие
Р2 =-----:-------Р,
5+34fe + 7fe2
(9.18)
(9 19)
на две остальные поперечины
1 — 3k
Р, =----------Р.
3 5 + 34*4- 7fe2
Изгибающий момент в поперечине от постоянной и временной
нагрузок (рис. 9.2, б)
М—(<?п-|~ Я) „ + _ (21 — Ь).
О о
(9.20)
141
9.2. Распределение временной нагрузки
между балками пролетного строения
Постоянная и временная нагрузки не одинаково распределя-
ются между прогонами (главными балками) пролетных строений.
Постоянная нагрузка — собственный вес пролетного строения —
распределена в плане практически равномерно и поэтому между
прогонами (главными балками) может быть распределена также
равномерно. Можно считать, что от действия постоянной нагрузки
все балки будут иметь одинаковое напряженное состояние.
Временная нагрузка может занимать на проезжей части и ез-
довом полотне произвольное положение, как правило, эксцентрич-
но относительно оси пролетного строения, и вызывать не только
изгиб, но и кручение пролетного строения. Плита проезжей части
и поперечные несущие элементы (диафрагмы) принимают участие
в распределении и<ирузки между главными байками, обеспечивая
пространственную работу пролетного строения, при котором вре-
менная нагрузка, находящаяся в любом месте проезжей части
вызывает усилия во .всех элементах пролетного строения.
Усилия в элементах с учетом пространственной работы пролет-
ных строений в настоящее время определяют на основе двух под-
ходов. При первом из них пролетное строение рассматривают как
систему взаимосвязанных элементов (стержневых, плитных). Уси-
лия в элементах такой системы определяют методами строитель-
ной механики по расчетным схемам, с высокой степенью точности
отражающих работу конструкции. При этом подходе наиболее ши-
роко в настоящее время может быть использован метод конечны.'
элементов. В проектных организациях имеются программы для
ЭВМ, с помощью которых можно определить усилия в любом эле-
менте пролетного строения («Лира», «Спринт», «Диспетчер» и др.)
На этапе дипломного проектирования студентам предоставляется
возможность воспользоваться этими программами. На этапе кур-
сового проектирования полезно освоить способы приближенного
пространственного расчета (второй подход), основанного на рас-
членении пролетного строения на отдельные элементы и на раз-
дельном рассмотрении работы пролетного строения в поперечном
и продольном направлениях. Ко второму подходу относятся мето-
ды коэффициентов поперечной установки и методы коэффициен-
тов неравномерности распределения напряжений.
Коэффициент поперечной установки ц в отечественную практи-
ку проектирования мостов был введен Н. С. Стрелецким на осно-
ве следующих соображений. Усилия, возникающие в главных бал-
ках, зависят от положения нагрузки в поперечном направлении
(от их поперечной установки). При разрезных поперечных балках
нагрузки между соседними балками будут распределяться по за-
кону рычага, линия влияния давления на каждую из балок будет
треугольной (рис. 9.3). Распределив на ней наиневыгоднейшим
142
образом нагрузку, определим усилие в рассматриваемой балке
в функции от нагрузки:
D==yiPyi = Р (9.21)
1 1
где tp — ординаты линии влияния давления на балку.
Разделив D на пР. получим коэффициент поперечной установки:
D
пР п
(9.22)
Из формулы (9.22) следует, что по Н. С. Стрелецкому коэффи-
циент л — отношение доли D временной нагрузки, воспринимае-
мой рассматриваемой балкой, к полной временной нагрузке пР,
находящейся на пролетном строении. Этот коэффициент при от-
сутствии консоли в поперечной балке имеет численное значение
меньше единицы. Умножая его на полную временную нагрузку на
пролетном строении, получают искомое усилие на главную балку;
D = г\пР = Р£у. (9.23)
В настоящее время коэффициент поперечной установки вычис-
ляют как отношение доли временной вертикальной нагрузки, вос-
принимаемой одной рассматриваемой главной балкой, к времен-
ной нагрузке, находящейся на пролетном строении в одной полосе
1агружения с двумя осями.
В связи с этим в настоящее время
D Ъу
л ~ 2Р 2
(9.24)
Коэффициент поперечной установки 'можно также представить
как отношение усилия в рассматриваемом элементе несущей кон-
струкции (главной балки) к аналогичному усилию в пролетном
строении от одной полосы его загружения. Прн наличии на про-
летном строении нескольких полос нагрузки q уже может быть
больше единицы. Умножая его
на временную нагрузку, располо-
женную на одной полосе (с дву-
мя осями), получаем искомое уси-
лие на главную балку:
D^r]2P PXy, (9.25)
Существует несколько спосо-
бов вычисления т|, учитывающих
с разной степенью точности попе-
речную жесткость пролетного
строения.
Рис. 9.3. Схема для определения ко-
эффициента поперечной установки
143
При использовании первого способа, называемого способом ры-
чага, исходят нз допущения, что поперечная конструкция, связыва-
ющая главные балки между собой, имеет малую вертикальную
жесткость и может рассматриваться в виде разрезных балок, опи-
рающихся на главные балки (см. рис. 9.3). Линия влияния усилия,
приходящегося на главную балку, в этом случае будет представ-
лять треугольник с ординатой I под главной балкой и нулевыми
ординатами под соседними балками.
Способом рычага можно воспользоваться, если пролетное строе-
ние имеет две главные балки 1 (рис. 9.4, а), связанные плитой,
жесткость которой незначительна по сравнению с жесткостью ба-
лок. Им также можно воспользоваться, если поперечное сечение
составлено из коробчатых балок, связанных только плитой. Вслед-
ствие значительной жесткости на кручение этих балок можно счи-
тать, что нагрузка, расположенная на коробках 2 и 3, не вызыва-
СТ ПОВОрОТа КОробоК, И ЛИНИЯ ВЛИЯНИЯ ДаВЛёпиЯ »d кОрибки будет
иметь вид, представленный на рис. 9.4, б.
При использовании второго способа, именуемого способом вне-
центренного сжатия, исходят нз допущения, что поперечная жест-
кость пролетного строения настолько велика, что его поперечные
сечения можно рассматривать как абсолютно жесткие недеформи-
руемые диски. Такое допущение позволяет считать, что груз Р=1,
расположенный на проезжей части, распределяется между глав-
ными балками аналогично тому, как изменяются напряжения в
прямоугольном сечении при его внецентренном сжатии.
При загруженни временной нагрузкой поперечное сечение та-
кого пролетного строения (рис. 9.5, а) будет опускаться (рис. 9.5,6)
и поворачиваться (рис. 9.5, в), не изгибаясь. Линии влияния дав-
ления на главные балки будут иметь прямолинейное очертание
(рис. 9.5, г).
Для вычисления ординат линий влияния заменяют действие
груза Р=1, расположенного относительно оси моста с эксцентри-
Рис 9 4 Линии влияния давления иа главную балку при определении коэффи-
циента поперечной установки способом рычага
144
Рнс 9 5 Линии влияния давления на главную балку при определении КПУ спо-
собом виецентрениого сжатия
ситетом ai/2, действием такого же груза, приложенного по оси мос-
та, и моментом
О,
М=- Р -L-
2
При балках различной жесткости груз Р=1 и момент M=aJ2
будет распределяться между балками пропорционально их жест-
кости.
Ординаты у линии влияния давления на балку, удаленную от
оси пролетного строения на расстояние aJ2, определяют по фор-
муле
I al , ai X
у = 2Saa /, ’
(9 26)
где 1и а, — соответственно момент инерции и расстояние между осями пар
симметричных балок; 1а\ — момент инерции балки, для которой вычисляют орди-
нату линии влиииня, 01/2 — расстояние от оси пролетного строения до рассматри-
ваемой балки; х — текущая координата груза Р—1.
Построенную линию влияния давления на рассматриваемую
балку загружают временной нагрузкой и вычисляют коэффициент
поперечной установки.
Способ внецентренного сжатия дает удовлетворительные резуль-
таты для монолитных железобетонных пролетных строений, а так-
же для сборных железобетонных пролетных строений, объединен-
ных по диафрагмам. Однако определение коэффициентов по спо-
собу внецентренного сжатия допустимо лишь при расположениц
грузов в средней части пролета. По мере приближения к опоре
поворот сечения пролетного строения будет уменьшаться, а в са-
мом опорном сечении его не будет.
В связи с этим в опорном сечении т] следует принимать по спо-
собу рычага, в средней части пролета — по способу внецентренно-
го сжатия, на переходных участках — по условной зависимости, о
которой будет сказано ниже.
145
Рис 9 6 Линии влияния давления на
главные балки при определении КПУ
способом упругих опор:
/ — пля лрнлй кпяйирй балки. 2 для btg
рой слева балки
Способ внецентренного сжа-
тия позволяет быстро определить
числовые значения т) и применя-
ется при расчетах разрезных, не-
разрезных и консольных пролет-
ных строений с отношением ши-
рины к пролету, равным ’/з—’/<
и меньше, где он дает удовлетво-
рительные результаты.
Профессор М. Е. Гибшман
уточнил способ внецентренного
сжатия учетом влияния не только
вертикальной жесткости балок,
но и сопротивления их кручению.
Третий способ определения
коэффициента поперечной уста-
новки основан на учете действи-
тельной поперечной жесткости
пролетного строения. Пролетное строение в этом способе рассма-
тривается как балочный ростверк, состоящий из продольных глав-
ных балок и конечного числа заменяющих плиту проезжей части
поперечных балок. Они представляют собой свободно опертые не-
разрезные балки на упруго оседающих опорах. Наличие связей
между ними в швах не учитывают.
Нагрузки, приложенные в любой точке проезжей части через
узловые точки ростверка, передаются главным балкам, а они, про-
гибаясь, вовлекают в работу другие поперечные и главные балки.
Линии влияния давлений (ом. рис. 9.5) на главные балки при
этом способе строят с помощью удобных таблиц, составленных
В. С. Осиповым, и дающих ординаты линий влияния в зависимости
от коэффициента
где Ьо — расстояние между главными балками; Е1П — вертикальная жест-
кость поперечной конструкции; А — вертикальный прогиб главных балок под дей-
ствием силы Р= 1
Получаемые таким образом линии влияния (рис. 9.6) соответ-
ствуют лишь тому поперечному сечению пролетного строения, для
которого податливость А имеет определенное значение. Для дру-
гих поперечных сечений, где иные значения А, ординаты линий
влияния давлений будут иными. В опорном поперечном сечении,
где прогибы главных балок равны нулю, ординаты линий влияния
давлений должны строиться по способу рычага. Изменение значе-
ния коэффициента поперечной установки по длине пролета можно
принять по зависимости
11 (*)=% +(1—|М -И»)- <9-28)
146
где Л» — коэффициент поперечной установки, вычисленный по способу упру-
гих опор для середины пролета; х — координата сечения, для которого вычисляет-
ся Т]1 L — пролет; — коэффициент поперечной установки, вычисленный по спо-
собу рычага
Учет изменения КПУ по длине пролета имеет практическое зна-
чение в основном для поперечных сил и опорных реакций, линии
влияния которых у опор имеют максимальные ординаты.
Вычислив коэффициенты поперечной установки, находят мак-
симальные и минимальные изгибающие моменты и поперечные
силы.
Коэффициент поперечной установки для упрощения расчетов
пролетных строений мостов был введен в начале XX в., когда при-
менялись в основном деревянные и металлические пролетные строе-
ния, состоящие из системы главных, поперечных и продольных ба-
лок, шарнирно связанных между собой. При анализе работы та-
ких конструкций представлялось возможным выделить из систе-
мы элементов каждую из них, в том числе и каждую главную бал-
ку, и определить долю временной нагрузки, приходящуюся на нее.
Эта доля была названа коэффициентом поперечной установки.
Современные пролетные строения мостов представляют собой
систему жестко связанных плит и ребер, пространственная рабо-
та которых сложна и не позволяет элементарными методами вы-
делить долю временной нагрузки, приходящуюся на них.
Особенно сложна работа широко распространенных в настоя-
щее время коробчатых пролетных строений. Конструкция такого
рода работает как единая система жестко связанных элементов,
приближенный расчет которых с применением коэффициента по-
перечной установки становится уже невозможным, так как не
представляется возможным его вычислить элементарными спосо-
бами. Более целесообразен приближенный расчет таких систем с
помощью системы коэффициентов неравномерности, определяемых
на основе следующих соображений. Под действием временной на-
грузки пролетное строение испытывает не только изгиб, но и кру-
чение, в том числе и стесненное, в результате чего возникает не-
равномерность в распределении напряжений в его поперечных се-
чениях. Использование теории тонкостенных стержней позволяет
для определенных конструктивных форм выявить картину нерав-
номерности распределения напряжений и вычислить коэффициен-
ты неравномерности распределения нормальных /гНа, касательных
k»z напряжений и прогибов kH). Значения этих коэффициентов мо-
гут быть вычислены по формулам:
^на :(тгиах Од; kHX тп1ах т0; &н/~ ~^max /о- 29)
1Де amal, Ттах. fmaz—наибольшие напряжения н прогибы в поперечном се-
чении конструкции при заданном положении временной нагрузки на проезжей
засти; о0, т0, f0 — напряжения н прогибы в тех же точках поперечного сечения при
нагружении проезжей части без эксцентриситета относительно оси пролетно-
10 строения
)47
Для некоторых конструктивных форм пролетных строений мос-
тов получены рабочие формулы для kHa, km и kHf, более строго
отражающие работу пролетных строений и позволяющие проекти-
ровать более экономичные конструкции, чем с применением КПУ.
В частности, выявлена разная степень неравномерности распреде-
ления нормальных и касательных напряжений по длине пролета.
При использовании для расчета -ц это не учитывается.
Зная kHa и &нт, при приближенном расчете можно вычислить
изгибающие моменты и перерезывающие силы для рассматривае-
мого поперечного сечения пролетного строения в целом, а не от-
дельных его балок, как это делается при использовании КПУ.
Для традиционных конструктивных форм пролетных строений,
состоящих из п балок с одинаковой жесткостью, связь между ц и
kHa устанавливается формулой
k — пи (9 30»
Численное значение коэффициентов неравномерности всегда
больше единицы.
9.3. Расчет пролетных строений из простых
и сложных прогонов
Элементы несущей конструкции деревянных мостов малых про-
летов — прогоны и балки — рассчитывают на поперечный изгиб
при расчетном пролете, равном расстоянию между осями насадок
смежных опор.
Для определения наибольшего возможного усилия в прогонах
временную нагрузку располагают в наиневыгоднейшее положение
поперек и вдоль пролетного строения. Сначала находят невыгод-
ное расположение нагрузки в поперечном направлении и находят
соответствующий этому положению коэффициент поперечной ус-
тановки для рассматриваемого прогона. Затем нагрузку устанав-
ливают в невыгодное положение в продольном направлении и вы-
числяют соответствующий изгибающий момент в прогоне.
Коэффициент поперечной установки зависит от ширины проез-
жей части, количества прогонов, жесткости поперечного настила,
положения нагрузки поперек пролета. Когда жесткость поперечно-
го настила недостаточна для эффективного распределения нагруз-
ки между прогонами, для определения коэффициента поперечной
установки может быть применен метод рычага. При исключитель-
но высокой жесткости поперечного настила, обеспечивающей по-
ворот пролетного строения под внецентренной нагрузкой без за-
метной его деформации, целесообразен метод внецентренного ежа
тия. При существенной деформации настила под действием нагруз-
ки необходимо пользоваться способом упругих опор.
148
При выборе способа расчета
следует иметь в виду, что рас-
сматриваемые деревянные мосты
малых пролетов могут приме-
няться лишь на дорогах IV и V
категорий, где используются не-
большие габариты: Г-4,5; Г-6;
Г-7. При применении в этих узких
мостах колейных блоков с часто
расположенными прогонами, объ-
единенными поперечным настилом
и нижними связями, что обеспе-
J___
ТПГНЙш1 нг-ио
LLt 11 ♦ t Н i Н j ♦ t ♦ Н ♦ Н МП
Рис. 9 7. Загружеиие линии влияния
изгибающего момента в середине про-
лета прогона нагрузками А8 и НГ-60
чивает им высокую поперечную жесткость, можно на основе опы-
та, накопленного в инженерных войсках, при вычислении коэффи-
циента поперечной установки пользоваться способом внецентрен-
ного сжатия. В этом сп^чяр няибопрр нягпужрнны'М плотном ока-
зывается крайний. Линия влияния давления на него может быть
получена с использованием формулы (9.26). При равных моментах
инерции эта формула приобретает вид
1 Oj X
п Sa?
(9.31)
Загружение линии влияния давления невыгодным образом
автомобильной и гусеничной нагрузками позволяет получить для
каждого вида нагрузки коэффициенты поперечной установки. За-
тем вычисляют изгибающий момент от расчетной подвижной гусе-
ничной нагрузки, как от равномерно распределенной нагрузки дли-
ной S и от составляющих нагрузки А8.
Расчетная схема для загружения линии влияния изгибающего
момента в середине пролета приведена на рис. 9.7.
Изгибающий момент в одном простом или сложном прогоне
2И=МрЧ+(.М7/п), (9.32)
где Мр — максимальный момент, определяемый от нагрузок НГ-60 и А-8 по
расчетной схеме на рис. 9 7; Т] — коэффициент поперечной установки для по-
ложения нагрузки, создающей максимальный изгибающий момент; Мч — изгибаю-
щий момент от постоянной нагрузки (собственного веса всего пролетного строе-
ния) в предположении ее равномерного распределения по длине; п— количество
прогонов в поперечном сечении пролетного строения.
Проверка прочности прогонов производится по формуле
a = M/WHT^Rdb, (9.33)
где Ц7Нт — момент сопротивления нетто проверяемого сечения простого или
сложного прогона.
Момент сопротивления простых бревенчатых прогонов опреде-
ляют по расчетному диаметру бревна, соответствующему середине
пролета. Диаметр прогона в тонком конце определяют с учетом
сбега (1 см на 1 м длины бревна).
149
Момент сопротивления сложного прогона принимают равным
сумме моментов сопротивления бревен, входящих в состав слож-
ного прогона, в связи с тем, что объединяющие сложный прогон
три штыря (см. рис. 8.10) не могут обеспечить их работу в одном
составном сечении.
9.4. Расчет пролетных строений из клеефанерных блоков
Клеефаиерные коробчатые блоки имеют значительную жест-
кость при кручении. При воздействии на них временной нагрузки
они включаются в сложную пространственную работу, соответст-
вующую работе тонкостенных стержней замкнутого профиля.
Компоновка пролетного строения однопутного или двухпутного
моста из клеефанерных блоков предусматривает в поперечном се-
чении дня ити три блока, каждый из которых воспринимает на-
грузку только от одной гусеницы НГ-60 или от половины полосы
А8. В этом случае расчетный изгибающий момент и перерезываю-
щую силу, возникающие в одном блоке, определяют при наиболее
невыгодном расположении гусеницы по ширине блока с учетом
коэффициентов неравномерности распределения наибольших нор-
мальных йнб и касательных kHX напряжений по формулам:
Л1бл -М,, ' Мр kKa (1 II);
Qr.t Q</ Qp ^нт (। “И)’
(9 34)
где M,t, Mp, Q.j. Q,, —соответственно изгибающие моменты и перерезывающие
силы от постоянной и временных нагрузок, определяемые для одного блока
Динамический коэффициент 1 + р, входящий в формулы (9.34),
для клеефанериых блоков для гусеничной нагрузки принимают
равным 1,15. а для колесной— 1,1.
Коэффициент kKa для клеефанерного коробчатого блока или
блоков, объединенных помочными брусьями (рис. 9.8), определя-
ют по формуле Ю. А. Рвачева:
где е — эксцентриситет приложения нагрузки к блок); b, h—полные ширина
и высота блока: I — расчетный пролет блока: Е$ — модуль упругости фанеры
щоль волокон наружного шпона; G* — модуль сдвига фанеры, принимаемый из
ссловия '10,7. бф—средняя толщина фанеры в контуре блока (рис 99),
вычисляемая по формчле.
(бвп — 6НП) b f-26CT
(9 36)
Леа — приведенный к фанере момент ниерцни блока (см рис 9 9) относитель-
но оси, проходящей через центр тяжести сечения
150
Рис 9 8 Схема для определения коэффициента неравномерности:
а — для одиночного блока, б — для двух блоков 2, соединенных помойным брусом /
Формула (9.35) получена на основе теории А. А. Уманского
для тонкостенных замкнутых стержней из следующих соображе-
нии. Нормальные напряжения в элементах блока при совмесшом
действии изгиба и кручения складываются из напряжений о' от из-
гиба и напряжений о" от стесненного кручения:
а = а'-г а" (9 37)
Стесненное кручение приводит к неравномерному распределе-
нию суммарных напряжений по ширине сечения. Если в (9.37)
разделим правую и левую части на о' и обозначим kna = <т/с/;
а — о"/о', то получим формулу для коэффициента неравномерности
распределения напряжений в виде
на
(9 38)
Коэффициент неравномерности показывает, во сколько раз
суммарные напряжения о, возникающие при смещенной относи-
тельно оси временной нагрузки, больше нормальных напряжений,
возникающих при центральном приложении той же нагрузки. Нор-
мальные напряжения при сме-
щенном положении нагрузки мо-
гут быть определены по формуле
а=Аа°г'-
Коэффициент kHX неравномер-
ности распределения касатель-
ных напряжений, входящих в
формулу (9.34), определяют по
способу внецентреннего сжатия
по формуле
neb,
^нг=‘ + -^-- 0-39)
Рис. 9 9 Схема для определения гео
метрических характеристик клеефа-
нерного блока
15)
Рис. 9 10. Схема для расчета клеевых
швов
где п — количество продольных ребер в сечении блока; bt — расстояние меж-
ду осями крайних продольных ребер; 26^ —сумма квадратов расстояний между
симметрично расположенными относительно оси блока продольными ребрами; е —
эксцентриситет приложения нагрузки относительно осн блока.
Проверку прочности коробчатого блока производят по форму-
лам:
Л*бл Ун
^red
Фбл Sped
/red
(9 40)
(9.41)
где Sred — приведенный к фанере статический момент всего пояса блока от-
носительно его нейтральной осн, включая связующие элементы при проверке вер-
тикальных клеевых швов (рис. 9.10, а) илн статический момент поясного листа
(без связующих элементов) при проверке горизонтальных клеевых швов, при-
крепляющих поясные листы к связующим элементам (рнс. 9.10,6); —суммар-
ная ширина клеевого шва; 7?ш — расчетное сопротивление клеевого шва
Поясные листы плотно соприкасаются с продольными ребрами,
что обеспечивается строжкой ребер. В связи с этим от местного
действия временной нагрузки в клеевых швах не возникают до-
полнительные напряжения.
Проверка жесткости клеефанервых блоков производится по
формулам сопротивления материалов. Так как в стенках возни-
кают значительные сдвигающие напряжения, целесообразно вы-
числять прогибы с учетом деформаций сдвига.
9.5. Расчет опор мостов малых пролетов
На промежуточные опоры деревянных мостов малых пролетов
действуют собственный вес пролетного строения, вертикальная
временная нагрузка, горизонтальная продольная сила от тормо-
жения транспортных средств, поперечная горизонтальная сила от
давления ветра и сила от боковых ударов транспортных средств,
возникающая при корректировке направления их движения.
Из-за незначительной высоты пролетных строений мостов ма-
лых пролетов ветровая нагрузка оказывает несущественное воз-
действие, поэтому при расчете опор это воздействие можно непо-
средственно не учитывать.
Тормозную силу и усилие от боковых ударов также можно не
учитывать в расчете, но их следует принимать во внимание при
152
разработке конструкций опор и сопряжения пролетного строения
с опорами.
Таким образом, при расчете промежуточных опор необходимо
учитывать только воздействие временной нагрузки и собственного
веса пролетного строения.
В свайных промежуточных и крайних опорах рассчитывают на-
садки и сваи, в рамных — насадки, стойки, лежни, подкладки и
давление на грунт под ними.
Сечения элементов клеточных опор принимают по конструк-
тивным соображениям, поэтому при их расчете проверяют лишь
прочность грунта.
Из-за значительной жесткости насадок, активно распределяю-
щих нагрузку между сваями, можно для определения усилий в
сваях использовать способ внецентренного сжатия. Наибольшее
усилие на крайнюю сваю или стойку
(9.42)
\ т )
где Sq — давление на опору от собственного веса пролетного строения; Sp —
давление на опору от расчетной временной вертикальной нагрузки; т — количест-
во свай или стоек в плоской опоре или в балочной опоре с одним верхним леж-
нем; т] —коэффициент поперечной установки для крайней сваи.
По определенному для максимально нагруженной сваи наи-
большему усилию можно установить требуемый наименьший диа-
метр ее в тонком конце из условия, чтобы усилие было не больше
несущей способности сваи.
расчетную свободную длину сваи или стойки принимают в за-
висимости от условий закрепления их концов.
Стойки рамных опор рассчитывают как шарнирно соединенные
с насадкой и лежнем.
Насадка представляет собой неразрезную многопролетную бал-
ку, опирающуюся на сваи или стойки.
Стойки могут иметь осадки, в связи с этим насадки могут приб-
лиженно рассчитываться как разрезные с пролетом, равным рас-
стоянию между стойками (сваями).
Контрольные вопросы
1. Каковы особенности расчета элементов проезжей части?
2. Каковы основные способы распределения временной нагрузки между бал-
ками пролетного строения и области их использования?
3. Каковы особенности расчета пролетных строений нз простых и сложных
прогонов?
4. Каковы особенности расчета пролетных строений нз клеефанериых блоков?
5. Каковы особенности расчета опор мостов малых пролетов?
Глава 10
ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ СРЕДНИХ ПРОЛЕТОВ
10.1. Компоновка и основные типы
конструктивных решений деревянных мостов
Деревянные мосты средних пролетов (15—33 м) по конструк-
ции в основном балочные с ездой поверху. Они состоят из балоч-
ных пролетных строений и опор.
Пролетные строения образуются из нескольких главных ферм
(балок), объединенных системой связей, и проезжей части, распо-
лагаемой на верхних поясах ферм.
Вероятность применения деревянных мостов средних пролетов
уменьшается по мере развития индустрии более долговечных же-
„1езобе1онных мостов. В настоящее время еще применяют эти мос-
ты на севере европейской части СССР и в районах Сибири и Даль-
него Востока. Пролетные строения таких мостов могут быть вы-
полнены с применением клееных балок, деревометаллических
ферм Гау—Журавского и дощато-гвоздевых ферм.
В СССР разработаны проекты автодорожных мостов с пролет-
ными строениями из клееных балок длиной 9, 12, 15, 18 и 24 м.
В 60—70-е годы была создана материальная база для изготовле-
ния клееных балок и построено несколько мостов с их использова-
нием. Опыт их эксплуатации выявил необходимость строгого со-
блюдения технологии изготовления балок, обеспечения высокого
качества склеивания. В связи с тем что необходимое качество не
обеспечивалось, изготовление клееных балок постепенно сокраща-
лось и на некоторых заводах прекращено полностью. Реабилита-
ция клееных пролетных строений возможна лишь при условии рез-
кого повышения качества их изготовления на основе строгого со-
блюдения технологии.
Деревометаллические пролетные строения широко использова-
лись в Великую Отечественную войну и послевоенное время
(рис. 10.1, а). В отдельных районах Союза еще сохранились мос-
ты, в которых применены фермы Гау—Журавского. Они состоят
из деревянного верхнего пояса, металлического или деревянного
нижнего пояса, деревянных перекрестных раскосов, упирающихся
в металлические узловые подушки, и вертикальных металлических
тяжей с винтовой нарезкой по концам. Тяжи обеспечивают сов-
местную работу поясов и решетки и позволяют устранять прови-
сание ферм в процессе эксплуатации. Фермы Гау—Журавского
рекомендуется применять при пролетах 18—33 м.
Дощато-гвоздевые фермы (рис. 10.1, б) выполняют со сплош-
ными двухслойными стенками из перекрестных досок и поясами
из досок, соединяемых между собой гвоздями. Пролетные строения
с дощато-гвоздевыми фермами широко применялись во время Ве-
154
ликой Отечественной войны благодаря простоте их изготовления
Пролетные строения с дощато-гвоздевыми фермами могут быть
использованы в мостах с пролетами до 33 м.
В пролетных строениях с ездою поверху принимается обычно
четное число ферм. Это обеспечивает возможность создания про-
странственных блоков, образуемых из двух ферм с помощью сис-
темы связей.
Выбор числа ферм в пролетном строении зависит от ширины
проезжей части, типа ферм и размеров пролетов. Решение о чис-
ле ферм по ширине моста принимают на основе сравнения вариан-
тов конструкций пролетных строений с разным числом ферм с уче-
том расходов материалов на проезжую часть и условий строи-
тельства.
Так, например, при сравнении пролетных строений с четырьмя
или с шестью фермами необходимо учитывать, что при шести фер-
мах увеличивается трудоемкость изготовления ферм, усложняют-
ся
Рис. 10 1 Пролетные строения с деревянными н деревометаллическнмн фермами
15S
Mill
Рис 10 2 Компоновка пролетного строения-
1 — главная ферма (балка), 2—верхние горизонтальные связи, 3 — поперечные связи, 4 —
нижние горизонтальные связь
СЯ монтаж Пролетного строения И конструкция опоп Вместе С тем
уменьшается вес монтажных блоков, открывается возможность
применения кранов меньшей грузоподъемности, уменьшается строи-
тельная высота пролетного строения, представляется возможным
применять более мелкий сортамент для изготовления конструкций.
Для обеспечения пространственной жесткости пролетного
строения главные фермы (балки) объединяются системой гори-
зонтальных и вертикальных связей (рис. 10.2). Продольные гори-
зонтальные связи располагаются в плоскости поясов главных
ферм и представляют собой горизонтальные фермы, соединяющие
главные фермы попарно (рис. 10.2, а). Поясами фер-м продольных
связей являются пояса главных ферм. Горизонтальные связи вос-
принимают нагрузку от ветра и обеспечивают устойчивость ежа
того пояса из плоскости ферм. Без верхних горизонтальных свя-
зей конструкция пролетного строения неработоспособна.
Поперечные связи (рис. 10.2, б), выполняемые в виде вертикаль-
ных ферм, соединяют между собой все главные фермы. Опорные
поперечные связи воспринимают нагрузку от верхних горизонталь-
ных связей и передают ее на опоры моста Промежуточные попе-
речные связи совместно с проезжей частью обеспечивают распре-
деление временной нагрузки между главными фермами.
10.2. Конструкция проезжей части мостов
Конструкция проезжей части в мостах средних пролетов зави-
сит от типа несущих элементов пролетного строения и расстояния
между ними.
Применяются три типа конструкций проезжей части:
1) в виде железобетонной плиты или деревоплиты;
2) из поперечин и продольных рабочего и защитного настилов
из досок;
156
3) из поперечных балок, прогонов, опирающихся на попереч-
ные балки, поперечного рабочего и продольного защитного на-
стилов.
Первый тип проезжей части применяется в пролетных строе-
ниях с клееными балками, второй — в пролетных строениях с до-
щато-гвоздевыми фермами, третий — в пролетных строениях с фер-
мами Гау—Журавского, когда необходимо обеспечить узловую
передачу нагрузки от проезжей части на фермы.
Железобетонная плита проезжей части обеспечивает хорошее
распределение временной нагрузки между несущими элементами и
защищает их от воздействия атмосферной «лаги. Кроме того, она
жестко соединена с прогонами и работает совместно с ними на об-
щее действие нагрузки, значительно увеличивает несущую способ-
ность и жесткость пролетных строений. Железобетонная плита бе-
тонируется на месте и объединяется с балками с помощью метал-
лических выпусков, прикрепленных к балкам и входящих в тело
плиты vpwc. 10.3).
Во втором и третьем типе проезжей части сверху рабочего на-
стила укладывается продольный защитный настил из досок. Он
предохраняет рабочий настил от износа и обеспечивает распреде-
ление нагрузки от колеса на доски рабочего настила. Расположе-
ние досок рабочего настила вдоль проезда обеспечивает лучшие
условия для его ремонта, так как в этом случае изнашиваются
только доски, находящиеся на колеях движения нагрузки.
Доски защитного настила принимаются толщиной 4—5 см и
крепятся к доскам рабочего настила гвоздями. По концам досок
рекомендуется забивать по два гвоздя, а по длине доски — по
гвоздю через каждые 1—1,5 м. Прикрепление концов досок двумя
гвоздями предотвращает отдирание их при воздействии нагрузки
от колеса.
Рис 10 3 Конструкция дерево-железобетонного балочного пролетного строения
J — деревянные прогоны; 2 — железобетонная плнта проезжей части’ 3 — металлические пла
стикчатые нагеля, входящие в балку и в тело плиты
157
Во втором типе проезжей части поперечины выполняют из бре-
вен, окантованных на два параллельных канта. Поперечины укла-
дывают комлями в разные стороны и крепят к дощато-гвоздевым
фермам штырями (рис. 10.4). Продольный рабочий настил к по-
перечинам крепят гвоздями. Доски нижнего настила располагают-
ся в шахматном порядке по отношению к доскам верхнего насти-
ла, что обеспечивает лучшее распределение временной нагрузки
на доски рабочего настила.
В третьем типе проезжей части поперечные балки (рис. 10.5)
выполняют парными из двух окантованных бревен. Это исключа-
ет необходимость применения бревен большого диаметра и обес-
печивает симметричное расположение бревен поперечных балок от-
носительно узла фермы. Каждое бревно поперечной балки крепит-
ся к поясам штырями. По поперечинам укладывают прогоны, а
по прогонам поперечный настил. Так как все прогоны объединя-
ются между собой поперечным настилом, то нет необходимости
все их крепить к поперечным балкам. Крепят только половину
прогонов штырями, при этом крепят прогоны одной нити по длине
моста (см. рис. 10.5).
Для устройства тротуаров поперечины или поперечные балки
поочередно или все выпускают за пределы крайних ферм (см.
рис. 10.4, 10.5). При отсутствии бревен необходимой длины попе-
речины выполняют из двух бревен, стыкуя их в средней части по
ширине моста (см. рис. 10.4). На концах поперечин или попереч-
ных балок закрепляют обрезки бревен. На них располагается про-
Рис. 10 4 Конструкция проезжей час-
ти на поперечинах'
1 — защитный настил, 2— рабочий настил
3 -- поперечины, 4 — главные фермы
Рис. 10.5 Конструкция проезжей час-
ти с поперечными балками:
1 — защитный настил; 2 — рабочий иастил,
3 — прогоны; 4 — поперечные балки, 5 —
главные фермы
158
Рис 10.6 Конструкция тротуаров:
а — при проезжей части на поперечинах; б — при проезжен части с поперечными балками;
/—центрирующая подушка; 2 -распорка связей, 3 — пояс фермы; 4 — тяж фермы
дольный настил тротуара (рис. 10.6, а) или укладывается допол-
нительный тротуарный брус (рис. 10.6, б), на котором располага-
ют поперечный настил тротуара.
10.3. Пролетные строения с клееными балками
В качестве примера конструкций пролетных строений с кле-
еными балками рассмотрим проекты автодорожных мостов, раз-
работанных «Союздорпроектом» в 1981 г.
Запроектированы два типа пролетных строений из клееной дре-
весины заводского изготовления разрезные длиной 9, 12, 15 и 18;
159
неразрезные с пролетами 18 + 24хл+18 м и 21+ЗЗХл + 21 м. Для
разрезных пролетных строений на дорогах V категории приняты
габариты Г-4,5; Г-6,5 и Г-6,5+2x0,75 м, на дорогах IV катего-
рии — Г-6 + 2Х0.75; Г-8 + 2Х 1,5 и Г-9; для неразрезных на дорогах
IV категории Г-8 + 2ХО,75 м; Г-8 + 2х1,5 м.
Балки пролетных строений выполняются из клееной древеси-
ны, имеют прямоугольное сечение с постоянной шириной незави-
симо от габарита и длины пролетного строения.
Разработано два варианта балок: шириной 26 см и спаренные
шириной 2x13 см. Балки шириной 26 см склеивают из сплачивае-
мых по ширине досок, а балки шириной 2X13 см — из неоплачи-
ваемых. После склеивания балки шириной 13 см объединяются
попарно (2x13 см) с помощью стяжных болтов через прокладки
толщиной 50 мм. Высота балок зависит от пролета и составляет
——)/• В поперечном сечении пролетного строения (рис. 10.7)
\ Ю 12 /
устанавливают четыре балки при габаритах Г-4,5; Г-6,5 и 6 балок
при габаритах Г-8 и Г-9. Поверх балок укладывают сборные блоки
деревоплиты, по которым устраивают асфальтобетонное покрытие
проезжей части.
Деревоплиту выполняют из нестроганых досок толщиной 3 см,
соединенных гвоздями. Для обеспечения отвода воды деревопли-
ту выполняют с двухскатным поперечным уклоном. К деревопли-
те крепят с помощью болтов закладные детали для приварки пе-
рил и подкладки для присоединения барьерного ограждения. В де-
ревоплите просверливают отверстия под штыри для крепления
плиты к балкам пролетного строения.
Барьерное ограждение
рый закрепляют к плите
полняют в уровне плиты
асфальтобетона толщиной 5 см с песком. Сброс воды с проезжей
части предусмотрен через тротуары. Перила приняты метал-
выполняют из клееного бруса, кото-
заершенными штырями. Тротуары вы-
проезжей части, их покрывают слоем
лическими, их крепление осу-
ществляется сваркой к заклад-
ным деталям, установленным на
плите проезжей части.
Балки пролетных строений ан-
тисептируют. До антисептирова-
ния в месте опирания их на
опорные части устанавливают
стальные листы.
На рис. 10.8, а представлен
фасад, а на рис. 10.8, б — план
пролетного строения из балок
длиной 15 м с расчетным проле-
том 14,4 м. Пролетное строение
Рис. 10.7. Поперечное сечение про-
летного строения с клееными главны-
ми балками:
/ — перильное ограждение, 2 — барьерное
ограждение; 3 — блок плнты проезжей час-
ти; 4 — главная балка; 5 — диафрагма; 6 —
тяж; 7 — асфальтобетон 5 см
160
Рис 10 8 Схема пролетного строения
с клееными главными балками:
а — фасад; б —план, /—клееная балка,
z — деревоплита; d— диафрагма; 4 по
крытие из асфальтобетона
Рис 10 9 Деталь объединения двух
соседних балок диафрагмой:
1- балка, 2- диафрагма, 3 — тяж; 4 —
бобышка
имеет габарит Г-8,0 + 2Ж'1,0 м. Его главные балки объединены
попарно стальными тяжами, устанавливаемыми в местах поста-
новки диафрагм. По балкам уложены блоки деревоплит.
По плитам уложен слой асфальтобетона. На фасаде показано
перильное ограждение.
Балки пролетного строения размещены с шагом 160 см. Деталь
объединения двух соседних балок диафрагмой приведена на
рис. 10.9. Диафрагма прижимается четырьмя тяжами, размещен-
ными попарно в двух уровнях. К диафрагме гвоздями крепятся че-
тыре бобышки, которые, опираясь на тяжи нижнего яруса, препят-
ствуют смещению диафрагмы вниз.
10.4. Пролетные строения с деревометаллическими
фермами Гау—Журавского
Фермы Гау—Журавского (рис. 10.10) состоят из деревянного
верхнего и металлического нижнего поясов и крестовой решетки,
образуемой из перекрестных раскосов и вертикальных металли-
ческих тяжей. Кроме того, по концам фермы и около концов сек-
6 Зак. 400 1 61
ций ферм также располагаются деревянные стойки. Присоедине-
ние раскосов в узлах ферм производится простым упором в спе-
циальные узловые подушки, в связи с этим раскосы могут воспри-
нимать только сжимающие усилия. Включение раскосов в работу
осуществляется путем натяжения металлических тяжей, торцы
раскосов при этом плотно прилегают к узловым подушкам. Из
двух раскосов, находящихся в одной панели, в зависимости от по-
ложения нагрузки в пролете на сжатие работает только один из
них. а другой выключается из работы.
В связи с этим при любом положении нагрузки ферма с крес-
тообразной решеткой работает всегда как раскосная ферма со
сжатыми раскосами и растянутыми тяжами. В деревометалличес-
кой ферме Гау—Журавского с металлическим нижним поясом де-
ревянные элементы работают только на сжатие, а металлические —
только на растяжение.
Расчетную высоту фермы принимают из условия жесткости
равной */g—712 расчетного пролета. Длина панели фермы зависит
от высоты фермы и угла наклона раскосов, который назначают
близким к 45°. Для уменьшения длины панели угол наклона раско-
сов увеличивают до 60°. Фермы Гау—Журавского могут собираться
из плоских секций или пространственных блоков.
Верхний пояс 1 ферм Гау—Журавского образуется из двух вет-
вей брусьев или окантованных бревен, расположенных в один ярус.
По середине панели и около узлов фермы брусья соединяются
болтами через прокладку (см. рис. 10.10).
Рис 10 10 Опорный блок фермы Гау—Журавского-
/ — верхний пояс; 2 — прокладка, 3 — узловая подушка верхнего пояса, 4 — нисходящий рас
кос, 5 — восходящий раскос, 6 — тяж, 7 — узловая подушка нижнего пояса, 8 —нижний по
яс, 9 — опорная стойка
162
Bui A
Рис 10 11 Верхний узел фермы Гау—Журавского
/ -пояс, 2 — распорки связей, 3 ~ центрирующая подушка -/ — поперечная балка, 5 — ко
ротыш швеллера 6 — накладка, 7 — нагель, 8 — упорный уголок 9 — упорная пластина. 10 -
фиксатор // — раскос /2 —тяж 13 — диафрагма
Нижний пояс образуется из двух швеллеров, соединенных -меж-
ду собой вертикальными диафрагмами в узлах фермы, а по сере-
дине панели пояса — горизонтальными планками.
Сечение поясов ферм принимают постоянным по всей длине
пролета.
Во всех панелях восходящие от опор к середине раскосы вы-
полняют из двух брусьев в поперечном сечении, а нисходящие —
из одного. Это соответствует различию сжимающих условий в этих
раскосах. Брусья нисходящих раскосов пропускают между брусья-
ми восходящих раскосов. В месте пересечения брусья раскосов
скрепляют между собой болтом.
Наибольшее усилие имеет восходящий раскос в крайней от
опоры панели. Нисходящий раскос в этой панели осевых усилий
не имеет, однако он обеспечивает жесткость опорного блока и ус-
тойчивость восходящего раскоса, уменьшая его свободную длину.
Тяжи выполняют из круглых стальных стержней диаметром
35—45 мм, их концы имеют винтовую резьбу.
Пояса и решетки соединяют в узлах фермы с помощью метал-
лических подушек. Чтобы исключить возникновение в узлах мо-
ментов от внецентреннего приложения усилий, узлы фермы конст-
руируют так, чтобы оси всех элементов, сходящихся в узле, пере-
секались в одной точке.
Основу верхнего узла фермы Гау—Журавского (рис. 10.11)
составляет сварная деталь, включающая корытообразный элемент
6* 163
с упорными уголками и пластинами для упирания раскосов. Ко-
рытообразный элемент включает две вертикальные пластины, при-
варенные к горизонтальному листу. Вертикальные пластины кре-
пят к верхнему поясу фермы с помощью глухих нагелей через за-
ранее просверленные отверстия. Концы раскосов опиливаются пер-
пендикулярно их оси и упираются в металлические пластины,
приваренные к полкам уголков. Необходимое положение раскоса
в узловой подушке обеспечивается специальными фиксаторами,
прикрепленными гвоздями к раскосу и вставляемыми в отверстия
в пластинках упорных уголков. Между вертикальными полками
уголков для исключения их изгиба ставят диафрагмы.
Между брусьями верхнего пояса пропускают металлический
тяж и закрепляют гайкой на коротыше из швеллера с наваренной
на нем металлической пластинкой.
Над верхним узлом окото коротыша к верхнему поясу закреп-
тяют распорки горизонтальных связей. На распорки укладывают
центрирующие подушки, а на них опирают поперечные балки про-
езжей части. Центрирующие подушки обеспечивают равномерное
распределение нагрузки от поперечных балок между ветвями верх-
него пояса.
Узел нижнего пояса имеет аналогичную конструкцию, но упор-
ные уголки в нем приварены непосредственно к верхним полкам
швеллеров пояса.
Стыкование блоков фермы осуществляется в панели с помощью
поясных стыковых накладок и стыковых раскосов. Стыки верхне-
ю и нижнего поясов устраивают в одном сечении по вертикали.
Рис 10.12 Стыки поясов фермы Гау—Журавсз^ого:
а — верхнего пояса, б — ннжне10 пояса
164
На рис. 10.12 приведены кон-
струкция стыков верхнего и ниж-
него поясов ферм. Стык верхнего
пояса осуществляется путем при-
торцовки поясов / и обжатием
пояса парными накладками 2 и
болтами <3.
Стык нижнего пояса осу-
ществляется парными листо-
выми накладками / по стенкам
швеллеров с помощью болтов 2.
Верхние горизонтальные связи
ми Гау—Журавского устраивают
Рис. 10 13 Схемы верхних горизон-
тальных связей ферм Га\—Журав-
ского
в пролетных строениях с ферма-
треугольной формы с дополни-
тельными стойками (рис. 10.13). Раскосы 3 и распорки 2 этих свя-
зей выполняют из досок и крепят к поясам 1 гвоздями.
Нижние связи обычно имеют раскосую систему и выполняют
из металлических уголков. Раскосы крепят болтами к фасонкам,
приваренным к поясам. Поперечные связи по длине моста уста-
навливают над опорами и по концам ферм. Их устраивают в виде
щитов из дощатой перекрестной стенки.
10.5. Пролетные строения с дощато-гвоздевыми фермами
Дощато-гвоздевая ферма состоит из верхнего и нижнего поя-
сов, перекрестной стенки из двух слоев досок, шапочной доски по
верхнему поясу, опорных и промежуточных ребер жесткости. Дос-
ки стенки и поясов соединяют гвоздями (рис. 10.14).
Пояса ферм работают на осевые усилия. Пара сил, возникаю-
щих в поясах на плече, равном расстоянию между центрами их
тяжести, воспринимает внешний изгибающий момент от собствен-
ного веса и воздействия подвижной нагрузки. Доски перекрестной
стенки обеспечивают совместную работу поясов и воспринимают
поперечную силу. Шапочная доска по верхнему поясу выравнива-
ет его и обеспечивает его устойчивость из плоскости фермы. Реб-
ра жесткости обеспечивают устойчивость перекрестной стенки.
Опорные ребра жесткости, кроме того, воспринимают опорные ре-
акции и передают их доскам перекрестной стенки.
Фермы длиной до 15 м можно изготавливать и перевозить це-
лыми. При большей длине дощато-гвоздевые фермы образуются из
двух опорных и одной или нескольких промежуточных секций, сое-
диненных между собой монтажными стыковыми накладками.
Высоту дощато-гвоздевых ферм принимают по условиям обес-
печения жесткости, равной —'/ы от длины пролета.
Сечеиия верхнего н нижнего поясов принимают одинаковыми и
постоянными по всей длине пролета. Пояса рекомендуется выпол-
нять из нестроганых досок толщиной 50, 60 или 75 мм и шириной
165
130, 150, 180, 200 или 220 мм. Доски располагаются с каждой сто-
роны стеики в один слой. В каждом слое доски располагают по
высоте в один, два или три яруса (рис. 10.15). Это определяется
особенностью работы гвоздевых соединений: гвозди могут эф-
фективно включить в работу только поясные доски, которые непо-
средственно примыкают к стенке.
В поясах ферм могут быть использованы и брусья. В этом слу-
чае каждую полуферму сначала изготавливают отдельно. Каждый
слой стенки прибивают гвоздями к поясным брусьям. Готовые по-
луфермы соединяются гвоздями, забиваемыми крестообразно
(рис. 10.16).
Следует иметь в виду, что применение брусчатых поясов тре-
бует более строгого контроля качества работ, так как работы по
соединению каждой полуфермы оказываются скрытыми. Кроме
того, необходим строгий контроль правильности постановки на-
клонных гвоздей, соединяющих полубалки.
Стенка дощато-гвоздевой фермы конструируется из двух пере-
крестных досок толщиной по 25 мм при высоте фермы до 2 м и
толщиной по 32 мм при высоте фермы более 2 м. Угол а наклона
досок перекрестной стенки к нижнему поясу принимают рав-
ным 45°
Опорные ребра жесткости принимают того же сечения, что и
поясов. Кроме того, их усиливают накладными брусьями, стяну-
Рис 10 14 Опорная секция дощато-гвоздевой фермы:
/•—опорное ребро жесткости: 2— доски верхнего пояса; 3— шапочная доска; 4 — ребро
жесткости из досок. 5 — ребро жесткости из брусьев; 6 — доски стенкн; 7 — доскн нижнего
пояса; 8 — опорная часть
166
Рис 10 15 Конструкция
Рис 10 16 Конструкция пояса из
брусьев
досок
тыми болтами. Промежуточные ребра жешкосчи ciaaai не реже
чем через */8 пролета. Их ширину принимают равной половине ши-
рины поясов. В местах постановки поперечных связей ребра жест-
кости, как и опорные, усиливают накладными брусьями на стяж-
ных болтах.
Для крепления поясов и ребер жесткости используют гвозди
диаметром 5 и 6 мм. Гвозди забивают с соблюдением норм их рас-
становки с одной стороны пояса или с двух сторон. Забивка гвоз-
дей с двух сторон создает большую плотность и более благоприят-
Рис 10 17. Монтажный стык дощато-гвоздевой фермы:
1 — накладка верхнего пояса, 2— накладка стенки; 3— дополнительное дощатое ребро жест
кости, 4 — накладка нижнего пояса
167
Рис 10 18 Схемы верхних горизон-
тальных связей
ную работу гвоздей. Забивка
гвоздей с одной стороны удобна
при изготовлении ферм в горизон-
тальном положении без перекан-
товки.
Секции по длине фермы сты
куют дощатыми монтажными сты-
ковыми накладками, устанавли-
ваемыми на поясах и на стенке
(рис. 10.17). Пояса блоков соеди-
няются двусторонними накладками на металлических нагелях диа-
метром 16 мм. Сечение поясных накладок принимается таким же,
как и сечение досок пояса. Длину стыковых накладок в верхнем
поясе принимают меньшей, чем в нижнем поясе. Она определяется
условием размещения 30% нагелей в накладках нижнего пояса.
Однако сокращение числа нагелей возможно только при условии
тщательной приторцовки досок верхнего пояса в стыке, что обеспе-
чивает передачу сжимающего усилия. Не менее 10% нагелей в на-
кладках заменяют болтами.
Стыковые двусторонние накладки стенки размещаются между
дополнительными дощатыми ребрами, находящимися на концах
Рис. 10 19 Конструкция узла верхних горизонтальных связен
/ -защитная доска, 2закладная доска, 3— шапочная доска, 4 — пояс, 5 —стенка, 6 —
распорка связей, 7 — раскос связей
168
Рис 10 20 Щит поперечных связей
/ — доска стенки 2 — паспопкя i — паЛпп;
4 — главная ферма, 5 — брусчатое ребро
жесткости фермы
секций ферм. Накладки изготав-
ливают из досок толщиной
4—5 см. Их накладывают вдоль
досок стенки и прибивают гвоздя-
ми, размещаемыми вертикальны-
ми рядами (см. рис 10.17). Поло-
вину гвоздей забивают в доски
накладки с одной стороны, поло-
вину— с другой. Гвозди проби-
вают насквозь.
Горизонтальные верхние связи
устраивают из досок. В пролет-
ных строениях с четырьмя и ше-
стью главными фермами связи
имеют раскосую систему решетки
(рис. 10.18). Доски Связей при-
бивают гвоздями к шапочной дос-
ке пояса (рис. 10.19). Промежут-
ки между элементами связей на шапочной доске закладывают об-
резками досок, по закладным доскам нашивают продольную за-
щитную доску 1, на которую укладывают поперечины. Защитная
доска за счет создаваемого зазора предохраняет элементы связей
от воздействия поперечин при их изгибе.
Поперечные вертикальные связи выполняют в виде двухслой-
ных дощатых щитовых диафрагм (рис. 10.20), образованных из
наклонных перекрестных досок стенки, верхней и нижней горизон-
тальных распорок и одного-двух вертикальных дощатых ребер,
обеспечивающих жесткость щита и устойчивость досок стенки.
Щиты диафрагм прибивают гвоздями к брусчатым ребрам жест-
кости.
10.6. Пролетные строения с применением фанерных труб
Кафедра мостов ЛИСИ в течение многих лет разрабатывает и
внедряет конструкции пролетных строений мостов с применением
фанерных труб.
На рис. 10.21 изображен плоский блок длиной 10,5 м пролетно-
го строения с расчетным пролетом 21 м, в котором фанерные тру-
бы применяются в комбинации с металлом. Элементы фермы, ра-
ботающие на растяжение, выполнены из металла, а на сжатие —
из фанерных труб. Растягивающие усилия в раскосах (стойках)
воспринимаются металлическими тяжами, пропущенными внутри
трубы и закрепленными в поясах или подушках ферм при помощи
гаек. При знакопеременных усилиях в раскосах трубчатые сече-
ния работают на сжатие, а металлический тяж — на растяжение.
Введение металлического тяжа позволило значительно упростить
169
конструкцию узловых соединений элементов фермы. Трубы верх-
него пояса приклеивают к коническим вытачкам подушек, а трубы
раскосов и стоек имеют на концах вклеенные пробки, обработан-
ные на конус, которыми они опираются на подушки поясов. Сече-
ния элементов верхнего пояса, раскосов и стоек приняты из фанер-
ных труб с внутренним диаметром 200 мм и толщиной стенки
20 мм. Нижний пояс металлический из двух уголков 80X80X10,
тяжи диаметром 42 и 20 мм. Подушки фермы изготовлены из кле-
еной древесины Пролетное строение собирается из двух простран-
ственных блоков длиной по 10,5 м, масса блоков по 2,8 т. В 1966 г.
был построен мост с фермами из фанерных труб с расчетным про-
летом 17,04 м на нормативную нагрузку НГ-60 с габаритом проез-
жей части Г-6 с двумя тротуарами по 0,75 м Пролетное строение
этого моста установлено взамен пришедшего в негодность моста с
фермами Гау—Журавского. Каменные устои моста хорошо сохра-
нились, что определило размеры нпнпгп ппопотного стпоения Фер-
мы в нем с параллельными поясами, треугольной решеткой и стой-
ками. В поперечном сечении четыре фермы, по которым уложены
поперечные балки, настил и асфальтобетонное покрытие.
Пояса ферм изготовлены из двух металлических уголков
100X100X10, а элементы решетки выполнены из фанерной трубы
и металлического тяжа, проходящего внутри трубы и закреплен-
Поперечные
Валки 20 ‘20
10500
Рис 10 21 Конструкция плоского блока пролетного строения длиной 21 м с при-
менением фанерных труб
170
Рис 10 22 Пространст-
ПРННЫЙ бпок мостопой
фермы с пролетом 14,6 м
с применением фанерных
труб
1 — фанерная труба, 2 —
верхний пояс, 3 — узловая
подушка, 4 — нижний пояс;
5 — узловая подушка нижне-
го пояса, 6—упоры, 7—
кольцо, 8 — ветвь нижнего
пояса, 9 — связь, 10— ветвь
нижнего пояса 11— гайка,
12 — тяж
ного концами в подушках поясов фермы при помощи гаек. Все
фанерные трубы имеет внутренний диаметр 200 мм и толщину
стенок 60, 40, 30 и 20 мм, а металлические тяжи 50, 28 и 22 мм в
зависимости от расчетных усилий.
В 1976 г. кафедрой мостов ЛИСИ была разработана сборно-
разборная мостовая ферма (рис. 10.22), которая состоит из верх-
него 2 и нижнего 4 металлических поясов и системы раскосов в
виде фанерных труб с размещенными внутри них напрягаемыми
металлическими тяжами. Узловые подушки 3 и 5 соответственно
верхнего и нижнего поясов расположены со взаимным смещением
одна относительно другой, равным половине шага раскосов. Ветви
нижнего пояса объединены связями 9 и совместно с раскосами
образуют в поперечном сечении г§ометрически неизменяемую
треугольную форму. На наружной поверхности верхнего пояса и
ветвях 8 и 10 нижнего пояса расположены упоры 6, на которых тя-
жи 12 закреплены гайками 11, создающими предварительное натя-
жение тяжей. Для повышения прочности торцовых сечений трубча-
тых раскосов 1 по концам установлены кольца 7, предотвращаю-
щие смятие и смещение торцов раскосов. При возведении мостов
в поперечном сечении пролетного строения может быть установ-
лено две и более таких ферм, поверх которых уладывают элемен-
171
ты проезжей части и,жестко крепят к узлам верхнего пояса. Зна-
чительный эффект уреличения несущей способности и жесткости
конструкции можно получить, если пространственные фермы жест-
ко соединить не только по верхнему поясу, но и ввести жесткие
соединения в узлах нижних поясов смежных ферм.
Контрольные вопросы
1. Какие типы конструктивных решений применяются в деревянных мостах
средних пролетов?
2. Какие типы конструкций проезжей части применяются в деревянных мос-
тах средних пролетов?
3. Каковы особенности конструкции пролетных строений с клееными бал-
ками?
4. Каковы особенности конструкции пролетных строений с дощато-гвоздевы-
ми фермами?
5. Каковы особенности конструкции пролетных строений с фермами Гау —
урзвского^
6. Каковы особенности конструкций пролетных строений из фанерных труб?
Глава 11
РАСЧЕТ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ
СРЕДНИХ ПРОЛЕТОВ
11.1. Расчет элементов проезжей части
Доски продольного рабочего настила рассчитыва-
ют на усилие от колеса Рк как разрезные балки с расчетным про-
летом а, равным расстоянию между осями смежных поперечин.
Изгибающий момент в досках продольного настила
Р„
Md = ~^~ (2а—sK) yfP, (H.l)
О
где sK — длина опорной поверхности колеса; у/р— коэффициент надежности
по нагрузке, равный 1,2.
Проверку прочности доски продольного настила производят по
формуле
где т — число досок настила, включающихся в работу по восприятию нагруз-
ки от колеса; Wnt—момент сопротивления одной доски; Яль—расчетное сопро-
тивление материала доски изгибу
Поперечины рассчитывают как простые балки с расчетным
пролетом, равным расстоянию между осями ферм или балок. Соб-
ственным весом при расчете поперечин пренебрегают. Расчетной
172
Рис 111. Схема для расчета поперечин:
а __ распределение нагрузки между поперечинами; б — распределение нагрузки иа поперечину
нагрузкой для поперечин является воздействие колеса. При расче-
те поперечин учитывают, что продольный настил распределяет на-
грузку от колеса на несколько поперечин. При определении доли
нагрузки, приходящейся на одну поперечину, настил можно рас-
сматривать как неразрезную балку на упруго-оседаклцих опо-
рах— поперечинах. В качестве расчетной схемы допускается при-
нимать балку бесконечной длины на упругом основании. Тогда
доля а нагрузки, приходящейся на поперечину, определяется наи-
большей ординатой линии влияния (рис. 11.1) давления в сечении
балки над поперечиной.
Доля а может быть вычислена по формуле
а = 0а/2, (11.3)
где а — расстояние между осями поперечин или расчетный пролет продольно-
го рабочего настила; 0 — коэффициент, характеризующий податливость продоль-
ного настила на поперечинах
Значение 0 вычисляют по формуле
где а — расстояние между осями поперечин или расчетный пролет продольно-
(рис. 11.1, б); т — число досок продольного настила, включающихся в работу
До восприятию нагрузки от колеса (см. рис. 11.1, б); /н — момент инерции сече-
ния доски продольного рабочего настила.
Нагрузка, приходящаяся от колеса на одну поперечину,
Р1 = аРк (11.5)
Наибольший изгибающий момент в поперечине
М = -|1-(26 —m&i) у/р, (11.6)
О
где —суммарная ширина досок нижнего рабочего настила, включающих-
ся в работу по восприятию нагрузки (рис. 11.1, б).
173-
Поперечный рабочий настил и прогоны в проезжей части с по-
перечными балками рассчитываются так же, как соответствующие
элементы в пролетных строениях (с отдельными прогонами) мос-
тов малых пролетов.
Поперечные балки рассчитывают на нагрузку от собственного
веса и временной нагрузки как разрезные балки. Расчетной для
них оказывается гусеничная нагрузка НГ-60. Расчет этих балок]
аналогичен расчету насадок плоских опор мелких пролетов. Рас-
четный пролет поперечной балки принимают равным расстоянию
между осями ферм.
11.2. Расчет пролетных строений с клееными балками
Усилия в балках пролетных строений определяют обычными
способами. При наличии в проезжей части деревоплиты коэффи-
циенты поперечной установки могут быть определены с использо-
ванием способа внецентренного сжатия или способа упругих опор.
При расчете клееных балок на изгиб предполагается, что по
клеевым швам сдвиги не происходят, напряжения в балках вычис-
ляют как для монолитных сечений по обычной формуле
м
(II-7)
Расчетное сопротивление клееной древесины изгибу принима-
ют с учетом толщины склеиваемых досок, высоты клееных балок и
породы древесины по табл. 98, 99 и 101 СНиП 2.05.03-84.
На скалывание клееные балки проверяют по формуле
QS
(11-8)
10
где Q — расчетное значение поперечной силы в рассматриваемом сеченин;
S — статический момент части сечення, расположенной над плоскостью, в которой
вычисляют напряжение; / — момент инерции сечения балкн; b — ширина клеево-
го шва в проверяемом месте; — расчетное сопротивление скалыванию древе-
сины вдоль волокон.
Прогиб клеевых балок определяют с учетом податливости кле-
евых швов. Влияние податливости швов на прогибы клееных ба-
лок допускается учитывать увеличением прогибов на 20%.
11.3. Расчет пролетных строений
с деревометаллическими фермами Гау—Журавского
Расчет усилий в элементах ферм. При расчете ферм Гау—ЖУ'
равского исходят из допущения, что сопряжения элементов в уз-
лах шарнирные.
174
За счет натяжения металлических тяжей в узлах фермы обес-
печивается обжатие, при этом в элементах фермы возникают до-
полнительные усилия. Однако эти усилия по сравнению с усилия-
ми от временной и постоянной нагрузок невелики. Поэтому при
расчете ферм Гау—Журавского усилия, получаемые от начально-
го натяжения тяжей, не учитывают.
Деревянные пояса ферм Гау—Журавского по конструктивным
соображениям принимают одинакового сечения по всей длине про-
лета. В связи с этим достаточно рассчитать только элементы в
средних панелях.
Раскосы и стойки могут иметь разное сечение, поэтому все под-
лежат расчету.
Рис. 11.2. Линии влияния усилий в элементах фермы Гау—Журавского
175
Усилия в элементах ферм получают загружечием соответствую-
щих линий влияния (рис. 11.2).
Наибольшие усилия в поясах и опорных раскосах определяют
загружением соответствующих однозначных линий влияния по
всей длине пролета:
У = (4пч У/пч + qyfq+ v»lv yfv-^ пт Yjt Пт) «+ PXfP Нр(</1 + </?Нр. (11 - 9)
где ?пч—постоянная нагрузка от веса проезжей части на 1 м феомы, q—
постоянная нагрузка от веса фермы и связей на 1 м фермы, у?Пч, —коэффи-
циенты надежности по нагрузке для проезжей части н фермы; со — площадь ли-
нии влияния усилия в рассматриваемом элементе пэяса или в опорном раскосе;
\tp> Y,v Y/т — коэффициенты надежности по нагрузке для тележки, равномерно-
распределенной нагрузки и толпы на тротуарах; Пт—коэффициенты по-
перечной установки для тележки, равномерно распределенной нагрузки и толпы
на тротуарах, t/t, уг — ординаты линии влияния усилия под колесами тележки;
Р — усилие от колес тележки; v, q^ — интенсивность равномерно распределенной
нагрузки от автомобилей н от толпы на тротуарах.
Усилия во всех восходящих раскосах, кроме опорного, опреде-
ляют по формуле
°в-=(7пчТ/пч+??/</) (W1 1 ю2) — Pyjp Пр (Уд- Уг) Ф
^(Yfv ''Пу-гТ/т?тНт)ы1, (11 Ю)
где <01 и ы2 — площади участков линии влияния со своими знаками (сжа-
тие — отрицательное, растяжение — положительное).
При определении усилий в нисходящих раскосах исходят из
того, что они включаются в работу, когда восходящий раскос
выключается из работы и вся нагрузка в панели в виде сжимаю-
щего усилия передается на нисходящий раскос.
В связи с тем что при раскосной решетке линия влияния нисхо-
дящего раскоса является зеркальным отражением линии влияния
восходящего раскоса той же панели, сжимающее усилие, дейст-
вующее от временной нагрузки в нисходящем раскосе, можно оп-
ределить загружением положительного участка линии влияния
восходящего раскоса, т. е.
Ф» -=Ф/пчУ/и-г’ (®1+®г) “гФу/т-Пр (Vi^-Vj) —
V(Y/v Vtlv +Y/t 9т Нт) w2- (H-Н)
Наибольшие усилия в тяжах определяют, загружая временной
нагрузкой положительный участок линии влияния усилия в тяже:
N — Ф/пч Т/пч + ?Т/ч) (Ы1 w2) + Ру/P Пр (У1 + У-Р/ +
+ (Yfv Vtlv~)~ Y/т ?т Пт) f0i- (11-12)
Так как сечения верхнего и нижнего поясов сохраняются по-
стоянными по всей длине пролета, то подбор сечения поясов фер-
мы производят по усилиям, соответствующим средней панели
фермы.
176
Прочность растянутого пояса проверяют по формуле
N
<7=—(11.13)
'НТ
где N— расчетное усилие в иижнем поясе, Гнт—площадь пояса с учетом
ослаблений. Rp — расчетное сопротивление металла на растяжение.
Прочность и устойчивость сжатых пояса и раскосов проверяют
по формулам:
<г = Л’с/Гнт < Яс! a = ,Vc/<pF6p <Rc, (Н-14)
где jVc—сжимающее усилие в поясе или раскосе; Л'бР—площадь сжатого
пояса без учета ослаблений, если они составляют не более 25%; ф - коэффициент
понижения несущей способности центрально-сжатых элементов, определяемый
в зависимости от расчетной гибкости Л по формулам:
/ Л V
<р=1—0,8 I -1 при Л<70;
ЯПЛЛ
<р = при л > 70. (11.15)
Свободную длину сжатых элементов в плоскости фермы прини-
мают равной расстоянию от центра узла до точки пересечения
раскосов, из плоскости фермы — равной полной длине раскоса,
умноженной на коэффициент т), учитывающий удерживающее дей-
ствие обратного раскоса.
т) = 1/1/1 Zj/Zo» н0 не менее 0,5,
где /о — момент инерции сечения рассчитываемого сжатого раскоса при изги-
бе из плоскости фермы, Л — момент инерции сечения встречного неработающего
раскоса.
Прочность металлических тяжей на растяжение определяют по
формуле (11.13) с учетом ослабления площади сечения нарезкой.
Расчет узлов и сопряжений. При проектировании узлов фермы
Гау—Журавского производят следующие расчеты:
а) проверяют на смятие торцы раскосов в местах их опирания
в уголки узловых подушек (см. рис. 10 11):
о--—(11.16)
nFCM
где D — усилие в раскосе; п — число вегвей раскоса; FC4—площадь смятия
раскоса в месте его упирания: /?см —расчетное сопротивление древесины смятию
вдоль волокон:
б) проверяют на смятие верхний пояс под упорными уголками
узловых подушек на действие вертикальной составляющей усилия
в раскосе:
с . А 1 пуи 4...1
ГСМ Оп Нц Оу
где &„ — ширина ветви пояса: нп — число вегвей пояса; bs — ширина полки
упорного уголка, Rcмео — расчетное сопротивление древесины смятию поперек
волокон;
177
в) определяют необходимое количество глухих металлических
жагелей для прикрепления металлических узловых подушек к де-
ревянному поясу (см. рис. 10.11) по формуле
где а — угол наклона раскоса к горизонту; 7Н—наименьшая расчетная несу-
щая способность нагеля, кН, при его работе на один условный «срез», определяе-
мая при диаметре нагеля Дн, см, и ширине ветви пояса Ьп, см, по форм\ле
7H = 0,685dH ba или 7 = 2,256^.
(11.19)
г) определяют длину сварных швов, прикрепляющих упорные
уголки к металлическим поясам или к вертикальным накладкам
узловых подушек по горизонтальным составляющим усилий D в
восходящих раскосах, упирающихся в узловые подушки:
где бш — толщина сварного шва по наименьшему катету, — расчетное со-
противление сдвигу в сварном шве;
д) для стыка деревянного верхнего пояса (см. рис. 10.12) оп-
ределяют необходимое количество нагелей на длине полунакладки
из условия, что вследствие приторцовки стыкуемых элементов на
стыковые накладки передается только 50% расчетного усилия в
поясе:
где Q — усилие в верхнем поясе в стыковом сечении; пи — количество ветвей
в верхнем поясе; Тв — наименьшая расчетная несущая способность нагеля, кН,
при его работе на один условный срез, определяемая по формулам
7H = 0,685dH/2;
7Н = 1,618^+0,019/2;
/2 — толщина крайних элементов, см; Дн — диаметр нагеля, см
Ширину накладки принимают равной высоте пояса, а толщину
накладки — равной половине ширины ветви пояса;
е) определяют количество болтов в полунакладке и проверя-
ют сечение полунакладок для стыка нижнего металлического поя-
са (см. рис. 10.12, б).
Количество болтов ть в полунакладке определяют из условия
работы их на двойной срез и смятие стенок швеллера по форму-
лам:
по условию работы болтов на срез
и и
47 °р nd)! /?Ср б
(11.22)
178
по условию смятия стенок швеллеров
и и
2^6 26ст dg /?см
(11.23)
где df,—диаметр болта; йСрв — расчетное сопротивление материала болта
на срез; бет—толщина стенки швеллера нижнего пояса, Rett—расчетное сопро-
тивление металла на смятие.
11.4. Расчет пролетных строений
с дощато-гвоздевыми фермами
При расчете дощато-гвоздевых ферм исходят из предпосылки,
что изгибающий момент воспринимается поясами, а поперечная
сила — стенками. В связи с этим усилия в поясах дощато-гвозде-
вой фермы определяют по формуле
М = Л4/й0, (11.24)
где М — расчетный изгибающий момент в одной, наиболее нагруженной
ферме; h0 — расчетная высота фермы.
Прочность поясов проверяют для сечения в середине пролета.
Расчетный изгибающий момент от собственного веса пролетного
строения и временной нагрузки
М = (<7пч Т/пч + Щ,+ ТГг Лт) ш+ Pffp Лр (Vi + l/a) > (11 -25)
где ш — площадь линии влияния изгибающего момента в середине пролета
фермы; yt, у2 — ординаты этой линии влияния под колесами тележки. Остальные
обозначения такие же, как в формуле (11 9).
Сечения верхнего и нижнего поясов принимают одинаковыми по
условию прочности на растяжение с учетом возможного ослабле-
ния растянутого пояса нагелями в месте стыка:
М
F6P- 1,25——. (11.26)
tfp "О
По найденной площади выбирают с учетом сортамента и
конструктивных соображений необходимое количество досок.
Число гвоздей, необходимое для прикрепления пояса к стенке,
определяют из условия восприятия ими сдвигающей силы, возни-
кающей между поясом и стеикой. Сдвигающая сила между поя-
сом и стенкой появляется вследствие того, что усилие в поясе по
Длине изменяется, что в свою очередь является результатом воз-
действия на пояс восходящих и нисходящих раскосов (рис. 11.3, а).
Сдвигающую силу на 1 м длины пояса в общем случае опре-
деляют как первую производную от усилия в поясах по длине, т. е.
т_ dN_____d Г М (х) I = М' (х) Ло (x) — h'a (х) М (х)
Дх dx [ (х) J hf (х)
179
Рис 11 3 Схема для определения сдвигающей силы в поясах на 1 м длины
В связи с тем что М' {х) =Q(x), а первая производная от вы-
соты балки по ее длине может быть представлена как tg0, запи-
шем окончательно:
т QU) N(X) tgfr
Mxj ha(x)
Для балок с параллельными поясами tgp=O и
т_
(х)
(11.28)
(11 29)
Вычисленная сила Т (в кН/м) сдвигает ветви пояса (см.
рис 11.3, а) относительно стенки как единого целого. Этому сме-
щению противодействуют гвозди. Каждый из них при этом рабо-
:ает как двусрезный нагель (рис. 11.3, б).
Необходимое число гвоздей на 1 м пояса для присоединения
его к стенке находится как наибольшее из двух значений:
по условию смятия крайних элементов
1,25 Г
п, =-------------;
1 Та + Tai
(11.30)
по условию смятия стенки
1,257
^ = -^7— О1 3‘)
В приведенных формулах:
Та — расчетная несущая способность гвоздя, кН, иа один условный срез
по условию смятия крайнего элемента толщиной a; Tai — расчетная несущая спо-
собность гвоздя, кН, на один условный срез по условию смятия крайнего элемен-
та иа глубине заделки гвоздя а,=/—а—l,5d—3-0,2, Тс —расчетная несущая спо-
собность 1Воздя, кН, на один условный срез по условию смятия стенки толщиной
с; 1,25 — коэффициент, который учитывает необходимость увеличения количест-
ва гвоздей в связи с возможным их попаданием в щели между досок перекрест-
ной стенки
180
Рис 11 4 Схема для расстановки гвоздей в поясах-
а — в верхнем, б — в нижнем
Значения Та, Та1, Тс вычисляют по формулам табл. 102
СНиП 2.05.03-84 или принимают по специальным таблицам в за-
висимости от диаметра гвоздей и соответственно толщины край-
нее элемента и, 1 Лубины щ заделки iвиздя в при 1 ивиполижную
поясную доску и толщины стенки с. Принятое число гвоздей рас-
станавливают на 1 м поясных досок в продольном и поперечном
направлениях с соблюдением установленных норм их расстанов-
ки (рис. 11.4):
si 1; Sj ; s3 4t/r в (11.32)
Здесь важно отметить, что норму Si^l5drB необходимо соблю-
дать не только для поясных досок, но и для досок перекрестной
стенки. Это вызывает необходимость расстановки верхнего ряда
гвоздей в верхнем поясе и нижнего ряда гвоздей в нижнем поясе
на расстоянии S3^ 15drBsina от наружных кромок поясных досок.
Так как a=304-45°, то
s3 « 1 ЫГв. (11 33)
По длине пролета устанавливают обычно три зоны гвоздевого
забоя в соответствии с изменением эпюры Q и Т. Количество по-
ясных гвоздей в зонах определяют по наибольшим значениям Т в
пределах этих зон.
Кроме горизонтальной сдвигающей силы между стенкой и поя-
сом, возникает вертикальная сдвигающая сила V. Эта сила стре-
мится (см. рис. 11.3, а) сдвинуть одну половину балки относитель-
но другой по вертикали.
Этому противодействуют гвозди, работая на один срез в плос-
кости между досок стенки. Расчетная несущая способность гвоз-
дя в ньютонах на один срез по условию смятия древесины в этом
случае составит Та2. Значение Та2 находится в зависимости от а2
с учетом того, что соединение в этом случае работает как несим-
метричное.
Значение а2 находят по формуле
a2 = c/2-\-ai. (11.34)
181
Вертикальная сдвигающая си-
ла V зависит от угла наклона до-
сок и составляет
^=-^tga. (11.35)
Значение tga при а=304-45
изменяется в пределах от 0,57 дс
1. Следовательно,
(Н.36'
Рис 11.5. Схема для определения в связи с что у
Та и Тг 2
Тп. >• 7\. расчет на лействи(
вертикальной сдвигающей силы в поясах при сплошном гвоздевом
забое не производят. Однако в случае брусчатых поясов такой рас-
чет обязателен. Действием силы V в этом случае определяют не-
обходимое количество косых гвоздей, связывающих между собой
полубалки.
На единицу длины опорного ребра жесткости по двум швам
между досками ребер и стенки возникает от опорной реакции вер-
тикальная сдвигающая сила Гв (рис. 11.5). Ее определяют по
формуле
Т __ ^ппах
В~ Ло-Лп
(11.37)
Эта сдвигающая сила воспринимается двумя срезами гвоздей. Не-
обходимое число гвоздей для ее восприятия получим по формулам:
по условию смятия крайних элементов
п1~та+тах’ (1138)
по условию смятия стенки
(11.39)
2 2ТС
Значения Та, Та\ и 7\ в этих формулах имеют тот же смысл и
значение, что и в формулах (11.30) и (11.31).
Разложив вертикальную сдвигающую силу Т по направлениям
досок стенки, получим составляющие D\ и D2 (см. рис. 11.5). Го-
ризонтальные их составляющие Тг, равные по значению и проти-
воположные по знаку, стремятся сдвинуть одну половину балки
относительно другой по шву между досок стенки.
182
Горизонтальная сдвигающая сила зависит от угла а наклона
досок и определяется по формуле
Т’в
2tga ’
(11.40)
При a^30°, tga^0,57 ТГ=ТВ.
Следовательно, при малых углах наклона досок стенки к поя-
су горизонтальная составляющая Тг может быть равна по значе-
нию вертикальной составляющей Тв. Заметим при этом, что сила
Тв воспринимается двумя срезами каждого гвоздя, а Тг только
одним. В связи с этим при а<45° необходимо определять число
гвоздей по условию противодействия сдвигу одной половины бал-
ки относительно другой. Это число определяется по формуле
л» = 1. 2577/7’,, „
~ Л»
(11.41)
где Таг — несущая способность гвоздя на условный срез при его заделке на
длине a2=</2+ai.
Значение Та2 находят по формулам табл. 102 СНиП 2.05.03-84
с учетом несимметричного нагельного соединения.
За расчетное число гвоздей для крепления опорного ребра к
стенке принимают большее из значений п'\, п'2 и п3. Необходимо
помнить, что по формулам получается число гвоздей на 1 м ребра
жесткости (при условии, что Т принимают в Н/м).
Гвозди в опорном ребре жесткости размещают с соблюдением
ранее приведенных норм, применение которых в этом случае не
имеет никаких особенностей.
Прогиб дощато-гвоздевых балок с перекрестной стенкой опре-
деляют по обычным формулам для балочных конструкций.
Расчетную жесткость балки принимают с учетом податливости
гвоздевых соединений (на 30% меньше) по формуле
FFh^
Е 1 = 0,7 , (11 42)
где Е — модуль упругости древесины; F — площадь рабочего сечения пояса
балки. h0 — плечо внутренней пары сил
В формуле (11.42) коэффициент 0.7 учитывает влияние упру-
гой податливости гвоздевых и нагельных соединений.
Контрольные вопросы
1 Каковы особенности расчета пролетных строений с клееными балками’
2 Каковы особенности расчета пролетных строений с фермами 1 ау—Журав
ского’
3 . Каковы особенности расчета пролетных строений с дощато-гвоздевыми
фермами?
183
Глава 12
ОПОРЫ И ЛЕДОРЕЗЫ ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ
СРЕДНИХ ПРОЛЕТОВ
12.1. Типы опор деревянных мостов средних пролетав
Конструкция опор деревянных мостов средних пролетов имев'
ряд особенностей, определяемых условиями их работы, отличаю
щимися от условий работы опор мостов малых пролетов. На.опо
ры мостов средних пролетов действуют уже значительные нагруз
ки от собственного веса пролетных строений. Эти нагрузки пере
даются на опоры через опорные части, размещаемые под четырь-
мя—шестью главными фермами, из которых образуется пролетное
строение мостов средних пролетов.
Опоры мостов средних пролетов имеют обычно значительную
высоту (до 10 м) над РСУ, чю связано с необходимостью обеспе-
чения судоходных подмостовых габаритов. Большая высота опор
и увеличенные пролеты способствуют возникновению значитель-
ных горизонтальных продольных воздействий на опоры от тормо-
жения подвижных нагрузок, а большая площадь боковой поверх-
ности пролетных строений создает повышенные поперечные воз-
действия от ветра на опоры.
Отмеченные особенности условий работы рассматриваемых
опор вызывают необходимость применения в мостах со средними
пролетами опор башенного типа, обеспечивающих их пространст-
венную жесткость и устойчивость.
В зависимости от местных условий, вида и назначения моста
его опоры могут иметь различную конструкцию. Применяют сле-
дующие типы опор: свайные, свайно-рамные, ряжевые и массив-
ные.
На выбор типа опор оказывает влияние вид грунтов Если
грунты допускают забивку свай, то обычно применяют свайные
или свайно-рамные опоры. Свайно-рамные опоры позволяют со-
кратить время их возведения благодаря возможности монтажа ба-
шенной рамной надстройки из заблаговременно заготовленных
объемных или плоских транспортно-монтажных элементов.
Если грунты не позволяют забивку свай, то опоры закладыва-
ют в естественном основании. В этом случае возводят ряжевые
опоры, а также массивные опоры из каменной или бетонной клад-
ки Массивные опоры применяют на реках с сильным ледоходом
или быстрым течением, когда деревянные опоры применять неце
лесообразно. Массивные опоры применяют также в случаях, ког-
да предполагается замена деревянных пролетных строений желе-
зобетонными или металлическими, а также когда деревянная кон-
струкция пролетного строения обеспечивает длительные сроки
эксплуатации (антисептированная древесина, надежно защищен-
ная от увлажнения проезжей частью).
184
12.2. Конструкции деревянных свайных
и свайно-рамных башенных опор
Конструкция спайных опор зависит от высоты опоры и конст-
рукции пролетных строений. Свайные опоры (рис. 12 1) всегда
имеют кусты коренных свай, располагаемых под опорными частя-
ми главных ферм пролетных строений. Кусты коренных свай сос-
тоят из двух—четырех свай и воспринимают действующие от про-
летных строений вертикальные усилия. Размещение свай в кусте
может быть разным: куст свай под опорными частями ферм может
быть развит по фасаду моста (рис. 12.1, б) или в поперечном на-
правлении (рис. 12.1, а).
Развитие куста по фасаду моста способствует большему стес-
шнию русла реки, но обеспечивает большую безопасность от пов-
реждения ледоходом всех свай в кусте. Расстояние между сосед-
____ _______ _ ............. ........ Л А Л ГГ . .V. - —
НИМИ IDdMMH D nyviic ilpMHMMdlUl рЛЬПЫМ V,*t U,U M ИЛ
размещения между ними продольных схваток, выполняемых из
бревен, а также из условий забивки свай в кусте. Расстояние
между кустами свай по фасаду моста определяет ширину опоры.
Она зависит от высоты опоры и назначаемся обычно в пределах
0.2—0,3 полной высоты опоры. При небольшой высоте опор их
ширина но фасаду моста определяется конструкцией концевых час-
тей пролетных строений.
Для обеспечения пространственной жесткости кусты свай свя-
зывают между собой в продольном и поперечном направлениях
горизонтальными и диагональными схватками (см. рис. 12.1, б).
Высота ярусов между горизонтальными схватками обычно 3—4 м.
При высоте опоры более 6 м в однопутных мостах и более 10 м
в двухпутных мостах для обеспечения поперечной жесткости опоры
в ее конструкцию вводят укосины 2 (см рис. 12 1, б), устанавли-
ваемые с уклоном 1 : 4— 1 : 3. В згом случае для упирания укосины
Рис. 12 1 Схемы свайных опор мостов:
' --коренная свая. 2 укосина: 3 - откосная свая
185
забивают дополнительно подкосные сваи 3, которые объединяют-
ся с коренными сваями общими насадками. Если глубина воды в
межень превышает 2—2,5 м, то необходимо устанавливать подвод-
ные поперечные и продольные схватки. Сваи по высоте стыкуют
вполдерева. Горизонтальные и диагональные схватки связывают
со сваями врубками и болтами так же, как это выполняют в опо-
рах простейших балочных мостов малых пролетов.
Свайно-рамная деревянная башенная опора мостов средних
пролетов состоит из свайного ростверка и рамной надстройки
(рис. 12.2, а). Свайный ростверк образуется из двух (см.
рис. 12.2, а) или четырех поперечных относительно оси моста ря-
дов свай, объединенных поверху насадками, которые крепятся
к сваям заершенными штырями.
По свайному ростверку устраивают рамную надстройку из
продольных или поперечных рам. Рамы могут быть плоскими и
объемными. Для обеспечения ирис1ранс1венной жесгкост элемен-
ты рам связывают между собой в продольном и поперечном на-
правлении горизонтальными и диагональными схватками.
Схема расположения свай в ростверке и стоек в рамной над-
стройке принимают такой же, как в свайной опоре.
Высоту свайного ростверка принимают из условия, что возвы-
шение верха насадки составляет 0,7—0,9 м над уровнем межен-
ных вод или над грунтом на поймах. Это расстояние определяет-
ся технологией работ по установке насадок.
Ширину ростверка по фасаду моста принимают не менее 0,2—
0,3 полной высоты опоры.
Рассмотрим конструкции рамных надстроек из поперечных и
продольных рам.
При надстройке из поперечных рам (см. рис. 12.2, а) по свай-
ному ростверку укладывают продольные бревна, которыми вырав-
нивается горизонтальная плоскость для рам. Поперечная рама об-
разуется из спаренных стоек, насадки и лежня, объединенных по-
перечными диагональными схватками из пластин, устанавливае-
мых по две с каждой стороны рамы. В состав рамы могут входить
и укосины. Рамы в надстройке соединяются между собой продоль-
ными и диагональными схватками из бревен.
Поверху рамной надстройки под опорные части главных ферм
укладывают парные продольные бревна, на которых располага-
ются мауерлаты. Размещение мауерлатов на продольных бревнах
позволяет перемещать их вдоль моста и устанавливать точно под
опорными ребрами жесткости или под опорными стойками ферм.
Рамная надстройка закрепляется к свайному ростверку болта-
ми, так как в опоре при действии тормозной силы вдоль моста в
одном ряду свай-стоек могут возникать растягивающие усилия.
Болтами соединяются лежни рамной надстройки с насадками
свайного ростверка (узел 77/). Кроме того, крайние сваи соединя-
ют со стойками рам односторонними накладками на болтах.
186
Рис 12.2. Свайно-рамная опора с поперечными рамами:
J — мауерлаты, 2 — продольный брус* 3 — насадка; 4— продольная схватка, 5— коренная
стойка, 6 — укосина; 7 — лежень надстройки; 8 — продольное бревно ростверка, 9 — насадка
Ростверка, 10 — подкосная свая, 11— накладка; 12 — коренная свая, 13 — накладная лежня'
14 — накладка насадкн
187
Соединение укосины с крайней стойкой рамы и с лежнем пока-
зано на узлах / и II (см. рис 12 2, б). Укосина врезается лобовой
врубкой в стойку опоры и в лежень и к ним крепится болтами
Плоскость врезки должна быть перпендикулярна к оси укоси-
ны и находиться от торца стойки или лежня на расстоянии не ме-
нее двух диаметров бревна, что обеспечивает работу врубки по
условиям скалывания
Рис 12 3 Свайно-рамная опора с продольными двухрядными рамами
Z— маутрлат —насадка продольной рамы i — продольная схватка, 4 — коренная стойка
S— укосина, 6 — насадка ростверка 7 — подкосная свая
188
Рис 12 4 Продольные двухрядные рамы с одним (а) и двумя (б) ярусами диа-
гональных схваток
1 — раскос, 2 — прокладка
Надстройка из продольных двухрядных рам (рис. 12.3) уста
навливается непосредственно на насадки свайного ростверка Ра
мы объединяются по ширине моста в пространственный блок гори-
зонтальными и диагональными схватками.
Каждая двухрядная рама состоит из двух плоски к двухстоеч
ных рам (рис. 12.4, а), между которыми располагаются продоль-
ные схватки из бревен или брусьев Плоские рамы со схваткам!*
объединяются в двухрядные рамы болтами При высоте рам бо
лее 4—5 м двухрядные рамы устраивают с двумя ярусами диаго
нальных продольных схваток (рис. 12.4, б).
Сверху на насадки двухрядных рам без дополнительных про
дольных брусьев укладывают мауерлаты (см. рис 12.2, б)
Рамная надстройка, образуемая из двухрядных продольных
рам, соединяется со свайным ростверком с помощью длинных скоб
или металлических накладок, устанавливаемых в плоскости край-
них коренных свай
В свайно-рамных опорах с продольными двухрядными рамами
укосины монтируются после установки рам Они врубаются в край-
ние стойки рам и в насадку свайного ростверка (см. узлы I и И
рис 12 3) и закрепляются дополнительными поперечными горизон
тадьными схватками Продольные рамы имект сравнительно не-
большую ширину и массу, что позволяет транспортировать их в
готовом виде и вести монтаж надстройки обычными автомобиль
ными кранами
18»
12.3. Конструкции ряжевых опор
При скальных грунтах и значительных глубинах воды могут
найти применение ряжевые опоры, состоящие из ряжа и рамной
надстройки (рис. 12.5, а).
Ряжем называют деревянный ящик из бревен, имеющий стен-
ки, днище и перегородки. Ряж устанавливают на предварительно
выравненное дно реки и заполняют камнем. Это обеспечивает его
устойчивость под воздействием горизонтальных сил от давления
воды, ветра, льда при ледоходе.
Ряжевые опоры требуют больших расходов древесины и кам-
ня. Их изготовление трудоемко, своими размерами они сильно
стесняют русло реки, недолговечны, так как древесина очень быст-
ро загнивает в пределах колебаний уровня меженных вод.
Ширину ряжа обычно назначают равной 0,35—0,4 полной вы-
соты опоры. Верх ряжа должен возвышаться над уровнем ледохо-
да не менее чем на 1 м.
В плане ряж может быть прямоугольным или с заостренной
частью с верховой стороны (см. рис. 12.5). При сильном течении
для уменьшения сопротивления потоку заострение устраивают и
с низовой стороны.
Для обеспечения пространственной жесткости и восприятия на-
грузки от пролетного строения внутри ряжа устраивают внутрен-
ние стенки, располагаемые под главными фермами по оси моста.
На стенки ряжа опирается рамная надстройка, которая так же,
Рис 12.5 Схема ряжевой опоры-
, — бревна продольной стенки, 2 —пол: 3 — сжим; 4 — бревна поперечной стенкн; 5 — метал-
лическая накладка
190
как и в свайно-рамных опорах, может устраиваться из продоль-
ных двухрядных или из плоских поперечных рам, соединяемых
схватками.
Для стенок ряжа используют бревна, опиленные на два канта
и имеющие одинаковую высоту. Концы бревен продольных и по-
перечных стенок поочередно укладывают друг на друга, при этом
в стенках между бревнами образуются зазоры высотой, равной
высоте бревна, обработанного на два канта (рис. 12.5, б). Концы
бревен соединяют между собой штырями. Каждый штырь проши-
вает два бревна и заходит в третье бревно. В узлах пересечения
продольных и поперечных стенок устанавливаются вертикальные
стойки, которые соединяются с продольными бревнами стенок бол-
тами. Эти стойки играют роль сжимов.
Пол ряжа располагают над вторым рядом бревен продольных
стенок, при этом бревна пола размещают поперек ряжа, т. е.
вдоль оси моста. Бревна, находящиеся ниже днища, образуют
иож ряжа, который врезается в грунт.
Бревна днища располагают с небольшими зазорами, через ко-
торые засыпают мелкий камень или щебень для обеспечения плот-
ного опирания днища после установки ряжа на грунт.
На реках с сильным ледоходом ряжевые опоры снабжают на-
клонным ледорезным выступом, устраиваемым за счет удлинения
передней части ряжа. Ледорезную часть, а также боковые поверх-
ности ряжей в этом случае обшивают листовой сталью.
12.4. Конструкции ледорезов
На реках, замерзающих зимой, опоры деревянных мостов не-
обходимо защищать от повреждения их ледоходом. Для этого пе-
ред опорами устраивают ледорезы.
Ледорезы можно возводить отдельно от опор или объединять
с ними в единую конструкцию. При деревянных свайных и свайно-
рамных опорах ледорезы возводятся отдельно, так как эти опоры
не имеют достаточной прочности для восприятия значительных го-
ризонтальных нагрузок от возможного навала льда, а сваи этих
опор легко повреждаются отдельными льдинами.
Ряжевые опоры имеют значительную массу и способны при-
нять на себя удар льдин, поэтому в ряжевых опорах конструкция
'ледореза объединяется в одно целое с опорой
Расстояние между ледорезом и опорой принимают в зависимос-
ти от скорости течения. При скорости до 1 м/с ледорез располага-
ется от опоры на удалении 1 м, а при большей скорости это рас-
стояние увеличивается пропорционально скорости.
Тип ледореза и основные размеры его зависят от интенсивнос-
ти ледохода, ширины опор, скорости течения и глубины воды при
уровне высокого ледохода.
WI
В связи с этим устраивают ледорезы различных типов не толь-
ко на разных реках, но и в одном и том же мосту на разных участ-
ках по длине его. Обычно при значительных глубинах и скоростях
на главном русле применяются более мощные ледорезы шатрово-
го или цилиндрического типа, а на поймах, где скорости течения и
гтубины меньше, можно использовать тедорезы кустового усилен-
ного типа.
Во всех типах ледорезов верх их располагается выше уровня
высокого ледохода на 1 м, чтобы защитить опоры в случае подъе-
ма воды из-за образования заторов льда. Ширину ледорезов при-
нимают, как правило, равной ширине опор.
Шатровые ледорезы (рис. 12.6) используются при ледоходе лю-
бой интенсивности, чаще при сильном ледоходе, и при большой
гл) бине воды
Шатровые ледорезы имеют три ряда свай- два наружных и
один вн)1ренний. На сваи наращиваются стойки. Между сваями
ставят подкосы. Сверху ледореза располагается шатер, опираю-
щийся на скуловые пояса 4 Сам шатер располагается на стро-
пильцах 2, стянутых ригелями 3 для восприятия горизонтального
распора. Шатер выполняется с поперечным уклоном 1-1,4. Сверху
шатра располагается шапочный пояс /, устраиваемый с продоль-
ным уклоном 1 —1,75. Сверху шапочного пояса крепят рельс, ме-
та т тической уголок или металлические полосы (режущее ребро).
Низ этого ребра располагается ниже уровня низкого ледохода на
0.7 м. Шатер по стропильцам обшивается пластинами, а при силь-
ном ледоходе бревнами Пластинами обшивают также боковые
стенки ледореза Каждая пластина обшивки по концам закрепля-
ется к сваям болтами В носовой части шатрового ледореза заби-
BceiCH куст из пяти свай, который подкрепляется подкосами, рас-
Рнс 12 6 Схема шатрового ледореза:
I - шапочный пояс, 2 — стропнльце, 3 —
ригель, 4 — скуловой пояс
192
Рис 12.7 Схема работы шатрового ледореза
холящимися в плане по треугольнику. Длина ледореза определя-
ется его высотой и наклоном режущего ребра.
Принцип работы шатрового ледореза основывается на том, что
лед по инерции поднимается вверх по режущему наклонному реб-
ру, разламывается под действием собственного веса и сползает
вниз по склонам шатра (рис. 12.7).
Шатровые ледорезы обладают высокой жесткостью, но конст-
рукция их весьма сложна; для их возведения необходимы плотни-
ки высокой квалификации. Шатровые ледорезы требуют также
значительного расхода лесоматериала и поковок. В связи с этим
шатровые ледорезы целесообразны лишь в тех случаях, когда нель-
зя использовать более простые типы ледорезов.
Цилиндрические и кустовые усиленные ледорезы имеют толь-
ко вертикальные грани и служат в основном для направления
льдин в пролеты моста. Такие ледорезы не могут воспринять боль-
ших горизонтальных усилий и ударов льдин, поэтому их исполь-
зуют при небольших глубинах воды.
Цилиндрические ледорезы (рис. 12.8) применяют при слабом
ледоходе и глубине воды до 8 м, при среднем ледоходе и глубине
до 6 м и сильном ледоходе и глубине до 3 м.
Цилиндрический ледорез состоит из сплошного ряда свай, за-
биваемых по окружности с наружным диаметром, равным шири-
не опоры моста. Сваи забиваются поочередно толстыми и тонкими
концами, чтобы избежать значительных просветов между сваями.
Глубина забивки свай должна быть не менее 3,0 >м. Внутрь ледо-
реза для увеличения его массы засыпают камень и для большей
жесткости вставляют сплошные диафрагмы из двух слоев плас-
тин. Диафрагмы устанавливают на уровне воды к моменту воз-
ведения ледореза и по высоте на расстоянии 1,5—2,0 м друг от
друга. Снаружи ледорез опоясывают хомутами из полосового ме-
талла. Хомуты устраняют выпучивание стеиок ледореза под дав-
лением каменной засыпки.
7 Зак. 400 193
Рис 12 8 Цилиндрический ледорез
дорез:
Рис 12 9. Кустовый усиленный ле-
дорез
1 — куст свай, 2 —обшивка, 3 — кормовые
сваи, 4 — парные схватки, 5 — подкос
Кустовые усиленные ледорезы (рис. 12.9) применяются при
слабом ледоходе и глубине воды до 3 м, а также при среднем ле-
доходе и глубине воды до 1,5 м, считая от грунта до уровня высо-
кого ледохода.
Кустовый усиленный ледорез состоит из носового куста 1 свай,
включающего четыре сваи, и двух кормовых свай 3, расположен-
ных ниже по течению.
В кормовые сваи упираются подкосы 5 своими нижними кон-
цами. Верхние концы подкосов врезаются в куст свай. Кустовый
усиленный ледорез обшивается пластинами, защищающими его от
воздействия льда.
12.5. Расчет опор мостов средних пролетов
При расчете элементов опор исходят из следующих допущений:
вертикальная нагрузка и горизонтальные усилия, действующие
вдоль моста, воспринимаются коренными сваями;
194
горизонтальные усилия, действующие поперек моста, восприни-
маются откосными сваями и передаются на них укосинами.
В опорах расчету подлежат следующие элементы:
коренные сваи и стойки на сжатие с продольным изгибом,
а сваи, кроме того, на поперечный изгиб;
насадки, лежни, продольные бревна, мауерлатные брусья на
смятие;
продольные схватки на сжатие с продольным изгибом;
укосины на смятие и сжатие с продольным изгибом;
лобовые врубки на смятие и скалывание.
При вычислении усилий на сваи или стойки принимают линию
влияния давления на один ряд свай или стоек башенной опоры
(рис. 12.10).
Усилие на один ряд свай или стоек от постоянной и временной
нагрузок определяют по формулам:
(t2.t)
[s "I
(12'2)
или ,
' 2
где I — расчетный пролет; с — ширина опоры; q — вес 1 м пролетного строе-
ния; Рг — вес гусеничной нагрузки; s — длина опорной поверхности гусеницы;
у/ — коэффициенты надежности по нагрузкам.
Распределение усилий на сваи от постоянной нагрузки прини-
Рис 12 10 Линия влияния давления на один ряд сваи
7*
195
тию. При этом усилие на одну сваю (стойку) определится по фор-
муле
А
_А_ , А Л
с — 4- Ар
тп т
(12 3)
где т — число свай в кусте; п — число кустов свай в ряду; т) —коэффициент
поперечной установки.
При расчете элементов свайного ростверка или лежня надстрой-
ки к постоянной нагрузке добавляется вес надстройки опоры,
при этом
Л' =0,5(Z-’-c) 4-G],
(12.4)
где G — вес надстройки опоры, вычисляемый с учетом размеров всех ее эле-
ментов.
Горизонтальное продольное усилие на упору, возникающее при
торможении, создает момент TH (рис. 12.11), где Н — расстояние
от верха насадки до нижней горизонтальной продольной схватки,
а при наличии подводных связей — до дна реки.
При отсутствии подводных связей опора деформируется по
схеме, приведенной на рис. 12.11. Сваи или стойки, расположен-
ные ниже горизонтальных схваток, работают на изгиб, а сваи,
расположенные выше схваток, работают на растяжение или сжа-
тие с продольным изгибом.
Момент TH уравновешивается парой сил Nce. Дополнительное
Рис. 12.11 Схема для расчета
опоры на действие снл тормо-
жения
сжимающее усилие в одной
свае от действия тормозной
силы Т определяют по формуле
7*Н
Nc =----- (12.5)
птс
Усилие на сваю от верти-
кальной и горизонтальной на-
грузок не должно превышать
несущей способности сваи из
условия ее работы в грунте и
условия ее работы на сжатие
с продольным изгибом.
При отсутствии подводных
продольных связей проверяют
прочность сваи в уровне задел-
ки ее в грунт на совместное
действие от вертикального уси-
лия и изгибающего момента.
196
Изгибающий момент для
этого сечения
Th
2тп
02.6)
где Л1 — расстояние от грунта
до нижних горизонтальных схваток
(см. рис. 12.11); т—количество свай
в кусте; 2п — число кустов свай в
двух рядах.
Проверка прочности в этом
случае производится по следу-
ющей формуле
Дс , _М
° + W
^Rc, (12.7)
где Fa? — площадь сечения сваи
на уровне грунта; W — момент сопро-
тивления сваи в том же сечении.
Рис 12.12 Схема для определения
площади смятия сопряжения мауер-
латов с продольными бревнами или
насадками:
Прочность на смятие в ме-
стах опирания мауерлатных
/ — мауерлаты, 2 — продольные бревна или
насадки двухрядных рам
брусьев на продольные бревна или насадки двухрядных рам
(рис. 12.12) проверяют по формуле
Ас т
Л., ^2
^Rc
(12-8)
где Ае—усилие иа сваю 'или стойку, определяемое по формуле (12.3); т —
число свай (стоек) в кусте; л, —число продольных бревен под концом фермы или
число насадок в двухрядной- раме; л2— число мауерлатных брусьев под опорной
частью пролетного строения; b|, b2 — ширина стесок соответственно продольных
бревен или насадок я мауерлатных брусьев
При определении усилий
схватках от горизонтального
воздействия Т тормозных сил
опора рассматривается как
консольная ферма.
Усилие V в одной горизон-
тальной или D в одной диаго-
нальной схватке определяется
по формулам:
„ т т
v=-----; D =--------, (12.9)
лс пс cos а
где лс — число горизонтальных
или диагональных схваток в одном
ярусе опоры; а — угол наклона диа-
гональной схватки к горизонтали.
По найденным усилиям оп-
ределятся необходимое коли-
в продольных и диагональных
Рнс 1213. Схема расчета лобовой
врубки укосины
197
чество болтов для крепления схваток. Укосииу рассчитывают на
действие поперечных горизонтальных воздействий, возникающих
от ветровых нагрузок. Сжимающее усилие в укосине
IF
Пу sin а
(12.10)
где IF — горизонтальное усилие от ветра на одну опору; Пу — число укосин
одной стороны опоры; а — угол между осями коренной сваи и укосииы (рис
12.13).
Укосина из-за особенностей узлового сопряжения может рабо-
тать только на сжатие. При проверке ее прочности на сжатие
с продольным изгибом свободная ее длина принимается равной
расстоянию между точками ее опирания или между точкой опи-
рания и схваткой, прикрепленной к укосине.
Сопряжение укосины со сваей (см. рис. 12.13) обеспечивается
врубкой, которую рассчитывают на смятие и скалывание.
Проверку прочности врубки на смятие производят по формуле
•Sy
* см
2 6
где Гсм= — b--------
3 cos а
Ъ = Ч Vdc6—бз;
(12.11)
(12.12)
(12.13)
b — ширина врубки на свае (см. рис. 12.13); б — глубина врубки; dc—ди-
аметр сваи.
Проверку прочности врубки на скалывание производят по фор-
муле
где 10 — длина плоскости скалывания, принимаемая по условиям скалывания
не меиее 56 и не более 106.
Расчет элементов опор производят одновременно с их кон-
струированием. Единство расчета и конструирования особенно
важно при конструировании узлов соединения элементов опор.
Контрольные вопросы
1. Каковы особенности конструкции деревянных свайных и свайно-рамных
башенных опор?
2. Каковы особенности конструкции ряжевых опор?
3. Какие основные типы ледорезов применяют в мостах?
4. Каковы особенности расчета опор моста средних пролетов?
198
РАЗДЕЛ 4
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ, КАМЕННЫЕ И БЕТОННЫЕ МОСТЫ
Глава 13
КОНСТРУКЦИЯ КАМЕННЫХ И БЕТОННЫХ МОСТОВ
13.1. Краткие сведения о каменных и бетонных мостах
Каменными называют мосты из естественного или искус-
ственного камня, бетонными — из монолитного бетона. Камень
и бетон имеют высокую прочность при сжатии и низкую при растя-
жении. Для перекрытия препятствий из таких материалов в ка-
честве основного несущего элемента целесообразно использовать
свод.
Своды с радиальными швами при строительстве сооружений
начали применять уже за 2000 лет до н. э. в Месопотамии. Камен-
ные мосты со сводами начали широко применять римляне в III—
II вв. до н. э. В 181 г. до н. э. через р. Тибр около Рима был по-
строен мост Палатинус, сохранившийся до нашего времени. Римля-
не строили каменные мосты не только в Италии, но и в Испании,
а также в Африке, где еще и теперь сохранились их развалины.
Большое число каменных мостов было построено в средние века
и в последующий период во многих странах Европы, богатых есте-
ственным камнем и имеющих реки со скалистыми берегами.
Высокого развития искусство постройки каменных мостов
достигло в странах восточной культуры — Китае и Индии, Грузии
и Армении. Еще в I в. до н. э. существовал каменный мост через
р. Куру в Мцхете, который был построен в V в. н. э. и прослужил
до середины XIX в., когда при постройке Военно-Грузинской до-
роги в 1839—1841 гг. был заменен новым. На территории Грузии
и Армении до наших дней сохранилось несколько каменных мостов,
построенных в XI—XIII вв.
На Руси применение каменных мостов началось при строитель-
стве Киева, Новгорода, Пскова и Москвы. Самые древние из них
не сохранились. После неоднократных перестроек и реставраций
До настоящего времени сохранился в Москве Троицкий мост, по-
строенный из камня в XVI в. Он соединяет Кутафью башню с Тро-
ицкой башней Кремля и служит для прохода в Кремль через во-
рота Троицкой башни.
В 1754—1761 гг. в Москве через р. Неглинку архитектором
Семеном Яковлевым был построен трехпролетный Кузнецкий мост.
199
ч
После заключения реки в подземную трубу уровень улиц был под-
нят выше моста, а мост засыпан грунтом. До нашего времени
сохранился в Москве Дворцовый мост, который был построен
в 1781 г. тоже Семеном Яковлевым через р. Яузу в Лефортове.
В конце XVII в. в Москве был построен каменный мост через
р. Москву, прослуживший 160 лет.
Немало каменных мостов было построено в XVIII и XIX вв,
в Петербурге и на дороге из Петербурга в Москву.
Строительство каменных мостов в начале XX в. заметно сокра-
тилось из-за стремления механизировать строительные работы
и развития бетонных и железобетонных мостов.
После Великой Октябрьской социалистической революции
в нашей стране каменные мосты строили в основном в богатых
камнем районах. Исключением является довольно крупный камен-
ный мост через р. Пахру в Подмосковье с пролетами 25+35+25 м.
построенный в 1928 г. по проекту академика П. В. Щусева.
Каменные мосты за рубежом в XX в. также не получили су-
щественного развития. В 1905 г. в Германии был построен
в г. Плауен каменный мост с пролетом 98 м. С тех пор этот пролет
для каменных мостов не был превзойден.
Бетонные мосты разновидность каменных. В них свод
выполнен из отдельных бетонных камней-блоков или из монолит-
ного бетона. Первые попытки возведения бетонных мостов отно-
сятся к началу XIX в. Во Франции уже в 1816 г. был сооружен
бетонный мост через р. Дордонь с применением романцемента.
Первые бетонные мосты из портландцемента были построены
в Германии в 1870 г. с несущими конструкциями в виде бесшар-
нирной арки. С 1880 г. в мостовых сводах началось применение
шарниров, после чего появились трехшарнирные своды.
Наибольший пролет в бетонных мостах (139,8 м) достигнут
в мосте де Ла Кай во Франции.
13.2. Особенности и материалы каменных и бетонных мостов
К преимуществам каменных мостов относятся: долговечность,
малая чувствительность к действию временных нагрузок, возмож-
ность использования местных материалов при их строительстве,
привлекательный внешний вид.
Построенные из прочного и долговечного камня с применением
хорошей гидроизоляции, предохраняющей кладку от увлажнения,
каменные и бетонные мосты служат долгое время, не требуя зна-
чительных затрат на их содержание и ремонт. Их редко прихо-
дится усиливать или перестраивать при появлении новых нагрузок.
Малая чувствительность к действию временных нагрузок обуслов-
лены их большим весом, а привлекательный внешний вид—архи-
тектурной выразительностью камня.
200
Главный недостаток каменных мостов — трудоемкость
их возведения. Для их строительства необходимо предварительное
сооружение сложных подмостей, способных поддерживать тяжелый
каменный свод во время его кладки. Кладка из камня требует
трудоемкой ручной работы каменщиков высокой квалификации.
Важно также, что каменные мосты можно применять лишь при на-
личии прочных грунтов в основании, исключающих возможность
осадок и смещений опор.
Вследствие статической неопределимости свода, большой его
жесткости, малой прочности материала на растяжение даже не-
большие осадки или смещения опор вызывают.опасные трещины
в сводах.
Бетонные мосты выгодно отличаются от каменных возможно-
стью механизации их строительства. Механизация укладки бетон-
ной смеси дает возможность сократить сроки строительства
и уменьшить потребность в рабочей силе. Существенный недостз-
ток бетонных мостов состоит в возникновении значительных уси-
лий от усадки бетона и колебаний температуры, приводящих
к образованию опасных трещин. Бетонный свод моста в этом от-
ношении может оказаться менее прочным, чем при тех же разме-
рах каменный свод. Опасность трещинообразования — главная при-
чина, ограничивающая применение бетонных мостов больших про-
летоз.
Каменные мосты не получили широкого применения в СССР
из-за трудоемкости их возведения и неблагоприятных грунтовых
условий в большинстве районов страны. Их применяют в настоя-
щее время только в горных районах, где имеется местный камень
и сохранились мастера каменной ручной кладки.
При строительстве каменных мостов применяют различные
естественные каменные материалы: граниты, сиениты, диориты,
лабрадориты, андезиты, базальты, ракушечники. Бетонные мосты
выполняют из монолитного бетона или бетонных блоков.
13.3. Виды и конструкции каменных и бетонных мостов
Конструкция каменных и бетонных мостов (рис. 13,1, а) состоит
из следующих основных элементов: свода 3, устоев 9, надсводного
строения и гидроизоляции 4. Свод 3 является основным несущим
элементом моста. Ему придают очертание, близкое к кривой дав-
ления от действующих нагрузок, что обеспечивает работу сечений
свода в основном на сжатие. Свод опирается своими пятами 5 на
Устои 9 и передает на них опорные реакции, которые затем через
Фундамент 10 устоя передаются на основание.
Надсводное строение поддерживает проезжую часть,
гидроизоляция 4 защищает кладку от воздействия атмосферной
влаги.
201
В зависимости от конструкции надсводного строения каменные
и бетонные мосты имеют сплошное надсводное строение или сквоз-
ное (облегченное) надсводное строение.
В мостах со сплошным надсводным строением пространство
над сводом, заключенное между продольными (щековыми) стен-
ками 2, засыпают крупным песком 6, гравием или щебнем. Оно
Рис 13 1. Конструкция каменных мостов
202
может заполняться также бутовой кладкой, бутобетоном или бе-
тоном.
В каменных мостах с засыпкой (см. рис. 13.1, а) гидроизоля-
цию устраивают по верхней поверхности свода и внутренней по-
верхности щековых стеиок. Вода, проникающая в засыпку, стекает
по гидроизоляции к внешней части устоя и попадает на слой мятой
глины 8, а оттуда попадает в дренажные трубы 7, по которым
отводится на низовой откос насыпи.
В каменных мостах с забуткой (рис. 13.1, б) гидроизоляцию 4
укладывают поверх забутки 11с уклоном 1,5—2,0% для обеспече-
ния удаления воды через водоотводные трубки 12. Гидроизоля-
ция 4 должна полностью перекрывать деформационные швы 1, ко-
торые устраивают в забутке. Эти швы должны обеспечивать сво-
боду перемещений Д, возникающих при действии временной нагруз-
ки и при колебаниях температуры.
Сп ТТЛПТИЛР пяпгплпило гтплоипо пптд1оиаотпо гтпи
------------
про
ООП ТТО V
и Ь* /к
летами не более 20—30 м, при этом засыпку используют при про-
летах до 10 м, а забутку — при пролетах 10—30 м.
При пролетах более 30 м строят мосты с облегченными над-
сводными строениями, которые устраивают с продольными
(рис. 13.1, г) или поперечными проемами (рис. 13.1, в).
Чаще применяют поперечные проемы. Их создают с поперечны-
ми стенками, опирающимися на свод, и сводиками 13, опирающи-
мися на поперечные стенки (рис. 13.1, в). Над пятами сводиков
в надсводном строении устраивают деформационные швы для
предотвращения трещин от температурных перемещений.
Продольные проемы в надсводном строении устраивают лишь
на участках, где надсводная часть имеет большую высоту. Эти
проемы также перекрывают сводиками.
Облегчения пролетных строений каменных мостов достигают
также применением сводов, ширина которых меньше ширины про-
езжей части (рис. 13.1, д), или применением узких параллельных
сводов, расстояние между которыми перекрывают сводиком
(рис. 13.1, е) или железобетонной плитой.
В бетонных мостах используют конструктивные формы камен-
ных мостов, применяя лишь другие материалы и способы возве-
дения.
Контрольные вопросы
1. Каковы особенности конструкции каменных и бетонных мостов?
2. Каковы преимущества н недостатки каменных н бетонных мостов?
203
Глава 14
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТАХ
14.1 Краткие сведения о развитии железобетонных мостов
История железобетонных мостов начинается с 1873 г., когда
изобретатель железобетона француз Монье получил патент на
железобетонные мосты, в котором предложил строить из железо-
бетона как пролетные строения, так и опоры. Мост его системы
(рис. 14.1) представлял пролетное строение в виде свода, защем-
ленного в массивных опорах. Пролетное строение и опоры имели
единый каркас в виде сеток нз металлических прутьев. Для
больших пролетов или нагрузок Монье предлагал ставить сетку
из нескольких слоев. В 1875 г. по этой системе был построен во
rti Пйиппп Г» Т1 О отипм ПОП1/П ПаПОЕШ WO nOOH^OTflUULTU Ои Au? п
-х- |_lV4111_i,llll U 1V*V 1 11V 1»1 11UJ7 11V liv^u Mill i vuu A>1 ia и» v к, * • ' Al w М1Ц
пешеходным, имел длину 16 м и ширину 4 м.
Первые железобетонные мосты имели арочную систему и по
внешнему виду были сходны с каменными. Только толщина свода,
если она сохранялась в наружных линиях, указывала на материал
сооружения.
Рис. 14.1. Мост системы Моиье
204
В 1892 г. француз Геннебик предложил систему армирования,
состоящую из продольных стержней с поперечными хомутами. Она
обеспечила переход к современным железобетонным сооружениям.
По его предложению появились и ребристые мостовые конструкции,
что способствовало в дальнейшем развитию арочных и балочных
систем железобетонных мостов. За столетний период их развития
были созданы образцы всевозможных систем. Железобетон ока-
зался настолько удобным материалом, что из него, кроме конструк-
тивных форм, взятых из области каменных, деревянных и метал-
лических мостов, были созданы совершенно оригинальные кон-
структивные формы, свойственные только ему.
Конструктивные формы мостов изменялись по мере увеличе-
ния перекрываемых пролетов. При достижении в арочных мостах
пролета /==50 м в надсводной части начали применять попереч-
ные проемы. В результате этого свод отделился от надсводной
части, которая в свою очередь разделилась на вертикальные стен-
ки и проезжую часть. Появилась система, состоящая из свода,
стенок и плит. Стенки поддерживали плитную проезжую часть,
опираясь на свод по всей его ширине.
При дальнейшем увеличении пролетов арочиых мостов увели-
чивался и пролет проезжей части в надсводной конструкции.
Возникла необходимость перехода от плоских плит в проезжей
части к ребристым. Наличие ребер в плите сосредоточивало уси-
лия от проезжей части в определенные точки, откуда они переда-
вались на свод при помощи стоек, а не стенок.
Последующие изменения в общей компоновке арочных мостов
привели к созданию рациональной системы, в которой усилия от
стоек (колонн) стали восприниматься не сводом, а отдельными
арками, число которых стало равно числу колонн в поперечном
ряду и числу ребер в проезжей части. При дальнейшем развитии
этой системы число арок стало меньше числа продольных ребер
в проезжей части благодаря применению поперечных балок, под-
держивающих продольные балки вместе с плитами проезжей части.
По мере освоения больших пролетов уменьшалось количество
несущих арок в составе пролетного строения до двух. Создалась
возможность применения мостов с ездой понизу. В последующих
системах с ездой понизу стали применять затяжки в уровне проез-
жей части, что позволило устранить действие распора на опоры.
Железобетонные балочные мосты появились в конце XIX в.
вначале с пролетными строениями в виде плоских плит (/=6 м)
с арматурой Монье, а затем в виде ребристых плит или балок
(2=15 м) с арматурой Геннебика. Вскоре в мостах стали приме-
нять неразрезные железобетонные балки, что позволило перекры-
вать пролеты до 40 м. Дальнейшее развитие железобетонных
мостов в начале XX в. связано с применением консольных систем
и сквозных ферм. Значительное распространение получили также
мосты рамной системы.
205
В дореволюционной России железобетонные конструкции во-
обще и мосты в частности развивались под влиянием зарубежного
опыта и отечественной практики строительства. Большую роль
сыграли обширные опыты проф. Н. А. Белелюбского по исследова-
нию действительной работы железобетонных плит, балок, арок
и моста пролетом 17 м, проведенные им в 1886—1891 гг. и дока-
завшие успешную работу железобетонных конструкций под дей-
ствием тяжелых нагрузок. Широкое применение железобетонных
мостов в России началось после издания в 1908 г. первых техни-
ческих условий и норм проектирования железобетонных мостов
различных систем. До начала первой мировой войны уже было по-
строено большое количество разрезных, неразрезных и рамных
мостов ребристой конструкции.
К этому периоду относится инженерная и научная деятельность
наших соотечественников, крупных специалистов по железобетону:
проф. Н. А. Белелюбского, руководившего разработкой техниче-
ских условий, проф. Г. П. Передерия — автора многих сооружений,
проф. А. Ф. Лолейта — одного из основоположников теории расче-
та железобетона по стадии разрушения, проф. И. С. Подольского,
издавшего в 1906 г. первый курс железобетонных мостов на рус-
ском языке.
В течение первых двух десятилетий после Великой Октябрьской
социалистической революции в нашей стране было построено зна-
чительное число крупнейших железобетонных мостов через реки
Днепр, Волгу, Ангару, Неву, через канал имени Москвы и др.
Отдельные перекрываемые пролеты в них достигали 130 м. Широ-
кое применение железобетон получил в малых и средних мостах.
Большие железобетонные мосты строили из монолитного бетона
с использованием арочной системы.
В послевоенный период на высоком техническом уровне выпол-
нено капитальное восстановление и строительство новых мостов.
Сооружение в 1951 г. двухъярусного моста под совмещенное дви-
жение с рекордным до сего времени арочным пролетом 228 м
определило возможность и широкое применение железобетона
в мостах.
С 1954 г. в нашей стране началось коренное изменение техно-
логии производства, проявившееся в переходе на сборные кон-
струкции и индустриальные методы работ. К этому времени,
в основном благодаря разносторонним работам француза Фрейей-
не, наметилось широкое использование предварительно напряжен-
ного железобетона в мостах.
В 50—60-х гг. из сборного железобетона построены интересные
по своей системе городской метромост через р. Москву и рекорд-
ный по длине (2800 м) мост через р. Волгу в Саратове.
В последующие десятилетия происходит дальнейшее совершен-
ствование конструкций и технологии железобетонных мостов. При-
мерами удачных инженерных решений являются Автозаводской,
206
Краснопресненский и Нагатинский мосты н мост в Щукнно-Стро-
гино через р. Москву, автодорожные мосты через р. Днепр в Хер-
соне н Днепропетровске. В настоящее время в Киеве строят Юж-
ный переход, в котором нашли применение самые современные
отечественные достижения в строительстве железобетонных мостов.
14.2. Материалы и изделия для железобетонных мостов
Требования к бетону для железобетонных мостов. Мосты
эксплуатируются в сложных условиях. Они находятся под воздей-
ствием тяжелых подвижных нагрузок, нх несущие конструкции
не принято защищать от разнообразного атмосферного воздействия:
колебаний температуры, влажности, вредных газов; их опоры на-
ходятся под активным воздействием ледохода,-карчехода и из-
меняющегося в течение года уровня воды в реке. Сложные усло-
ния работы мостов, а также условия производства работ при их
строительстве определяют к материалам н изделиям для мостов
ряд требований.
К бетону, применяемому в железобетонных мостах, предъявля-
ются следующие требования: высокая прочность, водо- и газоне-
проницаемость, морозостойкость, химическая стойкость, необходи-
мые сроки твердения, удобоукладываемость, умеренная усадка
и ползучесть.
Показателем прочности бетона является класс бетона по проч-
ности на осевое сжатие В — временное сопротивление сжатию
в МПа бетонных кубов с размерами ребра 15 см, испытанных
в возрасте 28 сут после хранения их во влажной среде при темпе-
ратуре /=20±2°С. Для конструкций мостов и труб применяют
бетоны следующих классов прочности на сжатие В20, В25, ВЗО,
В35, В40, В45, В50, В55 и В60. В зависимости от вида и назначе-
ния конструкций, способов их армирования и условий их работы
применяют в них бетон различных классов (в соответствии с ре-
комендациями табл. 21 СНиП 2.05.03-84).
В несущих, особенно предварительно напряженных, конструк-
циях мостов рекомендуется применять бетон высоких классов
прочности. Для их получения используются следующие пути:
применение цементов высокой активности (активность приме-
няемого цемента обычно в 1,3—1,8 раза более проектного класса
бетона по прочности на сжатие);
рациональное увеличение норм расхода цемента (на 1 м3 бе-
тона не менее 250 кг и не более 450 кг цемента, большие расходы
цемента увеличивают деформации усадки и ползучести бетона,
что приводит к образованию в нем трещин);
уменьшение водоцементного отношения;
применение прочных заполнителей, промывка их с целью уда-
ления глинистых и илистых частиц, ухудшающих сцепление це-
ментного камня с заполнителем;
207
подбор заполнителей по оптимальному гранулометрическому
составу песка и щебня, обеспечивающему возможно более полное
заполнение объема минеральными и уменьшение содержания це
ментного камня, имеющего меньшую прочность, чем прочность
минеральных.
Стойкость бетона против внешних воздействий, водо- и газо
непроницаемость обеспечиваются созданием его плотности, изме
ряемой в кг/м3. Необходимая плотность бетона обеспечивается егс
вибрированием. В конструкциях мостов и труб предусматриваете}
применение тяжелого бетона со средней плотностью от 2200 дс
2500 кг/м3. Применение бетона с меньшей плотностью допускаете}
лишь в опытных конструкциях.
Морозостойкость бетона характеризуется маркой F — наиболь
шим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания
которые способны выдержать образцы 28-суточного возраста бе;
снижения прочности более чем на 15%. Марки бетона по морозо
стойкости для мостов и труб в зависимости от климатических уело
вий зоны строительства, расположения относительно воды и виде
конструкции принимают в пределах от 100 до 400 по табл. 2$
СНиП 2.05.03-84. Климатические условия характеризуются средне
месячной температурой наиболее холодного месяца (умеренные —
при t>—10 °C, суровые — при t от —10 до — 20 °C, особо суровые —
при t ниже —20°C). Морозостойкость бетона повышают введение»!
в него воздухововлекающих добавок, которые создают мелкие
поры, обеспечивающие свободное расширение воды при ее замер
зании в теле бетона.
Марка бетона по водонепроницаемости W соответствует давле
нию воды (в МПа), при котором еще не наблюдается ее просачи
вание через образец бетона высотой 15 см в возрасте 28 сут, испы
тайного по специальному режиму. Эта марка должна быть не ниж<
1Г4 в подводных и подземных частях и не ниже 1Г6 в водопропуск
ных трубах, элементах дорожной одежды проезжей части и пере
ходных плитах.
Химическая стойкость бетона во многом зависит от его плот
ности и вида применяемого цемента. В железобетонных моста»
применяют бетон на портландцементе, сульфатостойком портланд-
цементе и глиноземистом цементе. Портландцемент использую!
для наиболее ответственных сооружений. Сульфатостойкий порт
ландцемент и глиноземистый цемент используют в конструкциях
которые могут подвергаться действию морской, минерализованно!
и болотной воды или другим агрессивным химическим воздействи
ям, вредно действующим на портландцемент.
Сроки и интенсивность твердения бетона и приобретение им
необходимой прочности важны для ускорения производства работ
Цементы с обычной тонкостью помола обеспечивают в возрасте
3 сут около 50% прочности, тонкомолотые быстротвердеющие це
менты позволяют получить в возрасте 1 сут 40—50% проектно!
208
прочности, однако при их использовании увеличивается усадка
бетона и снижается его морозостойкость. Ускорение твердения
и набора прочности цемента лучше обеспечивать равномерным
пропариванием бетона в камерах с последующим постепенным его
охлаждением.
Подвижность бетонной смеси очень важна для получения плот-
ного бетона. Она увеличивается с увеличением В/Ц, но это сни-
жает прочность бетона. Для мостов применяют бетонные смеси
с водоцементным отношением не более 0,6. Прн уплотнении бетон-
ной смеси длительным вибрированием могут применяться жесткие
смеси с В/Ц=0,3. Увеличение подвижности бетонной смеси при
укладке достигается также введением в нее различных пластифи-
каторов. Имеются пластификаторы, которые превращают бетон
с низким водоцементным отношением в весьма подвижную смесь.
Усадка — свойство бетона уменьшать размеры в процессе твер-
дения и последующего высыхания. Неравномерная усадка батона
приводит к появлению в нем трещин и дополнительных усилий
в статически неопределимых железобетонных конструкциях. Умень-
шения усадочных деформаций достигают сокращением содержания
цемента и воды в бетоне, а также постановкой противоусадочной
арматуры.
Ползучесть бетона — способность медленно деформироваться
под постоянной нагрузкой. Она приводит к падению усилий в на-
пряженной арматуре и перераспределению внутренних усилий
в статически неопределимых конструкциях.
Наряду с обычным тяжелым бетоном в опытных конструкциях
допускается применять легкий бетон с заполнителем из керамзита
или других материалов. Средняя плотность таких бетонов состав-
ляет около 1800 кг/м3. Перспективен также бетон с полимерными
добавками, позволяющими значительно повысить водонепроницае-
мость и сопротивление растяжению бетона. Представляет интерес
также фибробетон, прочность на растяжение которого в 2—3 раза
выше, чем обычного бетона.
Арматура для железобетонных мостов. Марки стали для арма-
туры железобетонных мостов и труб, устанавливаемой по расчету,
принимаются по табл. 29 СНиП 2.05.03-84 в зависимости от усло-
вий работы элементов конструкций и средней температуры наруж-
ного воздуха наиболее холодной пятидневки в районе строитель-
ства. Нормами предусмотрено применение в железобетонных мос-
тах следующих арматурных сталей:
горячекатаных гладких круглых стержней класса VI; горяче-
катаных стержней периодического профиля классов A-II, А-Ш,
A-IV, A-V;
термически упрочненных стержней периодического профиля
классов Ат-IV, At-V, At-VI;
высокопрочной холоднотянутой гладкой проволоки класса В-П;
209
высокопрочной холоднотянутой проволоки периодического про-
филя класса Вр-П;
арматурных канатов из высокопрочной проволоки класса К-7
в виде семипроволочных прядей;
канатов спиральных, двойной свивки и закрытых.
Стержни классов от A-I до А-Ш применяют в конструкциях
в качестве ненапрягаемой арматуры. Стержни классов A-IV, A-V,
Ат-IV, At-V и At-VI, высокопрочную проволоку, пряди и канаты
применяют в качестве напрягаемой арматуры в напряженных же-
лезобетонных конструкциях.
В качестве конструктивной арматуры в мостах допускается
применение арматурной стали классов A-I и А-П. Для монтажных
петель предусматривается применение стержней из арматурной
стали класса A-I марки В СтЗсп.2 и класса А-П марки 10ГТ.
Запрещается производить сварные соединения стержневой тер-
мически упрочненной арматурной стали, высокопрочной арматур-
ной проволоки, арматурных канатов класса К-7 и любых канатов
в связи с тем, что в зоне сварки в этих элементах значительно
снижается прочность.
Расчетные характеристики бетона и арматуры. Кубиковая проч-
ность бетона является условной характеристикой его прочности.
Действительная прочность бетона в конструкции более полно оце-
нивается прочностью на сжатие бетонных образцов в виде призм,
высота которых превышает поперечный размер в 3,5 раза и более.
Призменная прочность бетона составляет 70—75% его кубиковой
прочности. Прочность бетона на растяжение обычно в 10—15 раз
меньше его кубиковой прочности. Предел прочности бетона на срез
примерно в 2,5 раза больше предела его прочности на растяжение.
Расчетные сопротивления бетона на осевые сжатие и растяже-
ние для расчета мостовых конструкций по первой группе предель-
ных состояний определяют делением соответствующего норматив-
ного сопротивления на коэффициенты надежности по бетону и на
коэффициент надежности конструкции.
Коэффициент надежности конструкции, учитывающий степень
ответственности мостовых конструкций, 'принимают для бетона
равным ун — 1,1.
Расчетные сопротивления бетона для расчета по второй группе
предельных состояний устанавливают при коэффициенте надеж-
ности по бетону уб= 1 •
Расчетные сопротивления арматуры растяжению для расчета
по первой группе предельных состояний определяют делением их
нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты
надежности по арматуре и на коэффициенты надежности конструк-
ции. Их принимают различными для автодорожных и железнодо-
рожных мостов. Этим учитывают степень ответственности этих
сооружений.
210
Значения расчетных сопротивлений арматуры растяжению при-
ведены в табл. 31 СНиП 2.05.03-84.
Расчетные сопротивления ненапрягаемой арматуры сжатию,
используемые в расчете по первой группе предельных состояний,
при наличии сцепления арматуры с бетоном принимают равными
соответствующим расчетным сопротивлениям арматуры растяже-
нию Наибольшие сжимающие напряжения Rpc в напрягаемой
арматуре, расположенной в сжатой зоне сечения элемента и имею-
щей сцепление с бетоном, следует принимать из условия предель-
ной сжимаемости бетона не более 500 МПа.
Для расчета железобетонных конструкций мостов и труб важ-
ны также упругие характеристики бетона и арматуры — модули
упругости и коэффициенты Пуассона. Бетон является упруго-
вязкопластическим материалом. Его полные деформации от на-
пряжений включают упругие, вязко-упругие и пластические дефор-
мации, коюрые зависят от уровня напряжений. В связи с этим
модуль упругости зависит от уровня напряжений и времени дей-
ствия нагрузки. Кроме того, модуль упругости зависит от класса
прочности бетона, возрастая с его повышением, он также зависит
от возраста бетона, вида его напряженного состояния. Он умень-
шается при температурно-влажностной обработке бетона, при
работе бетона в условиях попеременного замораживания и оттаи-
вания, воздействия солнечной радиации.
При проектировании железобетонных конструкций мостов и
труб трудно учесть реальные значения модуля упругости бетона,
поэтому для расчета применяют средние, условные значения моду-
ля упругости Еь на сжатие по табл. 28 СНиП 2.05.03-84. Для бето-
на, подвергаемого тепловлажностной обработке, а также для бе-
тона, работающего в условиях попеременного замораживания
и оттаивания, эти значения модуля упругости уменьшаются на
10%, а для бетона конструкций, не защищенных от солнечной
радиации, — на 15%.
Модуль сдвига бетона G ь принимают равным 0,4Еь, а коэффи-
циент Пуассона v=0,2.
Модули упругости арматуры принимают по табл. 34 СНиП
2.05.03-84. По мере возрастания прочности стали модуль упру-
гости ее уменьшается с 206 000 МПа до 196 000 МПа. Модуль
упругости пучков из параллельных проволок принимают равным
177 000 МПа, а пучков из арматурных канатов К-7, канатов спи-
ральных и двойной свивки— 167000 МПа.
Материалы для гидроизоляции бетона мостов. Гидроизоляция
предотвращает проникновение атмосферной влаги или грунтовых
вод к бетону пролетных строений или опор и предохраняет бетон
от разрушения, а арматуру от коррозии.
Гидроизоляционные материалы, применяемые в мостостроении,
делятся на обмазочные и оклеечные. Для обмазочной гидроизо-
ляции применяют холодные окраски и горячие обмазки. Для хо-
211
лодных окрасок используют битумы марок III и IV, разжиженные
лигроином или керосином, а также дегтевые лаки. Холодная окрас-
ка является первым грунтовочным слоем, по которому наносят
горячую обмазку слоем толщиной 2—3 мм. Материалом для горя-
чих обмазок служат специальные мастики — смеси битума с мел-
ким асбестовым волокном.
Для оклеенной гидроизоляции применяют традиционные рулон-
ные материалы на основе битума и новые материалы на основе
синтетической резины (бутилкаучука).
Простейшим рулонным материалом на основе битума является
рубероид. Он имеет невысокие изоляционные качества и недолго-
вечен, так как состоит из бумажной упрочняющей основы. Значи-
тельно лучшими свойствами обладает гидроизол. Его гидроизоля-
ционной основой также является битум, но он упрочен асбесто-
вым или асбесто-целлюлозным картоном. Благодаря хорошим
ги 1 поичппяпионным качествам и долговечности он нашел широкое
применение в мостостроении. Применяется также гидростеклоизол,
который имеет армирующую основу из стеклоткани. Ее стойкость
в щелочной среде вызывает сомнения.
Лучшими гидроизоляционными свойствами и технологическими
достоинствами обладает фольгоизол, выпускаемый на основе
рифленой или гладкой алюминиевой фольги толщиной до 0,3 мм.
В качестве покровного слоя для фольгоизола применяют битумно-
резиновую мастику. По гидроизоляционным свойствам он лучше
других материалов, но значительно дороже. Фольгоизол приме-
няют только в наиболее ответственных сооружениях: больших
мостах и тоннелях.
Проходит опытную проверку новый рулонный материал на
основе льно-джуто-кенафной ткани и битумной мастики — мосто-
изол.
Основной способ ведения работ с битумными гидроизоляцион-
ными рулонными материалами— безмастичная приклейка с обяза-
тельной предварительной грунтовкой бетона. Для оплавления би-
тумного покровного слоя применяют нагревательные горелки на
всю ширину укладываемого материала.
Температурные ограничения в использовании битумных гидро-
изоляционных материалов вызвали необходимость разработки но-
вых гидроизоляционных материалов. Для изоляции автодорожных
мостов разработан бутизол-—эластичный морозостойкий (до
—70°C) резиноподобный материал на основе бутилкаучука. Рези-
ноподобные рулонные материалы приклеивают к изолируемому
материалу холодными мастиками или клеями.
Перспективны в качестве изолирующих слоев синтетические
материале в виде листов из поливинилхлорида, полипропилена
и полиэтилена.
Клеи для склеивания элементов конструкций. Клей как кон-
структивный материал для склеивания бетонных конструкций эко-
212
комически целесообразно применять только в том случае, если
он имеет связующую прочность не ниже прочности бетона соеди-
няемых элементов, а модуль упругости в отвержденном состоянии
и коэффициент расширения близки по значению к характеристикам
склеиваемого бетона. Клеевые соединения должны быть долговеч-
ны, устойчивы к воздействию среды в процессе эксплуатации.
Этим требованиям соответствуют клеи на основе эпоксидных
смол. В них, кроме смолы, входят отвердитель, пластификатор,
наполнитель и модифицирующие добавки. Основным компонентом
клеев в отечественном мостостроении служили эпоксидные смолы
марок ЭД-5, ЭД-6 и ЭД-40. С 1973 г. налажен выпуск новых
эпоксидных смол марок ЭД-22, ЭД-20, ЭД-16 и ЭД-14, имеющих
некоторые технологические преимущества.
Полимеризация (отверждение) смолы происходит под воздей-
ствием отвердителя. В зависимости от вида отвердителя эпоксид-
огта Пиоптт ЖЖГ»Г\Г'Г Лт.Т'ги НТО АПМ/ П £ШкТ ППЫ ЦАПМ а ПкПпЙ 'ГРЛЛПРПЯТАГПР
UWV 4TXW* J Л 4Z А АА^АА АА^.-.А... • - - f ~ ‘ J Г ~
или при нагревании. В мостостроении применяют отвердители хо-
лодного процесса полимеризации: гексаметилендиамин, полиэти-
ленполиамин и триэтанолдиамин.
Технологические свойства клея регулируют изменением коли-
чества и вида отвердителя, пластификатора и наполнителя. Коли-
чество отвердителя обычно составляет 10—25% массы эпоксид-
ной смолы. В качестве пластификаторов при склеивании исполь-
зуют дибутилфталат, полиэфиркрилат. Обычно их вводят в преде-
лах 5—30% к массе эпоксидной смолы. При избытке пластифика-
тора понижается прочность и увеличивается деформативность
клеевого шва.
Наполнитель не влияет на процесс полимеризации смол и тех-
нологическую жизнеспособность клея и используется в основном
для изменения коэффициента температурного расширения клея
и уменьшения расхода эпоксидной смолы. В качестве наполните-
лей в мостостроении используют портландцемент, молотый квар-
цевый песок, андезитовую или диабазовую муку.
Необходимое условие высококачественного клеевого шва —
хорошая подготовка стыкуемых поверхностей к склеиванию. По-
верхность бетона должна быть чистой, сухой, прочной. Очистку
поверхностей необходимо производить пескоструйными аппаратами
или механическими щетками.
Жизнедеятельность клеев на эпоксидной смоле при t= 20ч-25 °C
около 2—2,5 ч. При более низкой температуре жизнедеятельность
клея увеличивается.
Имеются клеи, предназначенные для склеивания бетонных сты-
ков при низких положительных и отрицательных температурах
с использованием обогрева. Разработаны также клеи, которые
используют для улучшения сцепления свежеуложенного бетона
с ранее уложенным отвердевшим бетоном.
213
14.3. Основные системы железобетонных мостов
В современном мостостроении железобетонные мосты получили
широкое применение при малых, средних и даже больших проле-
тах. В них применяются разнообразные конструктивные решения
и статические схемы: балочные, рамные, арочные и
комбинированные.
Наибольшее распространение получили балочные мосты с ис-
пользованием разрезных, неразрезных и консольных систем. Ба-
лочные разрезные системы (рис. 14.2, а) используют для пе-
рекрытия небольших пролетов (6—42 м). Неразрезные балочные
мосты (рис. 14.2, б) применяют при пролетах от 30—40 до 100—
130 м. Неразрезная система характеризуется большей
жесткостью и меньшей деформативностью пролетного строения от
временных нагрузок. Однако применение неразрезной системы
ВОЗМОЖНО ТОЛЬКО При ДОСТйТОЧпО ПрОЧНЫл ГруНТад В ОСНОоаНЙИ
опор. Осадка опор в балочных неразрезных пролетных строениях
может вызвать появление значительных дополнительных усилий
и служить причиной разрушения моста.
В консольных системах (рис. 14.2, в) подвесные про-
летные строения пролетом /j опираются на консоли /2 основных
пролетных строений. По распределению усилий консольные систе-
мы близки к неразрезным, однако имеют меньшую жесткость и под
нагрузкой' дают переломы упругой линии в местах сопряжения
подвесных пролетных строений с консолями. Вследствие статиче-
ской определимости консольной системы осадки опор не вызывают
в пролетных строениях дополнительных усилий. Опоры неразрез-
ных и консольных мостов вследствие размещения на них по одной
j М - ft
,7/7/z/77^77//Z7///>/}
Рис 14 2. Балочные и рамные мосты
214
Рис 14.3 Рамно-балочная н рамно-консольная системы мостов
опорной части и центрального их загружеиия имеют меньшую
ширину, чем опоры разрезных мостов.
Простейшие рамные системы мостов (рис. 14.2, г) приме-
няют при пролетах 30—60 м. Ввиду совместной работы пролетных
строений с опорами изгибающие моменты в пролетных строениях
уменьшаются. Это позволяет уменьшить строительную высоту про-
летных строений. Весьма широкое распространение получают рам-
ные мосты с наклонными стойками (рис. 14.2, б).
В последние годы получили распространение мосты из Т-образ-
ных рам: рамно-балочные и рамно-консольные. Рамно-
балочные системы (рис. 14.3, а) мостов получаются из рамных
и подвесных пролетных строений, шарнирно опертых на консоли
рам. Пролеты I таких систем могут быть в пределах от 40 до 150 м.
В ригелях Т-образных рам возникают только отрицательные изги-
бающие моменты, а в подвесных разрезных пролетных строениях —
только положительные. Опоры этих рам от действия вертикальных
нагрузок передают на основание вертикальную силу и изгибающий
момент.
В рамно-консольных системах Т-образные рамы шарнирно свя-
заны между собой (рис. 14.3, б). Такие системы применяют для
пролетов 60—200 м. Опоры мостов этой системы передают на осно-
вание еще и горизонтальную силу. Консоли рам могут быть
омоноличены, в этом случае получается многопролетная рамная
система с пролетами до 250 м.
Рассмотренные рамные системы представляется возможным
возводить навесным бетонированием или навесным монтажом.
В СССР построены также мосты особой рамно-консольной
системы (рис. 14.3, s), Т-образные рамы которых состоят из двух
полуарок, связанных затяжкой в уровне проезжей части. Т-образ-
ные рамы шарнирно связаны между собой в середине пролета.
В мостах такой конструкции применены пролеты 90—120 м.
При прочных грунтах в основании опор возможно применение
мостов арочных систем (рис. 14.4, а). Арками железобетон-
ных мостов перекрывались пролеты от 50 до 390 м. Опоры этих
мостов воспринимают значительные горизонтальные составляющие
реакций, что требует развития фундаментов. Сами арки работают
преимущественно на сжатие, прочность железобетона в них ис-
пользуется весьма эффективно.
215
Рис 14 4 Мосты арочной и вантовой систем
В последние годы находят применение вантовые системы
(рис. 14.4, б). Они представляют собой неразрезные балки, под-
держиваемые наклонными вантами, закрепленными на вершинах
вертикальных пилонов опор. Ванты работают только на растяже-
ние, они создают упругие опоры для балки жесткости, что облег-
чает ее работу. Пилоны работают в основном на сжатие. Пролеты
мостов такой системы в настоящее время составляют 50—4С0 м.
...Л _____ ___________ __ _______
vnn IMC ZTkCJlCOV/V/Cl UllnDIC 1V1MV1D4 L'-Jupij/TkClIVl AdA MUnVJlMl*
ными, так и сборными. Монолитные мосты строят различными спо-
собами с использованием инвентарной металлической опалубки.
Сборные мосты монтируют из элементов, изготовленных на заводе
или полигоне. Монолитные мосты более надежны, но темпы их
строительства ниже, чем сборных. Их целесообразно использовать
при больших пролетах. Применение сборных мостов позволяет
увеличить темпы строительства, уменьшить трудоемкость работ
на объекте.
В настоящее время в СССР строят преимущественно сборные
железобетонные мосты.
14.4. Конструкция проезжей части
Под проезжей частью пролетных строений, в широком смысле
этого понятия, подразумевают совокупность конструктивных эле-
ментов, воспринимающих действие подвижных нагрузок и пере-
дающих их на несущую часть пролетного строения. В состав про-
езжей части входят мостовое полотно и несущие элементы.
Мостовое полотно расположено над несущими элементами
проезжей части и предназначено для обеспечения безопасности
движения транспортных средств и пешеходов, а также для отво-
да воды.
Мостовое полотно железобетонных мостов
(каки других) включает следующие конструктивные (см. рис. 1.6)
элементы: одежду ездового полотна, одежду тротуаров, ограждаю-
щие устройства, устройство для водоотвода, деформационные швы
и сопряжение моста с подходами.
Мостовое полотно железобетонных мостов расположено на
плите проезжей части, которая является несущим элементом
проезжей части и вместе с тем входит в состав основных несущих
216
конструкций пролетного строе-
ния, образуя вместе с ними про-
странственно работающую си-
стему.
Одежду ездового по-
лотна устраивают для следую-
щих основных функций:
защищать нижележащие кон-
струкции от механического воз-
действия, выступая при этом
Рис. 14.5. Одежда ездового полотна:
/ — асфальтобетон; 2 — защитный слой; 3 —
гидроизоляция, 4 — выравнивающий слой;
5 — плита проезжей части
в качестве слоя износа;
защищать нижележащие конструкции от воздействия атмосфер-
ной влаги, служить гидроизоляцией;
обеспечивать комфортность движения своей гладкой поверх-
ностью.
Одежда ездового полотна (рис. 14.5) располагается на желе-
зобетонной плите проезжей части и состоит из выравнивающего
слоя, гидроизоляции, защитного слоя изоляции и покрытия.
Выравнивающий слой под гидроизоляцию устраивают
из бетона или цементо-песчаного раствора толщиной не менее
30 мм. По выравнивающему слою устраивают оклеенную гидро-
изоляцию из рулонных материалов. В больших мостах, а также
в районах с обильными атмосферными осадками для гидроизоля-
ции применяют рулонные материалы повышенного качества.
Над оклеенной гидроизоляцией устраивают защитный слой
из цементопесчаного раствора или мелкозернистого бетона толщи-
ной не менее 40 мм. Этот слой предназначается для защиты
гидроизоляции от возможных повреждений ее при устройстве
и ремонте покрытия. Защитный слой обычно армируют стальной
сеткой из проволоки диаметром 2,5 мм с шагом 45 мм и шириной
1500 мм. Сетки укладывают с перекрытием их на 200—300 мм.
Покрытие одежды ездового полотна выполняют из асфальто-
бетона или из цементобетона двухслойным общей толщиной со-
ответственно 70 и 80 мм. Между слоями в цементобетонное покры-
тие укладывают сварную сетку с продольной арматурой 0 4 мм и
поперечной 0 6 мм с расстоянием между стержнями 250 и 100 мм
соответственно. Ширина сеток 1500 мм, их укладывают с перекры-
тием на 200—300 мм.
Конструкция тротуаров и ограждений. Тротуар пролетного
строения — часть мостового полотна, предназначенная для безо-
пасного движения пешеходов.
Различают повышенный тротуар, если он расположен выше
уровня проезда (рис. 14.6, а), и пониженный, если расположен
в уровне проезжей части (рис. 14.6, б). Тротуары устраивают на
каждой стороне моста и ограждают их с наружных сторон перила-
ми высотой не менее 1,1 м. Ширину тротуаров назначают по расче-
ту' в зависимости от расчетной перспективной интенсивности
217
Рис 14 6 Тротуары повышенного н пониженного типа
движения пешеходов в час «пик», при этом среднюю расчетную
пропускную способность 1 м ширины тротуара в 1 час следует
принимать 2000 чел. Ширина многополосных тротуаров назнача-
ется кратной 0,75 м.
Ранее применяли в основном повышенные тротуары. В моно-
литных мостах тротуары выполняли в виде приподнятой консоли
плиты проезжей части (рис. 14.7, а), в сборных мостах их монти-
ровали из тротуарных блоков, прикрепляемых на краю проезжей
части (рис. 14.7, б). В настоящее время отдается предпочтение
тротуарам пониженного типа. Их применение стало возможным
в сочетании с надежным ограждением.
Ограждение — конструктивный элемент мостового полотна,
устраиваемый на границах ездового полотна, предназначенный
для предотвращения съезда транспортных средств за его пределы
и исправления траектории движения транспортного средства при
наезде на ограждение. Ограждение может быть бетонным, железо-
бетонным и металлическим. По конструкции различают барьерное
ограждение из стоек и горизонтальной профильной стальной ленты
или трубы, укрепленных на стойках на некотором уровне над
верхом покрытия, и парапетное ограждение в виде железобетонной
стенки различной конфигурации.
Высоту ограждений на мостах и путепроводах в городах и на
автомобильных дорогах I—III категорий принимают не менее
0,75 м для барьерных и 0,6 м для парапетных ограждений.
Рис 14 7 Монолитные н сборные тротуары повышенного типа
218
Рис 14 8 Современные тротуары пониженного типа
Конструкция ограждений увязывается с конструкцией тротуа-
ров. В действующих типовых проектах предусмотрены три вариан-
та их совместных решений. В первом варианте (рис. 14.8, а)
тротуары и барьерные ограждения выполняются из накладных
железобетонных блоков, в которых объединены функции тротуа-
ров и барьерных ограждений. Блоки крепятся к плите проезжей
части путем сварки закладных деталей, предусмотренных в блоках
и плите. Одежда для таких тротуаров предусматривается из це-
ментобетона толщиной слоя не менее 40 мм. При гладкой поверх-
ности тротуарных блоков на мостах, расположенных вне городов,
поселков, населенных пунктов, допускается применять блоки без
покрытия.
Во втором варианте (рис. 14.8, б) тротуары выполняют из на-
кладных железобетонных блоков, к которым крепят металлическое
барьерное ограждение. Одежда тротуаров такая же, как в преды-
дущем варианте.
В третьем варианте тротуар (рис. 14.8, в) устраивают
непосредственно по железобетонной консольной плите, металличе-
ское барьерное ограждение крепят также непосредственно к плите.
Одежда тротуаров, устраиваемых по железобетонной плите без
применения сборных тротуарных блоков, аналогична одежде ездо-
вого полотна с цементобетонным покрытием, однако толщина по-
крытия составляет лишь 60 мм.
Ограждения на разделительной полосе предусматриваются,
если: они имеются на подходах к мосту, на разделительной поло-
се расположены опоры контактной сети или освещения, конструк-
ция разделительной полосы не рассчитана на выезд на нее тран-
спортных средств. Ограждения на
разделительной полосе выполня-
ют той же конструкции, что и
тротуаров (рис. 14.9).
Конструкции ограждений дол-
жны препятствовать падению
транспортных средств с моста,
создавать условия для безопас-
О
РП-2
РПК-2
1400
Ш рп-Г
РПК-t
/№//
1400
ного движения пешеходов по тро- рнс 149 Блоки ограждений на раз-
туарам, защищать несущие кон- делительной полосе
219
струкции моста от повреждений и позволять быструю замену или
исправление поврежде шых элементов ограждения.
Разновидностью ограждений на тротуарах являются перила.
Они обеспечивают безопасность пешеходов и служат архитектур-
ным оформлением сооружения.
В железобетонных мостах перила выполняют из железобетона,
чугунного художественного литья или из стального проката, соеди-
ненного сваркой в решетчатые блоки. На рис. 14.10 приведена кон-
струкция блока металлического перильного ограждения, рекомен-
дуемого действующими типовыми проектами. Верхний элемент
блока выполнен из трубы 0 76x4 мм, нижний — из уголка
100X63X8, соединение на сварке этих элементов выполняется при
помощи круглых стержней 0 26 мм с шагом 150 мм. Прикрепление
перильных блоков к тротуарам осуществляется с помощью привар-
ки их к закладным планкам. Поверхности перил и металлических
ограждений должны защищаться от коррозии маслиной краской
или органосиликатными материалами.
Водоотвод. Элементы железобетонных конструкций, находя-
щиеся под воздействием атмосферных осадков, сравнительно
быстро приходят в негодность: бетой разрушается, арматура кор-
родирует. Для предохранения железобетонных конструкций мостов,
помимо гидроизоляции, устраивают водоотвод с поверхности
ездового полотна и тротуаров.
Для обеспечения быстрого отвода воды поверхностям ездового
полотна и тротуарам придают продольные (не менее 5%о) и попе-
речные (не менее 2О%о) уклоны. При продольном уклоне свыше
1О%о нормами проектирования допускается уменьшение попереч-
ного уклона при условии, что геометрическая сумма уклонов будет
не меньше 20%0-
Рис 14 10. Блок металлического перильного ограждения
1 — верхний элемент из трубы, 2 — заполнение из круглой стали, 3 — иижний элемент яз
уголка
220
Рдг 14 1 1 Cypwa илдлотпопч чрпрч тротуары*
/ — слезник, 2 — пористая резина, 3 —мастика
В зависимости от объема атмосферных вод и условий отвода
применяют различные способы водоотвода. Если под мостовым
сооружением не находятся никакие конструкции, то применяется
неупорядоченный отвод воды через тротуары. Он обеспечивается
одинаковым поперечным уклоном ездового полотна и тротуаров
(рис. 14.11).
Для предотвращения увлажнения крайних элементов пролет-
ного строения в этом случае в консольных плитах тротуаров уст-
раивают слезники 1.
При невозможности произвольного сброса воды с моста приме-
няется упорядоченный отвод воды в определенных местах через
водоотводные трубки (рис. 14.12). Верх водоотводных трубок рас-
полагается ниже поверхности, с которой отводится вода, не менее
Рис. 14 12 Схема водоотвода через трубки.
/ — водоотводная трубка, 2 — одежда проезжей части
221
чем на 1 см. С помощью трубок отводится также вода, стекающая
по слою гидроизоляции в одежде ездового полотна и тротуаров.
Для этого гидроизоляция заводится во внутреннюю поверхность
водоотводной трубки и прижимается приемной воронкой. Водоот-
водные трубки должны иметь внутренний диаметр не менее 150 мм.
Расстояния между трубками на ездовом полотне автодорожных
и городских мостов вдоль пролета устанавливают в зависимости
от продольного уклона ездового полотна. Они должны составлять
не более 6 м при продольном уклоне 5°/оо и 12 м при уклонах от 5
до 1О%о- Число трубок на одном пролете не должно быть меньше
трех.
При необходимости отвода воды за пределы мостового соору-
жения используются лотки, устраиваемые вдоль бордюра или ба-
рьерного ограждения
В этом случае необходимо обеспечить железобетонными лот-
ками защиту обочин и откосов насыпи подходов от сосредоточен-
ных водных потоков
Деформационные швы и сопряжение моста с насыпью. Для
обеспечения свободы перемещений смежных торцов пролетных
строений при воздействии временных нагрузок и колебаний темпе-
ратуры проезжую часть разделяют поперечными швами, которые
называют деформационными. Деформационные швы располагают
над промежуточными опорами между торцами соседних пролетных
строений и в местах примыкания пролетных строений к шкафным
стенкам устоев.
Конструкции деформационных швов должны быть водо- и гря-
зенепроницаемыми, работоспособными в данном диапазоне темпе-
ратур
Конструкция деформационного шва влияет на внешний вид
покрытия проезжей части, комфортабельность и безопасность дви-
жения по мосту, на срок службы шва.
Деформационные швы по внешнему виду и характеру работы
подразделяют на закрытые, заполненные и перекры-
тые.
В закрытых деформационных швах горизонталь-
ные перемещения торцов пролетных строений обеспечиваются де-
формациями заполнителя в зазоре между торцами смежных про-
летных строений. В этих швах (рис. 14.13) зазор между торцами
пролетных строений закрыт обычным покрытием 1, уложенным над
зоной стыка без разрыва. Основу конструкции этого типа состав-
ляет петлеобразный компенсатор 7, заанкеренный в выравниваю-
щем слое, и эластичное заполнение 10 петли и 9 зазора в уровне
защитного слоя 3 гидроизоляции 4.
Сопротивление образованию трещин в покрытии повышают
армированием его сеткой 2 и частичным отделением покрытия от
защитного слоя специальными прокладками 5. Последний способ
обеспечивает возникновение меньших относительных деформа-
222
Рис 14 13 Конструкция деформационного шва закрытого типа с армированным
ягЖй пктпбртпмнуи гтОЧпЫ'гИв'1
/ — покрытие, 2 — армирующая сетка, 3 — защитный слой, 4 — гидроизоляция, 5 — отделяю-
щая прокладка 6 — перекрытие зазора, 7 — компенсатор, в —анкерный стержень, 9—
мастика, 10— пористый заполнитель
ций в связи с распределением полной деформации на большой
длине.
Максимальная амплитуда допускаемых перемещений в швах
закрытого типа в случае применения неармированного асфальто-
бетона составляет 10 мм, в случае армированного—15 мм при
— 15°С и 10 мм при 1^—25°C.
К швам заполненного типа относят конструкции с за-
полнением мастикой (рис. 14.14) или с резиновыми вкладышами-
компенсаторами (рис. 14.15). В заполненных деформационных
швах покрытие устраивают с зазором, который впоследствии за-
полняют упругим материалом (см. рис. 14.14). Деформации его
обеспечивают перемещения торцов пролетных строений. Надеж-
ность работы этих швов зависит от материала заполнения и проч-
ности кромок. При увеличении зазора создаются условия для раз-
рушения кромок цементобетонных покрытий. В связи с этим кром-
ки усиливают (рис. 14.14, в) стальными окаймлениями с надежной
их анкеровкой. Перемещения, допускаемые на швы с заполнением
Рнс 14 14 Деформационные швы с заполнением мастикой
& — при асфальтобетонном покрытии б — при цемеитобетоииом покрытии или с устройством
бетонного прилива, в — варианты усиления кромки шва
223
Рис 14 15 Конструкции деформационных швов с резиновыми компенсаторами
а — с одним компенсатором К 8 б —с двумя компенсаторами КЗ
мастиками, составляют при асфальтобетонном покрытии 12 мм,
при цементобетонном — 18 мм, при цементобетонном с окаймле-
нием — 22 мм.
Деформационные швы с резиновыми компенсаторами 1
(рис 14 15, применяют при перемещениях ло 30 мм в мостах
и путепроводах I—V категорий и в городах. На дорогах I катего-
рии и в городах допускается устройство модульных швов с двумя
рядами компенсаторов, обеспечивающих перемещения до 100 мм
(рис 14 15, б)
Деформационные швы с резиновыми компенсаторами применя-
ют в районах с минимальной среднесуточной температурой возду-
ха выше температуры хрупкости резины (/=+5°C).
В перекрытых швах горизонтальные перемещения тор-
цов пролетных строений обеспечиваются изменением положения
элемента, перекрывающею зазор, относительно оси шва. Дефор-
мационные швы перекрытого типа применяют при перемещениях
в)
Рис 14 16 Деформационные швы перекрытого типа
а—с плоским скользящим листом, б — со скошенным скользящим листом, в — со скошеи
ным «плавающим> скользящим листом, 1 — скользящий лист, 2—резиновая прокладка,
/ — пружина. 4— окаймление кромки, 5 — ребро жесткости окаймления, 6 — водоотводный
лоток
224
Рис. 14.17. Деформационные швы с гребенчатыми плитами:
а — консольного типа; б — скользящего типа
до 400 мм. Различают следующие их разновидности: с плоским
скользящим листом (рис. 14.16, а), со скошенным скользящим
листом (рис. 14.16, б), со скошенным «плавающим» скользящим
листом (рис. 14.16, в), с консольной гребенчатой плитой (рис. 14.17,
а) и со скользящей гребенчатой плитой (рис. 14.17, б).
Деформационный шов с плоским скользящим лис-
том ]см. рис. 14.16, а) состоит из окаймления 4 с ребрами жест-
кости 5 и хомутами, омоноличенного в незабетонированных участ-
ках плиты проезжей части, скользящего листа 1, опирающегося на
резиновые прокладки 2 и прижатого пружиной 3, и водоотводного
лотка 6. Скользящий лист иа подвижном конце имеет скос для
выдавливания грязи из зазора.
Пружины размещены в обойме, заполненной техническим ва-
зелином.
Деформационные швы со скошенным скользящим
листом (рис. 14.16, б) и с плавающим листом (рис. 14.16, в)
обеспечивают более плавный въезд автомобилей на шов н переме-
щения до 300 мм.
Еще более плавный проезд по швам обеспечивают швы
с гребенчатыми плитами (см. рис. 14.17), но предельное
перемещение, обеспечиваемое ими, составляет 250 мм.
8 Зак. 400 225
Рис 14 18 Сопряжение моста с подходами с помощью переходной плиты
При перемещениях более 300 мм применяют более сложные
конструкции швов откатного типа
Деформационные швы являются дорогостоящими и сложными
элементами мостового полотна. В связи с этим наметилась тен-
денция к сокращению их числа путем применения неразрезных
и температурно-неразрезных пролетных строений, обеспечивающих
лучшую плавность движения транспортных средств. В неразрез-
ных мостах существует минимальное количество деформационных
швов. Их устанавливают только между торцами пролетных строе-
ний и шкафными стенками устоев. Эти швы обеспечивают плав-
ность въезда и съезда на мост и способствуют сопряжению моста
с насыпью подходов.
Одним из наиболее важных требований к сопряжению моста
с насыпью является обеспечение плавности перехода от насыпи
к мосту Этому способствует устройство одинакового покрытия
иа мосту и подходах. Кроме того, необходимо обеспечить плав-
ность перехода от различных упругих деформаций насыпи и про-
летного строения как по величине деформаций, так и по скорости
их протекания. Это достигается путем создания в местах сопря-
жения моста с насыпью специальных переходных участков в виде
переходных плит, отмосток и подушек из щебенчатых и песчано-
гравийных материалов (рис 14.18).
Переходные плиты одним концом опираются на выступ шкаф-
ной стенки, а другим — на железобетонный лежень. Плиты укла-
дывают с уклоном 1 • 10 в сторону насыпи и закрепляют штырями.
Под плитой устраивают подушку из дренирующего материала.
Контрольные вопросы
1 Каковы основные требования к материалам, применяемым в конструкциях
железобетонных мостов’
2 Каковы основные элементы проезжей части железобетонных мостов н осо-
бенности их конструкции’
3 Каковы основные системы железобетонных мостов’
226
Глава 15
ПРОЛЕТНЫЕ СТРОЕНИЯ БАЛОЧНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ
15.1. Виды балочных мостов и области их применения
В настоящее время железобетонные балочные мосты по общей
их протяженности составляют более 3/4 общей протяженности
всех автодорожных мостов
По принятой для мостов классификации балочные железобе-
тонные мосты различают:
по статистической схеме — разрезные, температурно-неразрез-
ные, неразрезные и консольные;
по расположению уровня проезда — с ездой поверху и понизу;
по типу несущей конструкции — с плитными (рис. 15.1, а),
ребристыми (рис. 15.1, б, в, г), плитно-ребристыми (рис. 15.1, а),
коробчатыми (рис 15.1, е, ж) и сквозными (рис. 15.1, м) пролет-
ными строениями;
по способу армирования — с ненапрягаемой и предварительно
напрягаемой арматурой;
по способу производства работ — из монолитного, сборно-моно-
штного и сборного железобетона.
Рис 15 1 Поперечные сечеиия пролетных строений балочных мостов
а — плип ых, б, в, г — ребристых, д — гглитно ребристых, е, ж — коробчатых, j — со сплош-
ными главными балками с ездой понизу, и — со сквозными главными балками с ездой
понизу
8* 227
Из всех видов железобетонных балочных мостов наибольшее
распространение получили разрезные сборные мосты с ездой по-
верху преимущественно с предварительно напряженной армату-
рой.
В значительной мере это объясняется тем, что они лучше
других соответствуют методам индустриального строительства.
Для пролетных строений мостов в соответствии с единой
в СССР модульной системой был принят укрупненный модуль
300 см, в соответствии с которым приняты унифицированные раз-
меры плитных и ребристых пролетных строений из элементов сле-
дующих длин: 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 33 и 42 м. В соответствии
с этими размерами были разработаны типовые пролетные строе-
ния. Опыт их применения показал, что при пролетах до 12 м эко-
номически целесообразны плитные пролетные строения. При про-
летах 15 и 18 м применение плитных пролетных строений возмож-
ио, по с ними конкурируют ребристые, о MuuidK и нрОЛешМИ от
12 до 33 м получили наибольшее распространение ребристые про-
летные строения из сборных предваритетьно напряженных элемен-
тов. Балки длиной 42 м широкого распространения не получили
в связи с трудностями их монтажа и транспортировки. В районах,
удаленных от мест изготовления сборных предварительно напря-
женных элементов, применяют при пролетах до 18 м сборные про-
летные строения с ненапряженной каркасной арматурой. В глу-
бинных районах, где любые сборные элементы экономически
не оправданы, применяют монолитные разрезные мосты.
В настоящее время широко применяют температурно-неразрез-
ные пролетные строения. Их создают из унифицированных элемен-
тов за счет объединения плит в уровне проезжей части таким
образом, чтобы при горизонтальных и температурных воздействиях
они работали как неразрезные, а при вертикальных — как разрез-
ные. Их применение значительно сокращает необходимое коли-
чество деформационных швов. Кроме того, в настоящее время на-
метилась тенденция использования унифицированных железобе-
тонных балок длиной 18—42 м для получения нсразрезных пролет-
ных строений путем омоноличивания их на опоре или в зоне
минимальных моментов.
Это открывает возможность для получения неразрезных про-
летных строений с пролетами до 63 м.
В мостах с пролетами 24—42 м находят применение плитно-
ребристые конструкции (ПРК). Для мостов с пролетами 63 м
и более перспективны неразрезные пролетные строения коробча-
того сечения.
В этой области пролетов применяются также мосты консоль-
ной системы.
Мосты с ездой понизу применяются редко, только в том случае,
когда необходимо иметь минимальную строительную высоту про-
летного строения.
228
15.2. Влияние способов возведения мостов
на их конструкцию
Конструктивные и технологические решения балочных пролет-
ных строений во многом зависят от способов их возведения. Спосо-
бы возведения различны для монолитных, сборно-монолитных
и сборных мостов.
Монолитные мосты могут выполняться в опалубке на подмос-
тях, методом попролетного бетонирования, методом продольной
надвижки и методом навесного бетонирования.
Способ бетонирования на подмостях позволяет
придать пролетному строению и его армированию наиболее рацио-
нальные формы для восприятия постоянных и временных нагрузок.
Однако он наименее индустриален и применяется только для слож-
ных в плане сооружений.
Более технологичен метод попролетного бетониро-
вания. Пролетные строения при этом методе (рис. 15.2, а) соору-
жают в опалубке, размещенной на передвижных подмостях. Под-
мости вместе с опалубкой передвигают вдоль моста по мере готов-
ности предыдущего пролета. Метод попролетного бетонирования
наиболее рационален в многопролетных мостах. Он требует, чтобы
поперечное сечение пролетного строения имело неизменные по
длине размеры и поэтому не мешало передвижению опалубки,
чтобы все пролеты были одинаковыми, а вся напрягаемая армату-
ра оканчивалась в стыке бетонируемых участков. В процессе воз-
ведения моста этим способом статическая схема пролетного строе-
ния изменяется, что необходимо учитывать при проектировании.
При возведении мостов методом продольной надвиж-
к и пролетные строения бетонируют на всю или часть их длины
на насыпи подходов и затем надвигают на опоры (рис. 15.2, б).
Статическая схема пролетного строения в процессе надвижки все
время изменяется, что требует установки на период надвижки вре-
менной напрягаемой арматуры. Пролетное строение по условиям
производимых работ должно иметь постоянную высоту.
Неразрезные мосты с большими пролетами и высокими опора-
ми целесообразно возводить методом навесного бето-
нирования (рис. 15.2, в). Пролетные строения бетонируют
уравновешенно небольшими участками в виде консолей от опор
к серединам пролетов в подвесной опалубке. После твердения бе-
тона на очередном участке его обжимают напрягаемой арматурой,
располагаемой в верхней части сечения консолей. Напрягаемую
арматуру в нижнем поясе устанавливают после объединения кон-
солей в серединах пролетов.
Сборно-монолитные пролетные строения возво-
дят без применения подмостей. Пролет вначале перекрывают
сборными балочными элементами (рис. 15.2, г) Затем элементы
объединяют в поперечном направлении монолитным железобето-
229
ном. После твердения монолитной части пролетное строение можно
оставить разрезным, превратить его в температурно-неразрезное
или в неразрезное. В последнем случае над опорами необходимо
устанавливать арматуру для восприятия отрицательного изгибаю-
щего момента.
Сборное разрезное и температурно-неразрезное пролетные
строения из унифицированных плитных или ребристых элементов
длиной до 33 м монтируют с помощью стреловых и козловых кра-
а)
—Е
7-77
Рис. 15.2. Способы возведения пролетных строений
230
нов или специальных шлюзовых кранов-агрегатов различных типов.
Обычно этот простейший способ монтажа не оказывает влияния
на конструкцию элементов пролетного строения, так как в процессе
монтажа элементы пролетного строения работают по той же ста-
тической схеме, что и в процессе эксплуатации.
При строительстве неразрезных пролетных строений из блоков
ПРК рекомендуется метод попролетной сборки (рис.
15 2, д) на перемещаемых подмостях. Подмости представляют спе-
циальный агрегат, который перемещается из пролета в пролет,
опираясь на опоры моста. Конструкция пролетного строения не
должна препятствовать перемещению подмостей.
При пролетах более 42 м неразрезные пролетные строения
возводят методом надвижки или методом навесного монтажа.
Метод надвижки (рис. 15.2, е) применяют только для нераз-
резных пролетных строений с постоянной высотой балок. Конструк-
ция пролстиого строения, зозводимсхЯ этим методом, усложняется
в связи с тем, что характер работы пролетного строения при
надвижке существенно отличается от работы в стадии эксплуата-
ции. Метод навесной сборки (рис. 15.2, ж) позволяет
монтировать неразрезные пролетные строения значительных про-
летов с переменной высотой по их длине. Монтаж ведется от опор
к середине пролета уравновешенно. Напряженную арматуру в кон-
солях устанавливают вдоль верхней плиты. По окончании монтажа
консолей в серединах пролетов их объединяют и устанавливают
нижнюю напрягаемую арматуру. Различие в работе таких кон-
струкций в стадии монтажа и период эксплуатации невелико в свя-
зи с тем, что доля временной нагрузки по сравнению с постоянной
невелика при больших пролетах.
В зависимости от местных условий и имеющегося монтажного
оборудования возможны различные комбинации рассмотренных
методов, а также и другие методы.
При проектировании балочных пролетных строений любых ви-
дов принимают во внимание предполагаемый способ строитель-
ства, учитывая его влияние на работу конструкции как в период
строительства, так и в период эксплуатации.
15.3. Конструкции разрезных пролетных строений
с ненапрягаемой арматурой
Разрезные пролетные строения с ненапрягаемой арматурой еще
находят применение в районах, удаленных от баз изготовления
предварительно напряженных конструкций. Они могут быть моно-
литными и сборными, плитными и ребристыми.
Плитные пролетные строения с ненапрягаемой ар-
матурой применяются в основном в монолитных мостах при проле-
тах до 6—9 м.
23!
ненапрягаемон арматурой
Поперечные сечения плитных пролетных строений делают пря-
моугольными (рис. 15.3) или пятиугольными (верхней поверхности
придают двускатные уклоны от середины плиты к тротуарам).
В первом случае на плите устраивают бетонный сточный треуголь-
ник, а по нему гидроизоляцию; во втором — под гидроизоляцию
укладывают тонкий выравнивающий слой цементного раствора.
Поверх гидроизоляции наносят защитный слой бетона толщиной
4 см, а по нему асфальтобетонное покрытие 5—6 см. Тротуары
устраивают повышенного типа на консольных свесах.
Монолитные плиты армируют гладкой арматурой, стержнями
периодического профиля или сварными сетками. Часть продольной
рабочей арматуры пропускают по всей длине, остальную отгибают
в нескольких плоскостях у опор для восприятия главных растяги-
вающих напряжений. В поперечном направлении устанавливается
арматура небольшого диаметра для фиксации расстояний между
рабочей арматурой и улучшения распределения нагрузки. Ее на-
зывают распределительной.
Мосты с ребристыми пролетными строениями с не-
напрягаемой арматурой применяют при пролетах более 6—9 м.
Они состоят из главных балок, перекрывающих пролет, и плиты
проезжей части (рис. 15.4, а). Прита проезжей части является так-
же сжатой зоной главных балок, участвуя в их работе на изгиб.
Она также распределяет нагрузку между главными балками, обес-
печивая пространственную работу пролетного строения. Ребристые
пролетные строения выполняют, как правило, сборными. Монолит-
ными их выполняют лишь в тех случаях, когда применение сбор-
Рнс. 15 4 Ребристое монолитное пролетное строение с ненапрягаемой арматурой
232
Рис 15 5 Сборные и сборно-монолчтные ребристые пролетные строения
ных не опраздачо из-за малого объема строительства или затруд-
нено из-за удаленности баз изготовления сборных конструкций.
При строительстве монолитных ребристых пролетных строений
представляется возможным применять наиболее целесообразное
количество балок и их размеры в зависимости от пролета. Обычно
расстояние b между главными балками составляет 2—3 м
(рис. 15.4, б). Главные балки объединяют между собой в попереч-
ном направлении поперечными балками (диафрагмами), обеспе-
чивающими пространственную работу пролетного строения. Диаф-
рагмы обычно размещают в опорных сечениях, в середине проле-
та и в четвертях пролета, если расстояние между ними не мень-
ше. 4—6 м. Иногда расстояние между главными балками увеличи-
вают до 4—6 м, в этом случае между главными балками устанав-
ливают второстепенные балки, уменьшающие пролет плиты.
Конструкция сборных пролетных строений определяется исход-
ными монтажными элементами, назначаемыми с учетом условий
их изготовления, транспортировки и монтажа. Широкое распро-
странение получили бездиафрагменные пролетные строения из тав-
ровых балок (рис. 15.5, а), стыкуемых между собой по плите про-
езжей части. Ранее строились и находятся в эксплуатации про-
летные строения, составленные из балок таврового сечения с полу-
диафрагмами (рис. 15.5, б). Балки в поперечном направлении
объединяли стыкованием полудиафрагм с помощью сварки арма-
турных выпусков или металлических закладных деталей. Плт.та
в таких пролетных строениях не стыковалась, поэтому она рабо-
тает в поперечном направлении как консоль. Нашли применение
также пролетные строения, составленные из балок П-образного
сечения (рис. 15.5, в). Объединение этих балок в поперечном на-
правлении производится сваркой закладных деталей или высоко-
прочными болтами.
Применяются также сборно-монолитные конструкции пролет-
ных строений, в которых сборные главные балки 1 (рис. 15.5, г)
объединяют между собой монолитной плитой 2 проезжей части
и диафрагмами 3.
233
Конструкция монолитных и сборных монолитных строений ВО
многом зависит от применяемой арматуры и способа ее размеще-
ния. Арматуру в конструкции пролетного строения размещают
так, чтобы она имела хорошую связь с окружающим бетоном, не
мешала укладке бетона при изготовлении конструкции и была
надежно защищена от воздействия влаги и воздуха. Арматуру
выполняют из гладкой проволоки или стержней периодического
профиля. Все рабочие стержни растянутой арматуры из гладкой
проволоки для обеспечения их заанкерования в бетоне должны
иметь на концах полукруглые крюки с внутренним диаметром
не менее 2,5 диаметра стержня (рис. 15.6, а). Концы сжатых
стержней из круглой проволоки, а также концы стержней периоди-
ческого профиля в растянутой зоне заканчиваются прямыми крю-
ками.
Отдельные стержни арматурной стали приходится сваривать
для обеспечения необходимой длины. Стержни растянутой армату-
ры стыкуют контактной электросваркой встык методом оплавле-
ния. При этом в месте стыка получается небольшое утолщение
(рис. 15.6, в). Стыки, выполняемые в монтажных условиях, свари-
вают ванным способом с применением выгнутой подкладки из ло-
тосовой стали (рис. 15.6, г). Эта подкладка образует «ванну»,
удерживающую наплавляемый металл от стекания и способствую-
щую более глубокому проплавлению концов свариваемых стерж-
ней.
Сварные сетки (рис. 15.6, б) изготавливают заранее на
заводах или полигонах, соединяя пересекающиеся стержни кон-
тактной сваркой, и в готовом виде устанавливают в конструкцию.
В местах стыкования соседние сетки укладывают внахлестку друг
Рис 15 6 Арматура для монолитных мостов.
I — стальная подкладка («ванна»), ? — сварные швы
234
на друга с перекрытием на длину не менее 30 диаметров стержней
сетки и не менее 25 см.
Рассмотрим последовательно армирование плиты проезжей
части, главных и поперечных балок.
Плита является основным несущим элементом конструкции
проезжей части. В монолитных мостах она упруго защемлена
в поддерживающих ее главных балках и поперечных диафрагмах
(рис. 15.7, а). От временной нагрузки в середине ее пролета воз-
никают положительные изгибающие моменты, а на опорах отри- )
цательные. В связи с этим на опорах плиты арматуру располагают
в верхней ее зоне, а в середине пролета — в нижней. Стержни
рабочей арматуры плиты располагают так, чтобы защитный слой
бетона был не менее 2 см. Их диаметр должен быть не менее
10 мм, а расстояние между соседними параллельными стержнями
может составлять 20—5 см. Стержни распределительной армату-
ры, располагаемой конструктивно в направлении, перпендикуляр-
ном к рабочей арматуре, должны иметь диаметр не менее 6 мм
и устанавливаться в количестве не менее четырех на 1 м ширины
плиты. Кроме того, распределительную арматуру устанавливают
во всех местах перегиба рабочей арматуры. На участках действия
отрицательных изгибающих моментов рабочую арматуру вверху
плиты устанавливают на длине ’/<—‘/е пролета плиты, а нижнюю
рабочую арматуру доводят до опоры в количестве не менее трех
стержней на 1 м ширины плиты или '/< (по площади сечения) ниж-
ней арматуры в середине пролета.
Плита сборных П-образных балок (рис. 15.7, б) работает ана-
логично плите проезжей части монолитных мостов, так как она
235
упруго защемлена в ребрах балки. Арматура вблизи ребер распо-
лагается поэтому в верхней зоне и заходит в ребро, а в середине
пролета плиты — в нижней зоне.
В сборных мостах плита проезжей части обычно составляет
одно целое с балками и работает по-разному в зависимости от
их конструкции.
В тавровых балках с диафрагмами (см. рис. 15.5, б) плиту
обычно не стыкуют с плитой соседних балок; она работает как
консоль, защемленная в ребре, и ее армируют только в растяну-
той верхней зоне. Толщина на конце такой консольной плиты
должна быть не менее 8—10 см. В бездиафрагменных пролетных
строениях плита проезжей части работает примерно как неразрез-
ная балка на упругом основании. Ее армируют сварными сетками
в верхней и нижней зонах.
Главные балки пролетных строений армируют (см. рис. 15.7)
отдельными стержнями или сварными каркасами. Диаметр рабо-
чей арматуры балок принимают не менее 12 мм, защитный слой
бетона для нее не менее 3 см и не более 5 см от боковой или ниж-
ней поверхности балок. Максимальная толщина защитного слоя
определяется соображениями ее рационального использования.
Расстояния между отдельными степжнями по условиям обеспече-
ния необходимой плотности бетона должны быть не менее 5 см
в вертикальном и в горизонтальном направлениях. Диаметр хому-
тов в стыках балок по всей длине, кроме концевых участков балок,
принимают не менее 8 мм, а на концевых участках — не менее
10 мм. Защитный слой бетона между хомутами и боковой или
нижней поверхностями балок должен быть не менее 2 см. Каждый
хомут должен охватывать в одном ряду не более пяти растянутых
и не более трех сжатых стержней. Расстояние между соседними
хомутами вдоль балки устанавливают с шагом, не превышающим
10 см на концевых участках балки; 15 см на приопорных участках
балки, простирающихся от границ концевых участков до четвер-
тей пролета; 20 см на среднем участке балки длиной, равной
Уг пролета. Концевые участки балки простираются от ее торца
в сторону пролета на длину, равную высоте балки.
Наибольшее распространение ненапрягаемая арматура в сбор-
ных балках получила в виде многорядных сварных каркасов
(рис. 15.8, а). Они индустриальны в изготовлении и удобны в мон-
таже.
Сварной каркас состоит из ряда стержней продольной
рабочей арматуры, уложенных друг на друга без промежутков
и сваренных между собой продольными швами толщиной не ме-
нее 4 мм. Если в одном вертикальном ряду поставлено более трех-
четырех стержней, то над ними устанавливают прокладки того же
диаметра и длиной не менее шести диаметров, а далее вновь ставят
три-четыре стержня без разрыва. Просветы, образованные про-
кладками, обеспечивают лучшее сцепление с окружающим бето-
236
Рис 158 \шструкция сварных каркасов
ном. Расстояние между соседними вертикальными каркасами
должно быть не менее 5 см или двух диаметров рабочей арматуры.
Защитный слой бетона тот же, что и для отдельных стержней.
Рабочие стержни продольной арматуры каркаса отгибают под
углом 30—60°, но не менее двух стержней от всех каркасов дол-
жны быть доведены до опоры. Радиус отгиба должен быть не ме-
нее 12 диаметров отгибаемого стержня периодического профиля
или 10 диаметров для гладкого стержня (рис 15.8, б, в, г).
Допускается приварка дополнительных отогнутых стержней
к стержням основной арматуры. В этом случае к каждому стерж-
ню рекомендуется приваривать не более двух дополнительных от-
гибов с диаметром, в 2 раза меньшим диаметра основного про-
дольного стержня. Такие отгибы прикрепляют сварными швами
длиной не менее 12 диаметров отгиба (см. рис. 15.8, а). Располо-
жение мест отгибов определяется условием, чтобы на участке
с отгибами в каждое вертикальное поперечное сечение балки
должен попадать хотя бы один отгиб. Вдоль боковых стенок бал-
ки устанавливают продольную арматуру периодического профиля
диаметром 8—14 мм на расстояниях по высоте 10—12 диаметров.
Эта арматура предохраняет бетон от появления усадочных тре-
щин. Арматуру ставят снаружи хомутов.
Пролетное строение моста монтируют из сборных балок, соеди-
няя сваркой выпуски арматуры полудиафрагм (рис. 15.9, а).
Если же тавровые балки не имеют полудиафрагм, то их объеди-
няют в пролетное строение омоноличиванием выпусков арматуры
из плиты проезжей части (рис. 15.9, б). Плита проезжей части
работает в этом случае не только как упруго защемленная в реб-
рах, но и принимает участие в общей работе пролетного строения
в поперечном направлении под временной нагрузкой. Положитель-
ные и отрицательные изгибающие моменты могут возникать в та-
237
кой плите как в пролете, так и на ее опорах у балок, поэтому
рабочую арматуру плиты располагают непрерывно в верхней
и нижней зонах. В стыке между плитами соседних балок рабочую
арматуру в виде петель заводят внахлестку иа длину не менее
15 ее диаметров и для лучшей связи ставят дополнительную кон-
структивную арматуру и хомуты.
Рабочую арматуру плиты проезжей части располагают всегда
поперек направления главных балок пролетного строения. Исклю-
чение составляют плиты, опертые по всему контуру, т. е. передаю-
щие свои усилия как главным балкам, так и диафрагмам. Плиту
считают опертой по контуру, когда расстояние между соседними
диафрагмами меньше удвоенного расстояния между соседними
главными балками. В этом случае рабочую арматуру плиты
в нижней зоне устанавливают в двух перпендикулярных направле-
ниях. поперек направления главных балок и вдоль.
Диафрагмы монолитных и сборных балок армируют верхней
и нижней продольной рабочей арматурой и хомутами
15.4. Конструкции разрезных пролетных строений
с арматурой, напрягаемой на упоры
Разрезные пролетные строения с арматурой, напрягаемой на
упоры, выполняют сборными и сборно-монолитными. В качестве
исходных элементов применяют плитные и ребристые элементы.
Сборные плитные пролетные строения состоят
из ряда блоков (см. рис. 15.1, а), уложенных параллельно друг
друту и объединенных в поперечном направлении для обеспечения
совместной работы. Блоки плитных пролетных строений назнача-
ют шириной 0,5—1,5 м. Для автодорожных и городских мостов
разработаны унифицированные пролетные строения из пустотных
плит'длииой 6, 9, 12, 13 и 18 м. Т о л щ и н а плит принята соот-
ветственно 0,3; 0,45; 0,6; 0,75 м. Ширина плит принята 1 м.
В плитах пролетом 6 и 9 м пустоты выполняют круглыми
238
Рис 15 10 Поперечные сечения элементов
плитных пролетных строений
(рис. 15.10,а), а при пролетах 12—18 м — овальными (рис. 15.10,6).
Напри! аемйЯ арматура ВЫПиЛНеНа ИЗ СеМИПрОВиЛОЧНЫХ ПрЯДгй
или из спаренных проволок диаметром 5 мм периодического про-
филя. Армирование блоков ненапрягаемой арматурой про-
изводится сварными сетками (рис. 15.11). Горизонтальные сетки
плит (СП-3 и СП-4) изготавливают плоскими с шагом стержней
150 мм. Вертикальные сетки ребер (СР-12 и СР-14) имеют шаг
стержней в среднем участке 200 мм, а на концевых участках для
обеспечения восприятия поперечной силы шаг стержней принят
100 мм. Ненапрягаемая арматура выполнена из гладких круглых
стержней горячекатаной стали класса A-I с диаметром стержней
8—12 мм.
Поперечное объединение плит осуществляется при помощи бе-
тонных шпонок (рис. 15.12).
К плитным относятся также пролетные строения, составлен-
ные из двутавровых предварительно напрягаемых элементов
(рис. 15.13), в которых полки примыкаются и образуют сплошные
плиты. Объединение таких плит в поперечном направлении обес-
печивается натяжением поперечной арматуры 1 в диафрагмах.
Рис 15 11 Армирование элементов
плитных пролетных строений.
1 — сетка ребра, 2 — сетка плиты
Рис 15 12 Узел омоиоличивания бло-
ка плитных строений
239
Рис 15 13 Плитные пролетные строения из двутавровых элемеи’ов.
/ -пучки для обжатия элементов, 2 — двутавровой элеме т
Применяются и сборно-монолитные плитные конструкции про-
летных строений. В них по сборным предварительно напряженным
=мемсн1ам н виде с1рунидосок 1 (рис. 15.14; укладывают беточ 2,
объединяющий конструкцию. Конструкции струнодосок разработа-
ны для пролетов до 10 м.
Для пролетов 12, 15, 18, 21, 24 и 33 м разработаны ребрис-
тые унифицированные предварительно напряженные про-
летные строения с натяжением арматуры на упоры. В качестве
напрягаемой арматуры применяют высокопрочную сталь, что
по1воляет экономить металл и создавать в арматуре высокие на-
пряжения. Для удобства армирования высокопрочную проволоку
диаметром 5 мм объединяют в пучки (рис. 15.15, а, б) с числом
проволок от 18 до 60. Проволоки в пучке располагаются концен-
трически с обмоткой каждого ряда тонкой проволокой. Пучок мо-
жет быть образован из готовых семипроволочных прядей
(рис. 15.15, в). Для обеспечения передачи усилия на бетон после
его твердения применяют каркасно-стержневые анкеры конструк-
ции МИИТа (рис. 15.16). В анкере пучок расчленяется на четыре
пряди. В обра1ующуюся полость проникает бетон, который заанке-
ривает проволоки пучка в бетонном массиве балки.
При армировании балок используют прямолинейные и криво-
зинейные пучки (рис. 15.17).
Рис. 15.14 Сборно-монолитные плитные пролетные строения:
/ -- монолитный железобетон; 2 — сборные элементы
240
Рис 15 16 Каркасно-стержневой анкер конструкции МИИТа-
I — пучок: 2 — крестообра шые упоры, 3 — скрутки чч мягкой проволоки, 4 — стержень. 5 —
диафрагма с пазами; 6 — отверстие для заводки проволоки скруток
Рнс. 15.17. Расположение пучков напрягаемой арматуры по длине балки
Середина пролета
241
Наиболее технологическое решение получается при примене-
нии в нижнем поясе прямолинейной арматуры. Создаваемые при
этом в нижнем поясе сжимающие напряжения обеспечивают тре-
щиностойкость пояса в период эксплуатации. Но в стадии созда-
ния предварительного натяжения в верхнем поясе вблизи опор
могут возникать большие растягивающие напряжения. В этот
период балка загружена только собственными весом и эксцентрично
приложенной силой предварительного обжатия. Для предотвраще-
ния трещин в верхней зоне возникает необходимость ставить до-
полнительную ненапрягаемую и даже напрягаемую арматуру. Эта
арматура приводит к некоторому снижению несущей способности
сечения из-за того, что в сжатом поясе заранее создаются сжимаю-
щие напряжения.
При армировании балки криволинейными или полигональными
пучками на приопорных участках создают усилие предваритель-
ного обжатия, приложенное под углом к горизонтали, перекаль-
ная составляющая этого усилия вызывает появление на приопор-
ных участках балки поперечной силы, знак которой противополо-
жен знаку поперечной силы от внешних нагрузок. Уменьшение
суммарной поперечной силы позволяет применять более тонкую
стенку в приопорных сечениях и несколько снизить расходы стали
на хомуты. Целесообразнее наклонные напряженные хомуты, сечи
они ориентированы перпендикулярно траекториям главных растя-
гивающих напряжений.
В настоящее время наиболее широко применяются конструкции
бездиафрагменных пролетных строений с натяжением пучковой
арматуры на упоры. Их конструкция приведена на рис. 15.18.
Пролетное строение компонуется из цельноперевозимых балок
таврового сечения (рис. 15.18, а). Изменение ширины проезжей
части моста и ширины тротуаров достигается изменением количе-
ства балок, устанавливаемых по ширине моста. В небольших пре-
делах изменение ширины моста достигается и за счет ширины
продольных швов омоиоличивания плит проезжей части. Ширина
балок 2,1 м, толщина ребер 16 см, толщина плиты проезжей части
15 см. В нижней части ребра имеют уширения для размещения
пучков напрягаемой арматуры.
Крайние балки пролетных строений отличаются от промежу-
точных количеством пучков, а также наличием односторонних вы-
пусков арматуры для соединения балок между собой.
В зависимости от пролета балки и типа стенда, напрягаемая
арматура и конструкция балок может быть различной. Получили
распространение пучки по 15—24 проволоки диаметром 5 мм.
Усилие с пучка на бетон передается описанным выше каркасно-
стержневым анкером. Для усиления бетона в месте передачи сосре-
доточенного усилия перед анкером устанавливают спираль из
обычной арматуры. Арматуру за анкером желательно выключать
из работы, для чего ее изолируют паклей (рис. 15.18, в), пропи-
242
Продольный разрез
25,3
План 1-го ряда
Рис. 15.18. Конструкция бездиафрагменных пролетных строений с арматурой,
натягиваемой на упоры:
и — поперечное сечение пролетного строения, б — поперечные сечения балок на опоре и
в середине пролета, в — схема размещения и анкеровки пучков по длине балкн
243
Рис. 15 19. Сечения балок тавровой формы без развитых нижних поясов и опор-
ных утолщений
тайной битумом, или обматывают бумагой на битумной обмазке.
Такая изоляция предохраняет балку от нежелательного обжатия
арматурой вблизи опор. Пучки напрягаемой арматуры располага-
ют обычно в несколько рядов на расстоянии не менее 5 см один
от другого. Защитный слой бетона от пучка до нижней или боко-
вой грани должен быть не менее 4 см.
Кроме напрягаемой арматуры, балки имеют и ненапрягаемую
арматуру в виде конструктивных продольных стержней и хомутов
в стенке балки, сеток в плите проезжей части (рис. 15.18, б).
Пролетные строения данного типа разработаны длиной от 12
до 33 м.
Представляют интерес разработанные в последние годы
в МИИТе пролетные строения с простейшей тавровой формой по-
перечных сечений без развитых нижних поясов и опорных утолще-
ний (рис. 15.19).
По индивидуальным проектам конструкциями с натяжением
на упоры в отдельных случаях перекрывались весьма большие
пролеты. Так, в эстакадной части моста через р. Волгу у Сара-
това пролетные строения выполнены из предварительно напряжен-
ных балок П-образного сечения с расчетным пролетом 69,2 м.
При ширине проезжей части 12 м и тротуаров по 2,25 м в попе-
речном сечении были расположены две П-образные балки шириной
4,0 м с промежутком между ними шириной 4 м, перекрытым пли-
той. В разрезных мостах в пролетных строениях применение ба-
лок такой длины нерационально.
15.5. Конструкции разрезных пролетных строений
с арматурой, напрягаемой на бетон
В случае если не представляется возможным транспортировать
цельноперевозимые балки, применяют пролетные строения, обра-
зованные из составных по длине балок (рис. 15.20, а) с натяже-
нием арматуры на бетон.
244
В пролетных строениях с натяжением арматуры на бетон при-
меняют балки таврового и коробчатого сечения
с диафрагмами и без диафрагм. Более широкое применение полу-
чили простые в изготовлении тавровые балки без диафрагм. Каж-
дую балку составляют из отдельных, заранее изготовленных бло-
ков, армированных ненапрягаемой арматурой в виде каркасов
(рис. 15.20, б) и сеток. Для размещения напрягаемой арматуры
в блоках устраивают каналы, которые могут быть закрытыми или
открытыми (наружными). Блоки изготавливают на заводах желе-
зобетонных мостовых конструкций. Балки пролетного строения
получают путем укрупнительной сборки из блоков на площадке
\ строящегося объекта. Блоки устанавливают на площадке в про-
ектной последовательности и омоноличивают по швам цементным
раствором или клеем. После этого протягивают в каналы напря-
гаемую арматуру и создают в ней усилие натяжения, которое
сразу передается бетону.
Проектом унифицированных сборных пролетных строений пре-
дусмотрены составные по длине балки длиной 15, 18, 24, 33, 42 м.
Все промежуточные блоки приняты длиной 6 м, концевые — дли-
ной 4,5 или 3 м.
Пучковая арматура проходит в закрытых каналах. Натяжение
ее производят за два-три приема, первое натяжение осуществля-
ют до отверждения клея. Это обеспечивает хорошее заполнение
швов при минимальной их толщине.
Блоки армированы сварными сетками. В крайних блоках кон-
цевые участки каналов усилены спиральной арматурой.
Рис 15.20. Составные по длине балки с натяжением арматуры на бетон
245
Рис 15 21 Конусные анкеры для за-
крепления пучков
На торцах установлены сталь-
ные листы толщиной 20 мм, ко-
торые служат упором для анке-
ров при натяжении пучков. Арма-
турные пучки выполнены коль-
цевыми из 24 проволок диаметром
5 мм. Часть пучков проходит пря-
молинейно по всей длине балки,
другая отгибается вверх по пря-
молинейным каналам. Закрепле-
ние пучков на торцах балок обеспечивается конусными анкерами
(рис. 15.21), состоящими из корпуса обоймы 2 и конусной проб-
ки 1. Крайние балки пролетных строений, как и цельноперевози-
мые, отличаются большим количеством пучков напрягаемой арма-
туры и наличием закладных металлических деталей для крепления
тротуарных блоков. Соединение балок между собой в продольных
швах осуществляется с помощью обетонирования петлевых вы-
пусков арматуры плиты.
Требования к расположению ненапрягаемой арматуры и к за-
щитным слоям бетона такие же, как и для балок с натяжением
арматуры до бетонирования.
15.6 Температурно-неразрезные пролетные строения
Геми с р а т у р и о-н е р а з р е з н ы м н называют пролетные
строения, образованные путем объединения в уровне проезжей
части разрезных балочных пролетных строений таким образом, что
при горизонтальных и температурных воздействиях они работают
как неразрезные и при вертикальных — как разрезные. Конструк-
ция объединения должна обеспечивать восприятие горизонтальных
усилий и не препятствовать повороту торцов пролетных строений.
Группа разрезных пролетных строений, объединенных в темпе-
ратурно-неразрезные (рис. 15 22), носит название цепи; узел
сопряжения смежных пролетных строений в цепь называют шар-
нирным сопряжением; участок плиты, соединяющий про-
тстные строения,—с о е д и н и т е л ь но й плитой. Соединитель-
ная плита обеспечивает непрерывность одежды ездового полотна,
исключает необходимость применения деформационного шва, обес-
печивает более комфортное и безопасное движение транспортных
средств.
При образовании цепи пролетных строений стремятся получать
максимально возможную ее длину. Она зависит от конструкции
и расстановки подвижных и неподвижных опорных частей. Кон-
струкциями опорных частей обеспечивают температурные пере-
мещения в обе стороны от середины цепи (см. рис. 15.22).
246
Рис 15 22 Цепь температурно-неразрезных пролетных строений
/ — деформационный шов 2 — соединительная плита, 3 — подвижные опорноы части, 4
неподвижная опорная часть
В зависимости от типа конструктивного решения пролетные
строения могут быть объединены в температурно-неразрезные
цепи различными способами:
ребристые пролетные строения — по плите проезжей части
в пределах всей ширины пролетного строения (рис. 15.23, а);
плитные пролетные строения — стыковыми накладками
(рис. 15.23, б).
Объединение по плите проезжей части или части толщины
плиты рекомендуется как основной тип объединения пролетных
строений в температурно-неразрезные. Для обеспечения объедине-
ния сборных пролетных строений по плите проезжей части исход-
ные элементы изготавливают с недобетонированной на концах пли-
той, имеющей горизонтальные выпуски арматуры (см. рис. 15.23, а).
Дтину недобетонированной части плиты принимают равной поло-
вине длины соединительной плиты. В пределах ее длины не допус-
каются вертикальные выпуски арматуры из ребра. Перед объеди-
нением смежных пролетных строений в цепь на ребра балок в пре-
делах длины соединительной плиты укладывают упругие проклад-
ки, которые распределяют угловые деформации плиты на всю ее
длину. Длину соединительной плиты рекомендуется принимать
не меньше расстояния между опорными сечениями смежных про-
летных строений.
Объединение пролетных строений по части толщины плиты
выполняют аналогично объединению их по полной толщине плиты.
Рис 15 23. Способы объединения пролетных строений в температурно-нераз-
резные
247
При объединении пролетных строений с помощью стыковых
накладок по концам плит при их изготовлении устанавливают
закладные детали, к которым при монтаже приваривают стыковые
нактадки или стержни. Свободная длина наклд ток для обеспече-
ния угловых перемещений должна быть не менее 10 см (см.
рис. 15.23, б). При объединении пролетных строен i i аз л/сготных
плит в продольный шов закладывают стержни. На длине 25—30 см
их исключают из совместной работы с бетоном путем обертывания
их рубероидом или полиэтиленовой пленкой.
Как ясно из описания температурно-неразрезных пролетных
строений, их устройство связано с непростыми работами по их
объединению, а также с необходимостью применения опорных
частей, обеспечивающих большие линейные перемещение Положи-
тельный конечный эффект — повышение комфортности движения по
мосту — может быть оправдан только в случае, если мост нахо
диюи на A'jpoie с асфальтобетонным покрытием. Если мост нахо
дится на дороге с цементобетонным покрытием, с часто располо-
женными поперечными швами, то применение температурно-нераз-
резных цепей по соображениям повышания комфортабельности
движения по мосту теряет смысл, так как она не будет согласована
с общими условиями движения по дороге,
15 7. Не^азр^зные и консольные пролетные стрсенит
Основные тенденции в развитии конструкций нера.зрезиых
и консольных мостов. Преимущества неразрезных и консольных
мостов обусловлены тем, что на промежуточных опорах возникают
отрицательные моменты, в значительной мере уменьшающие по-
ложительные моменты в серединах пролетов и обеспечивающие
уменьшение расхода железобетона. Кроме того, в этих мостах при-
меняется минимальное количество деформационных швов, что по-
вышает их эксплуатационные качества. Неразрезные мосты нача-
ли широко применяться в последние 10—15 лет в области малых,
средних и больших пролетов. Если ранее их применяли в основ
ном в двух- или трехпролетных неразрезных мостах, то теперь
количество пролетов ограничивается лишь полной длиной нераз-
резной плети из условий обеспечения температурных деформа-
ций. Длительное время широкое применение неразрешых мостов
с терживалось опасностью неравномерных осадок опор, вызываю-
щих в неразрезных пролетных строениях дополнительные и опас-
ные усилия. После освоения строителями технологии создания на-
дежных фундаментов, 'исключающих существенные осадки опор,
была открыта возможность для широкого применения неразрезных
мостов.
Консольные железобетонные мосты в настоящее время находят
применение в области средних и больших пролетов только при
248
Рис. 15 24 Виды сборных неразрезных пролетных строений
особо сложных грунтовых условиях, затрудняющих предотвраще-
ние неравномерных осадок опор.
Нашли применение монолитные и сборные неразрезные и кон-
сольные мосты. В области средних и больших пролетов за рубе-
жом более широко применяют монолитные мосты, а в нашей стра-
не во всем диапазоне пролетов— сборные. Многолетний опыт
эксплуатации как тех, так и других мостов приводит к выводу
о большей надежности монолитных мостов. Причина этого, по всей
видимости, кроется в лучшей возможности создания более надеж-
ных поперечных швов в монолитных пролетных строениях благо-
даря возможности стыковки в швах конструктивной арматуры.
Сборные неразрезные железобетонные пролетные строения,
применяемые в СССР, по виду монтажных элементов и технологи-
ческим приемам строительства можно разделить на три группы:
собираемые из стандартных цельноперевозных балок или плит
с устройством монолитных стыков только на опорах или в зоне
минимальных моментов (рис. 15.24, а, б)-,
собираемые из плитно-ребристых или коробчатых блоков по-
стоянной высоты с устройством многих поперечных швов в проле-
тах (рис. 15.24, в) :
собираемые из коробчатых блоков, обеспечивающих полиго-
нальное очертание нижнего пояса, с устройством большого числа
поперечных швов в пролете (рис. 15.24, г).
Первая группа мостов использ) стся при пролетах от 15
До 55 м. Стандартные балки и плиты, происводство которых широ-
249
ко налажено для строительства разрезных мостов, объединяют
в неразрезное пролетное строение, соединяя их над промежуточной
опорой (см. рис. 15.24, а) или же в пролете (см. рис. 15.24, б)
в сечениях с минимальными значениями изгибающих моментов.
Во втором случае пролет перекрывается балкой (плитой) с дли-
ной, меньшей длины пролета (см. рис. 15.24, б). Стандартные эле-
менты обычно стыкуют в зоне минимальных моментов. Пролетное
строение собирается из двух типов блоков: один работает в зоне
положительных моментов, другой — в зоне отрицательных. Их
объединяют с помощью сварки арматурных выпусков и омоноли-
чивания стыковой полости бетонной смесью.
При объединении стандартных элементов над опорами услож-
няется конструкция монтажного стыка, так как он расположен
в зоне максимального отрицательного момента.
Необходимость устройства подмостей для бетонирования
мядппппныу уиястипп и пи стыков в протете, трудоемкость монтаж-
ных стыков арматуры являются главными недостатками сборных
неразрезных пролетных строений из стандартных балок и плит,
которые в значительной мере компенсируют их преимущества
эксплуатационного характера.
Предстоит поиск способов повышения их индустриальности.
В целом формирование неразрезных железобетонных пролетных
строений из стандартных крупноразмерных предварительно напря-
женных элементов с минимальным количеством поперечных стыков
может обеспечить получение высоких показателей их надежности
и экономичности.
Вторая группа неразрезных мостов в СССР
обычно используется при пролетах от 33 до 84 м. Неразрезные
пролетные строения такой системы у моста через канал им. Москвы
у пос Хлебниково имеет пролеты 149 м. Пролеты таких мостов
собирают из блоков небольшой длины с постоянной высотой, обес-
печивающих получение конструкции с параллельными поясами
(см. рис 15 24, в). Эти конструкции при небольшом количестве
пролетов возводят конвеерно-тыловой сборкой с продольной
надвижкой, а при большом числе пролетов — методом попролетной
сборки на перемещаемых подмостях.
Большое количество поперечных швов снижает надежность
пролетных строений этого типа при работе их на поперечную силу.
Она может быть обеспечена необходимым обжатием стыков, на-
прягаемой арматурой и качественным склеиванием бетонных бло-
ков конструкционными К.1СЯМ1И, имеющими прочность при сдвиге
не меньше, чем у бетона.
Сборные неразрезные пролетные строения третьей
группы применяются в СССР при пролетах от 84 до 126 м.
В зарубежной практике пролетными строениями такой системы
перекрыты пролеты 230 м (Япония, 1972 г.), 240 м (Япония,
1976 г.), 270 м (Парагвай, 1979 г.). По соображениям экономиче-
250
ской эффективности неразрезные балки этих мостов применяются
с криволинейным очертанием нижнего пояса (см. рис. 15.24, г).
Высота балок над опорами в 2—3 раза больше, чем в средней
части пролета, что соответствует соотношению изгибающих момен-
тов в этих сечениях. Эти мосты собирают из блоков навесной
сборкой и навесным бетонированием. По длине пролета приходится
устраивать большое количество поперечных швов, качество и на-
дежность которых во многом определяют надежность пролетных
строений в целом.
Монолитные неразрезные балочные мосты при пролетах до
42 м при небольшом числе пролетов возводят с применением про-
дольной надвижки, при пяти и более пролетах — методом попро-
летного бетонирования на перемещающихся подмостях, при проле-
тах 63 м и более возводят методом навесного бетонирования.
В связи с тем что в швах бетонирования при любом способе
строительства представляется возможным установить конструк-
тивную арматуру, а поперечные швы монолитных мостов выпол-
нять более надежными.
Многопролетная неразрезная система превращается в консоль-
ную, если в отдельных поперечных сечениях ввести шарнирные
соединения. Введение двух шарниров в пролете приводит к тому,
что в сечениях консолей возникают только отрицательные момен-
ты, а в подвесных балках — только положительные. Это дает воз-
можность применять в качестве подвесных балок унифицированные
балочные элементы. В консольных пролетных строениях в местах
шарниров возникают переломы профиля проезда, что снижает
комфортность движения. В местах установки шарниров необходи-
мы деформационные швы, что также относится к недостаткам
консольных мостов. Преимущество консольных пролетных строений
связано с возможностью применения их в условиях проявления
неравномерных осадок опор.
Форма поперечного сечения, армирование и узлы объединения
пролетных строений. Форма поперечного сечения неразрезных про-
летных строений, собираемых из стандартных балок и плит, ана-
логична форме поперечного сечения разрезных пролетных строе-
ний, монтируемых из тех же элементов. Аналогично и армирование
напрягаемой арматурой блоков, объединяемых на опорах, и под-
весных блоков, находящихся на участках с положительными мо-
ментами. Напрягаемая арматура на консольных участках с отри-
цательными моментами располагается в верхней зоне Все блоки
на торцах имеют выпуски ненапрягаемой арматуры. Стержни
диаметром до 16 мм состыковываются сваркой внахлестку, а при
большем диаметре—вставными стержнями на ванной сварке.
На рис 15 25, а, б приведены конструкции узлов объединения тав-
ровой балки на опоре и плиты в зоне минимальных моментов. В уз-
лах содержатся арматурные элементы, рассчитанные на восприя
251
Рис 15 25 Конструкция узлов объединения балок в неразрезные плети.
а — на опоое, б — в прслете, / ригель, 2 — консольный выступ для опирания на ригель,
3 — верхняя арматура со стыком, / — отогнутая арматур? со стыком, 5 — балка, 6 — опорная
часть, 7 — заглушка доской 8— арматурный каркас, 9 — арматура плиты, 10 — бетон
тие действующих в стыке изгибающих моментов и перерезываю-
щих сил
Гип поперечного сечения неразрезных пролетных строений
других групп зависит от размера пролета и принятого способа
строительства. При небольших пролетах, создаваемых попролет-
ныл бетонированием или попролетной сборкой из б токов, приме-
няется поперечное сечение с простыми опалубочными формами
(рис. 15.26). Оно имеет два мощных продольных ребра, связан-
ных сверху двухконсольной плитой.
При больших пролетах, а также при средних пролетах, возво-
димых методом продольной надвижки, как в сборных, так и в мо-
нолитных мостах применяются коробчатые поперечные сечения
пролетных строений.
Для пролетных строений с проезжей частью шириной до 19—
20 м применяется однокоробчатое поперечное сечение с развитыми
консолями (рис. 15.27, а) Стенки такого сечения выполняют
наклонными, что позволяет уменьшить ширину и объем опор. При
большей ширине моста поперечное сечение компонуют из двух
или нескольких коробок (рис 15.27, б) или применяют уширенные
коробки с промежуточными стенками (рис. 15.27, з). Нижняя пли
та коробчатого сечения служит сжатой зоной на участках с отри-
цательными моментами и позволяет разместить нисколько рядов
1050-2000
А Л.9/ а
— X й зо-гю у п X ' * 09-09 ' к..
4 550 ~ 70-150 1 >950 7О-15о\ £ 550
Рис 15 26 Поперечное сечеиие блока ПРК
/- закладные детали в поперечных ребрах, 2 поперечные ребра
252
Рис 15 27 Формы поперечных селений коробчатых про^ъгныл строении
нзпрягзбмой эрмэтуры нз участке с пол^хитетьными м ^мечгамм
Коробчатое сечение хорошо работает при действии эксцентричной
нагрузки в связи с тем, что его жесткость при работе на круче-
ние в десятки раз больше по сравнению с жесткостью незамкну-
тых сечений с теми же размерами.
В неразрезных и консольных пролетных строениях у промежу-
точных опор возникают значительные отрицательные моменты
и поперечные силы. Несущую способность опорных сечений повы
шают увеличением толщины ребер, толщины нижней плиты или
увеличением высоты сечения у опор.
При больших пролетах используют несколько средств для
увеличения несущей способности опорных сечений увеличивают
высоту за счет придания полигонального или криволидейного
очертания нижнего пояса, а также толщину нижней плиты
и стенок.
Высота сечения балок у опор с пролетами более 60 м обычно
составляет пролета. Высота сечения в середине пролета
fl I \,
для неразрезных балок составляет!^ в консольных
мостах она равна высоте подвесных балок
Стенки коробчатых сечений устанавливают на расстоянии
10—15 м. Сопряжение стенок с плитами желательно производить
с помощью кривых Верхней плите придают уклоны в поперечном
направлении, необходимые для отвода воды.
Толщину плиты проезжей части определяют из условия ее ра
боты на изгиб в поперечном направлении от местного действия
транспортных средств Подучаемая при этом толщина должна
быть достаточной для работы плиты в составе всего пролетного
строения на общее действие всех нагрузок. Толщину стенок опре
Деляют из условий их работы на поперечные силы. На участках
с небольшими поперечными ситами толщину стенок назначают но
технологическим соображениям
25S
Толщину нижней плиты на участках с положительными момен-
тами определяют условиями размещения напрягаемой арматуры,
а на участках с отрицательными моментами—-работой ее на сжа-
тие в составе всего сечения.
Поперечное членение коробчатых пролетных строений произ-
водят из условия грузоподъемности монтажных кранов 40—60 т.
Поперечные швы омоноличивают клеями и обжимают напрягаемой
арматурой. Получаемое при этом соединение блоков может счи-
таться равнопрочным и равнонадежным основному сечению только
при надежном к геевом соединении.
Блоки коробчатого сечения в приопорной зоне или больших
пролетах расчленяют на несколько плоских плит (рис. 15.27, г) —
верхнюю плиту проезжей части, стенки и нижнюю плиту. Эти
плиты изготавливают отдельно, сборка коробки из них произво-
дится на подмостях, прикрепляемых к ранее собранной части про-
летного строения.
Консольные пролетные строения при небольших пролетах
составляют из балок таврового сечения, соединяемых продольны-
ми швами. Консольные и подвесные элементы монтируют целиком
и соединяют шарнирами. При пролетах более 63 м двутавровая
форма сечения оказывается неэкономичной. Участки с отрицатель-
ными моментами в этом случае выполняют коробчатыми, для под-
весных участков применяют двутавровую форму балок.
Неразрезные и консольные пролетные строения в настоящее
время армируют, как правило, с применением напрягаемой арма-
туры. Ранее применяли ненапрягаемую арматуру в виде отдельных
стержней или сварных каркасов. На участках с положительными
моментами рабочая арматура располагается в нижней зоне бал-
ки, на участках с отрицательными моментами —в верхней зоне.
В зоне небольших моментов осуществляется перевод арматуры из
нижней зоны в верхнюю в соответствии с огибающей эпюрой мо-
ментов. Отгибы и хомуты используют для восприятия поперечной
силы.
Предварительно напряженную арматуру располагают так,
чтобы создать в бетоне предварительное обжатие в тех зонах,
в которых при действии внешней нагрузки возникает растяжение.
При сооружении пролетного строения методами продольной над-
вижки, попролетного бетонирования или сборки напрягаемую
арматуру размещают по плавным кривым: в серединах пролетов
ее размещают в нижней зоне, а над промежуточными опорами —
в верхней зоне (рис. 15.28, а, б). В шве бетонирования 2 или мо-
нолитном стыке сборных секций ее стыкуют специальными устрой-
ствами (рис. 15.28, б, в). Возможно также размещение их
внахлестку, что исключает необходимость их стыковки. При навес-
ном бетонировании арматурные пучки или стержни располагают
в верхней зоне (рис. 15.28, г). Во время бетонирования и в начале
эксплуатационного периода, пока не проявились существенно де-
254
7
Рис 15.28. Схема армирования напрягаемой арматурой:
/ — пучки напрягаемой арматуры, 2 — шов бетонирования; 3 — пучки арматуры, напрягаемые
для объединения сборных балок в ьеразрезиое пролетное строение, 4 — арматура, напрягае
мая до бетонирования; 5 — монолитный стык сборных балок, 6, 7 — нижняя напрягаемая
арматура для восприятия положительных изгибающих моментов
формации ползучести, балка от собственного веса работает как
консоль. Положительные моменты в ней появляются от действия
временных нагрузок, а после проявления деформаций ползу-
чести— и от собственного веса балок. Для их восприятия в сере-
динах пролетов устанавливают в нижней зоне арматурные пучки
(рис. 15.28, г).
Напрягаемую арматуру рекомендуется размещать в закрытых
каналах. По закрытым каналам представляется возможным пере-
водить ее в плане в верхней плите и переводить затем в ребра
конструкции для улучшения их работы на поперечные силы.
Применение криволинейной в плане и профиле арматуры, раз-
мещенной в закрытых каналах, позволяет создать более надежную
конструкцию. Каналы после натяжения пучков необходимо инъеци-
ровать цементным раствором.
Кроме напрягаемой, пролетные строения армируются и кон-
структивной ненапрягаемой арматурой. На рис. 15.29 приведено
армирование ненапрягаемой арматурой блоков ПРК и коробча-
того блока.
Сопряжение смежных блоков в швах существующими нормами
рекомендуется осуществлять по плоским (рис. 15.30, «), плоским
с уступом (рис. 15.30, б) или зубчатым (рис. 15.30, в) швам.
Однако опыт эксплуатации мостов с плоскими стыками свидетель-
ствует о целесообразности отказа от них, так как они не обеспе-
чивают надежного восприятия поперечных сил.
Объединение элементов в единую по длине конструкцию вы-
полняют путем заполнения бетоном, цементным раствором или
клеем. Применяют также незаполненные (сухие) стыки.
255
Рис 15.29 Схема армирования нена-
прягаемой арматурой:
а — блок ПРК, б — коробчатый блок;
А I — верхняя сетка плиты проезжей час-
ти, А II — арматурный каркас блока, / —
закладная деталь в поперечным ребрах, 2—
рабочая арматура поперечных ребер, 3 —
хомуты в арматурном каркасе поперечных
реб^р, 4 — арматурный каркас главных ре-
бер, 5—нижняя сетка консолей плиты про-
езжей части
Рис
15 30 Виды стыков в составных по длине конструкциях
В заключение рассмотрим узлы опирания подвесного пролет-
ного строения в консольных мостах. Для опирания подвесного
пролетного строения устраивают выступы (рис. 15.31, а, б) или
применяют стальные подвески 6 (рис. 15.31, в). Передаваемое
подвесным пролетным строением 3 усилие на консоль 2 велико,
поэтому выступы необходимо надежно армировать продольными
стержнями, отгибами 1 и хомутами 4.
Рис 15 31 Узлы опирания подвесок пролетных строений на консоль
256
В предварительно напряженных балках арматурные пучки 5
у конца консоли располагают наклонно, чтобы обеспечить обжа-
тие бетона по траекториям главных растягивающих напряжений.
15.8. Пролетные строения со сквозными фермами
Пролетные строения со сквозными железобетонными главны-
ми фермами экономически целесообразны по сравнению с кон-
струкциями со сплошной стенкой при больших пролетах, когда тре-
буется большая высота несущего элемента. Замена стенки решет-
кой из стержней приводит в этом случае к экономии железобетона.
Сквозные фермы можно собирать из линейных элементов, при этом
получается сложным узел присоединения растянутого элемента
фермы к узлу.
Имеются ппнмрпы использования сквозных Лепи в мостах на
_ ----- „г -! — А 1
автомобильных дорогах. Одним из крупнейших сооружений этого
типа является мост, построенный в СССР в 1965 г. по проекту
Гипротрансмоста через р. Волгу. Русловая его часть была пере-
крыта пятипролетной неразрезной системой по схеме 105+3X
X 166+105 м. Пролетное строение с полигональным нижним поя-
Рис. 15.32. Пролетное строение со сквозными фермами
9 Зак. 400
257
сом запроектировано сквозным у опор и со сплошной стенкой
в средней части пролета.
При ширине проезжей части 15 м пролетное строение состав-
лено из четырех главных ферм, сквозная часть которых длиной
120 м имеет треугольную решетку (рис. 15.32, а).
Нижний пояс фермы и ее раскосы имеют прямоугольное сече-
ние. Высота сечения нижнего пояса изменяется от опоры в проле-
те со 135 до 95 см, а ширина с 90 до 65 см.
Верхний пояс фермы имеет двутавровое сечение, верхней пол-
кой которого служит плига проезжей части (рис. 15.32, б). Фермы
попарно связаны системой пространственных связей, обеспечи-
вающих пространственную работу пролетного строения. Объеди-
нение сжатых элементов в узлах обеспечивалось с помощью сварки
выпусков арматуры и омоноличивания швов шириной 30—50 см.
Растянутые раскосы вместе с узловыми утолщениями изготав-
ливали на стенде с натяжением арматуры за упоры. Утолщения
имели выпуски арматуры, которые сваривали с выпусками арма-
туры сжатых элементов.
Основная напрягаемая арматура была размещена в пазу плиты
проезжей части (см. рис. 15.32, б), а также над свесами нижней
ее полки.
Принятая конструкция сквозных пролетных строений имеет
хороший внешний вид, чему способствует криволинейное очерта-
ние нижнего пояса и малая высота средней части пролета.
15.9. Опорные части и подферменники балочных мостов
Опорные части передают опорные реакции от несущей кон-
струкции на опоры в заданном месте. Кроме того, опорные части
обеспечивают поворот и линейные смещения балок пролетного
строения при их прогибе от действия подвижных нагрузок, а также
продольные и поперечные смещения концов балок, возникающие
в результате температурных деформаций пролетного строения.
Различают подвижные и неподвижные опорные части.
Плитные и ребристые разрезные пролетные строения с проле-
тами до 12 м можно укладывать на опоры с прокладкой двух
слоев рубероида. Однако лучше применять опорные части из
металлических листов (рис. 15.33, а), прикрепляемых к бетону
балки и опоры с помощью арматурных стержней. Подвижная опор-
ная часть от неподвижной отличается отсутствием вертикального
штыря, соединяющего пролетные строения с опорой.
При пролетах 9—18 м применяют тангенциальные опорные
части из двух стальных подушек (рис. 15.33, б), верхняя из кото-
рых плоская, а нижняя имеет цилиндрическую поверхность, обес-
печивающую поворот пролетного строения. В неподвижной опор-
258
Рис 15 33 Опорные части:
/ — стальные листы, 2 — арматурные стержни; 3 —-плоская стальная подушка, 4 — стальная
подушка с цилиндрической поверхностью; 5—потайной штырь
ной части устанавливается вертикальный штырь. В подвижных
опорных частях штырь не ставят, что обеспечивает свободу линей-
ных смещений за счет скольжения верхней поверхности по
нижней.
При пролетах более 18 м находят применение железобетонные
и стальные опорные части каткового типа. Линейные перемещения
они обеспечивают за счет качения срезанного по бокам катка
большого диаметра. Катки имеют две опорные металлические по-
душки с цилиндрическими поверхностями. Для опирания подвесных
пролетных строений в консольных системах получают распростра-
нение опорные части из стальных серег с шарнирами (см.
рис. 15.31, в).
В температурно-неразрезных и неразрезных пролетных строе-
ниях неподвижные опорные части устанавливают на одной (ан-
керной) из промежуточных опор или устоев с учетом возможного
продольного перемещения свободного конца пролетного строения.
В последние годы в нашей стране получили широкое распро-
странение опорные части из различных полимерных материалов.
По способу обеспечения перемещений опорных узлов их подразде-
ляют на деформируемые и комбинированные.
В деформируемых опорных частях линейные и угловые переме-
щения обеспечиваются изменением формы полимерного материала
(резины). К ним относятся ленточные, слоистые и стаканные
опорные части. Ленточные выполняют из слоя теплостойкой и све-
тоозоностойкой резины толщиной до 20 мм. Силы трения по кон-
такту с бетоном опор и пролетных строений исключают смещение
ленты по этим плоскостям, поэтому перемещения происходят
только за счет поперечных деформаций в ленте.
9* 259
9 8 7 6
Рис 15 34 Комбинированная резино-
фторопластовая опорная часть
1 — пролетное строение 2 — стальная
крышка, 3 — резиновая уплотняющая про
кладка, 4 — стойка опоры 5 — полирован
ный лист из нержавеющей стали 6 — сталь
ная обойма 7 — резиновая прикладка 8 —
стальная опорная плнга 9 — фторопласт
Слоистые резиновые опорные
части выполняют в виде слоис-
того параллелепипеда, составлен-
ного из нескольких слоев резины
и металлических прокладок Тол-
щина прокладок 2 мм, резины —
до 25 мм Армирование резины
листами в процессе ее вулканиза-
ции увеличивает ее несущую спо-
собность в 3—5 раз за счет сокра-
щения поперечных и вертикаль-
ных деформаций.
В стаканных опорных частях
резина размещена в стальной
обойме, что позволяет полностью
исключить поперечные деформации резины и повысить существен-
но ее сопротивление сжатию
Резиновая прокладка, заключенная в стальную обойму, ведет
себя при давлениях более 0,5 МПа как вязкая жидкость и допус-
кает поворот в любом направлении как сферический шарнир.
Резиновые ленточные и слоистые опорные части не обеспечи-
вают значительных линейных перемещений, свойственных нераз-
резным и температурио-неразрезным пролетным строениям.
Стаканные опорные части обеспечивают только угловые пере-
мещения Поэтому для неразрезных мостов стали широко приме-
нять комбинированные опорные части из полимерных материалов,
в которых ленточные, слоистые и стаканные опорные части исполь-
зуют для обеспечения угловых перемещений, а линейные переме-
щения обеспечиваются скольжением пролетного строения по анти-
фрикционным прокладкам Конструкция стаканной комбинирован-
ной опорной части приведена на рис. 15 34. Она обеспечивает
линейные перемещения более 100 мм и угловые до tg а = 0,01.
Рис 15 35 Комбинированная фторопластовая шарнирно-подвижная опорная часть
/ - полированный лист, 2 — поддон, 3 — верхний и нижний стальные балансиры, 4 — про
летное строение 5 — крышка 6 — фторопластовые прокладки 7 - опорная плита, 8 — опора
9 — зуб, ю — ограничители линейных перемещений, 11— скользящий уплотнитель
260
По сравнению с традиционными стальными опорными частями
масса стаканных меньше в 8—10 раз, а высота в 5—8 раз.
Линейные перемещения в этой опорной части обеспечиваются
скольжением полированного листа из нержавеющей стали по фто-
ропластовым прокладкам. Фторопласт размещают в кольцевых
канавках и обрабатывают долговечной смазкой.
В случае больших вертикальных нагрузок применяют комби-
нированные фторопластовые опорные части со стальными баланси-
рами (рис. 15.35). Опорная часть располагается обычно на под-
ферменнике, представляющем собой выступ в виде параллелепипе-
да, монолитно связанный с опорой и армированный сетками нена-
прягаемой арматуры Сеткн усиливают бетон подферменника. Под-
ферменник имеет ровную поверхность для размещения опорной
части, способствует распределению опорной реакции на опору
и должен выступать из-под нижней плиты опорной части в любом
направлении не менее чем на 1о см.
Контрольные вопросы
1 Каковы области применения балочных железобетонных мостов’
2 Каковы особенности конструкции разрезных пролетных строений с нена-
прягаемой арматурой’
3 Каковы особенности конструкции разрезных пролетных строений с напря-
гаемой арматурой’
4 Каковы особенности конструкции температурно-неразрезиых пролетных
строений’
5 Каковы особенности конструкции неразрезных н консольных пролетных
строений’
6 Каковы особенности конструкции пролетных строений со сквозными глав-
ными фермами’
7 Каковы виды и особенности конструкции опорных частей пролетных строе-
нии железобетонных мостов’
Глава 16
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОЧНЫХ МОСТОВ
16.1. Предпосылки и методы расчета
Целью расчета и конструирования железобетонных пролетных
строений является обоснование оптимальных размеров элементов
пролетного строения с учетом обеспечения их прочности, трещи-
ностойкости, жесткости и рационального использования в них бе-
тона, напрягаемой и ненапрягаемой арматуры.
Расчет и конструирование элементов пролетных строений со-
стоят из следующих этапов назначения размеров, определения
261
усилий в элементе, проверки его прочности, трещиностойкости,
жесткости и корректировки его размеров.
Усилия в элементах определяют методами строительной меха-
ники на основе принимаемых расчетных схем с учетом конструк-
тивного решения и особенностей монтажа. С целью упрощения
расчетов допускается производить их в предположении упругой
работы материала. Для статически неопределимых элементов уси-
лия желательно определять с учетом ползучести и трещинообразо-
вания в бетоне. Однако это возможно лишь с применением ЭВМ
Существует много различных способов и методов, позволяю-
щих с различной степенью точности определять усилия в элемен-
тах пролетного строения. Простейшие из них ориентированы на
ручные методы или применение калькуляторов, более сложные —
на применение ЭВМ. Необходимо иметь в виду, что самые слож-
ные из них лишь приближенно отражают истинную картину усилий
б элементах конструкции; они нс позволяют точно предсказать
усилия в элементах в связи с тем, что многие факторы, от которых
зависят усилия, статистически изменчивы. Сравнительно точно
можно предсказать лишь возможный диапазон значений, в преде-
лах которого будет находиться истинное значение усилия. В связи
с этим на первоначальном этапе обучения и становления инжене-
ра целесообразно освоить простейшие способы расчета, позволяю-
щие при небольших затратах труда определить усилия с приемле-
мой для практики точностью и прочувствовать работу элементов,
технологию расчета и физический смысл каждого его шага.
Ниже будут приведены в основном такие способы расчета.
Более строгие методы приводятся в полных курсах проектирова-
ния железобетонных мостов. С ними можно ознакомиться по мере
необходимости в процессе практической работы. Проектные орга-
низации обычно имеют библиотеку программ для выполнения бо-
лее строгих расчетов с применением современных ЭВМ.
Проверку прочности сечений элементов производят по первому
предельному состоянию в соответствии с третьей стадией напря-
женно-деформированного их состояния.
Предельные усилия в сечениях определяют исходя из следую-
щих допущений:
сопротивление бетона при растяжении принимают равным
нулю;
сопротивление бетона сжатию условно считают равным Rb
и равномерно распределенным в пределах условной сжатой зоны х
бетона;
растягивающие напряжения в арматуре ограничиваются рас-
четными сопротивлениям'и растяжению в ненапрягаемой Rs и на-
прягаемой Rp арматуре;
сжимающие напряжения в ненапрягаемой арматуре ограничи-
ваются расчетными сопротивлениями сжатию Rsc, а в напрягае-
262
мой — наибольшими сжимающими напряжениями стрс, принимае-
мыми по условию предельного сжатия бетона не более 500 МПа
Расчеты трещиностойкости элементов предусматривают про-
верки образования, раскрытия и закрытия трещин. Они относятся
к расчетам по второй группе предельных состояний и основаны
на рассмотрении I и II стадий напряженно-деформированного со-
стояния элементов.
Расчеты жесткости производят с целью предотвращения боль-
ших общих деформаций пролетных строений под проходящей вре-
менной нагрузкой.
. В процессе выполнения рассмотренных выше проверок выявля-
ется возможность уменьшения или необходимость увеличения пред-
варительно принятых размеров сечения, диаметров стержней ар-
матуры, шага их расстановки и т. д. На этом основании произво-
дят корректировку размеров на следующем шаге последователь-
ного приближения к оптимальным размерам.
При расчете и конструировании пролетного строения с приме-
нением ЭВМ можно определять усилия и корректировать размеры
сразу для всех элементов пролетного строения и в ходе последо-
вательного приближения быстро получать оптимальные размеры
этих элементов.
При ручных расчетах традиционной является такая последо-
вательность рассмотрения элементов- плита проезжей части, про-
дольные и поперечные балки, главные балки или фермы. При та-
кой последовательности в процессе расчета и конструирования
постепенно накапливаются данные, необходимые для последующих
стадий расчета.
16.2. Определение усилий в плите проезжей части
Плита проезжей части находится в сложном напряженном
состоянии. В составе главных балок она работает на сжатие в про-
дольном направлении от общего действия нагрузки, составляя
сжатую зону балок. Кроме того, плита проезжей части работает
в поперечном направлении, воспринимая местное действие времен-
ной нагрузки и принимая участие (в бездиафрагменных пролет-
ных строениях) в распределении нагрузки между главными бал-
ками. Изгибающие моменты и поперечные силы в плите, возникаю-
щие при ее работе в поперечном направлении, определяют коли-
чество ее рабочей арматуры. Толщину плиты принимают обычно
15 см.
Расчетная схема плиты зависит от способа объединения плит
В бездиафрагменных пролетных строениях, где плиты соседних .
балок жестко объединены, плиту следует рассматривать как мно-
гопролетную балочную систему на упруго оседающих опорах.
263
В пролетных строениях с диафрагмами, где плиты соседних балок
не объединены, плиты следует рассматривать как консольные.
В поперечном направлении плиту рассчитывают на постоянные
и временные нагрузка. Постоянная нагрузка слагается из веса
самой плиты, выравнивающего, изоляционного и защитного слоев,
а также покрытая проезжей части. В качестве временных нагру-
зок рассматривают нагрузки от автотранспортных средств в виде
полос АК с осевой нагрузкой Р и равномерно распределенной
нагрузкой интенсивности v, а также от тяжелых одиночных колес-
ных и гусеничных нагрузок. Максимальные моменты в плите
возникают обычно от колесных нагрузок.
Следует иметь в виду, что усилие Р от колеса, действующее
на поверхность покрытия по прямоугольной площадке с условными
размерами а2 и Ь2 (рис. 16.1), распределяется покрытием и дру-
гими слоями, расположенными по плите проезжей части, примерно
под углом 45°. На уровне поверхности железобетонной плиты ено
действует уже на площадку со сторонами
6х=г>2+2Я и ai^4.4+2H, (16.1)
где Н — толщина всех слоев одежды ездового полотна.
Экспериментальными исследованиями установлено, что в рабо-
ту на изгиб включается участок плиты, ширина которого больше
Рис. 16 1. Схема для определения
изгибающего момента в плите при
загружеиии ее одним колесом
МншгшнйиНВ
ЕННШНННННЯЯНЯПЯ!
264
Рис. 16.2. Схема загружения плиты
двумя сближенными тележками
Рис 16 3 Схема для определения по-
перечной силы в плите
ширины площадки ш распределения нагрузки поперек пролета
плиты. Расчетную ширину полосы плиты рекомендуется принимать
2
a = aj -1Ь'3, но не менее а =—^~ Ij,, (16.2)
где 1Ь — пролет плиты.
При большом пролете плиты расчетным может оказаться случай
загружения ее двумя сближенными тележками (рис. 16.2). Рабо-
чую ширину плиты в этом случае принимают по наружным гра-
ницам распределения крайних грузов и для двух колес она
составляет
‘2а = а1—d-l-lb/3, (16.3)
где d — расстояние между осями тележек, равное 1,5 м
Ширина распределения нагрузки1 по плите в этом случае
Ь^Ь± + с, (16.4)
где с — минимальное расстояние между колесами соседних тележек, принимае-
мое равным 1,1 м. При расположении колеса у опор плиты усилие распределяет-
ся в перпендикулярном к пролету плиты направлении (рис. 16.3) на ширину
('л=ч1; 2х, но не более a=ai+/b/3. (16.5)
265
При расчете плиты обычно рассматривают ее полосу шириной
1 м. Эту полосу загружают нагрузкой от ее собственного веса
и нагрузкой от АК или НК-80. Изгибающие моменты в плите рас-
считывают по принимаемым расчетным схемам. В плите без-
диафрагменных пролетных строений изгибающие моменты допус-
кается вычислять следующим приближенным способом. Вначале
вычисляют .наибольший изгибающий момент Мо в середине проле-
та плиты как в простой балке на двух шарнирных опорах. Затем
вычисляют изгибающие моменты в пролетах и на опорах нераз-
резной плиты умножением момента Мо на поправочные коэффи-
циенты, учитывающие влияние защемления плиты в ребрах и их
податливости. В связи с тем что плита в бездиафрагменных про-
летных строениях участвует в поперечном распределении нагрузки
между балками, в ней в середине пролета и у опор могут возни-
кать изгибающие моменты обоих знаков. Поправочные коэффи-
ИИРНТЫ возможность вычислять в связи с этим двэ. значения
моментов для середины пролета и для опоры. Плиту необходимо
проверять на моменты обоих знаков.
При учете воздействия одного колеса нагрузки АК значение
Мо вычисляют по формуле
/2
мо = (йпл Т/пл ~ <7виз Т/виз+ </пк Т/пк) „ +
о
2а
\ bi
0 + ц),
xPj / О
(16 6)
где <7пл—собственный вес 1 м2 плиты; qBK3— то же выравнивающего, изо-
ляционного и защитного слоев; qaK— то же покрытия; у/ — коэффициенты надеж-
ности по нагрузке, принимаемые по табл. 8 СНиП 2 05 03-84 [у/Пл = 1,1 (0,9);
рвИ1=1,3 (0,9); у/пк = 1,5 (0,9)]; (1 + ц)—динамический коэффициент для вре-
менной нагрузки, Р — усилие иа ось тележки нагрузки АК; v — интенсивность
распределенной нагрузки АК; у/ — коэффициенты надежности по нагрузке, прини-
маемые по табл. 14 СНиП 2.0503-84 (у/р = 1,5; y^v = l,2); I — расчетный пролет
плиты; а, Ь[ — расчетные размеры распределения нагрузки по плите, вычисляе-
мые по формулам (16.1) и (16.2).
Расчетные значения .изгибающих моментов с учетом поправоч-
ных коэффициентов можно принимать:
в середине пролета М+=О,5Мо; М_=—О,25Мо;
на опорах М+=О,25Мо; М-=—О,8Мо.
Значения Мо для плиты при учете воздействия двух колес
тележки АК или колес НК-80 вычисляют по формулам, аналогич-
ным (16.6), с учетом схемы загружения и наличия равномерно
распределенной нагрузки v.
Максимальное значение поперечной силы в плите вычисляется
как в простой разрезной балке с учетом площадки распределения
нагрузки поперек плиты (см. рис. 16.3):
266
Q — (?пл т/пл +<7виз ТУвиз + <7пк ТУпк) % +
+ (tv/p24J~+М(1 + и)’ (16'7)
где уг — ординаты линий влияния поперечной силы под грузами; а, — рабочая
ширина плиты по формуле (16.5) при расстоянии х, от опоры до груза; <0, —
площади линии влияния поперечной силы под полосовой нагрузкой v.
В консольных плитах изгибающие моменты и поперечные силы
определяют по расчетной схеме (рис. 16.4) с учетом того, что
сосредоточенные усилия от колеса Р/2, приложенные на площадке
со сторонами а2 и Ь2, передаются в корне консоли (с длиной све-
са с) на ширину
а-=а2 [-2Н 4 с;
вдоль консоли на длину bi = b2-}-H.
С учетом схемы нагружения расчетный изгибающий момент
в корне консоли от постоянной и внешней на1рузки лК
с2
М = (</пл ТУпл + ‘/виз У У виз ’9пк ТУпк) % +
' РУ!Р
' 2а Ьг
(16.8)
Расчетное значение поперечной силы в корне консоли
, ( PyfP Vyfv \
Q — (?ПЛ Т/ПЛ + 9виэ т/виз+ ?пк Т/Пк) С 4" I п < + п. с(1+н)- 06 9)
I 2а bi 2bi /
По полученным расчетным значениям усилий подбирают арма-
туру для плиты и затем производят проверку ее прочности и тре-
щиностоикости как прямоуголь-
ного изгибаемого элемента. Реко-
мендуется такая последователь-
ность выполнения этих расчетных
операций:
1. Принимают по данным ана-
логичных конструкций толщину
плиты hf, диаметр рабочей арма-
туры d и толщину защитного
слоя бз.
2. Вычисляют рабочую высоту
плиты
d
й0 = й/-63-—. (16.10)
3. Принимают приближенно
плечо внутренней пары сил
г » 0,925Л0. (16.11)
Рис 16 4. Схема для расчета консоль-
ных плит
267
4. Вычисляют необходимое количество арматуры для середины
пролета и на опоре плиты для верхней и нижней их зон по фор-
муле
м
As=——. (1* 12)
5. Подбирают по таблицам необходимое количество стержней
и производят расстановку их в сечениях в соответствии с рекомен-
дациями, данными в п. 15.2 СНиП 2.05.03-84. Решают вопрос
о переводе части стержней путем их отгиба из одной зоны в дру-
гую.
6. Проверяют несущую способность сечения по изгибающему
моменту
M = Rb bx (h0— 0,5х), (16 13)
7. Производят расчет плиты на прочность при действии попе-
речной силы по формулам (94) и (101) СНиП 2.05 03-84.
8. Производят расчет по раскрытию трещин по формуле (124)
СНиП 2.05.03-84 с учетом того, что плита армируется напрягаемой
арматурой и относится к категории требований по трещиностой-
кости Зв, но для которой допускается раскрытие трещин не более
0,02 см. Если какая-либо из проверок в сечениях плиты не удовле-
творяет требованиям норм, то рекомендуется в них увеличить ко-
личество арматуры.
16.3. Определение усилий в балках
Усилия в главных балках пролетного строения. Изгибающие
моменты М и поперечные силы Q в сечениях главных балок вы-
числяют на стадии проектирования (для обоснования их размеров)
и на стадии эксплуатации моста (для определения их грузоподъем-
ности). Определение усилий производят с учетом совместного дей-
ствия постоянной и временной нагрузок. Различают первую и вто-
рую части постоянной нагрузки. К первой части относят вес несу-
щих элементов пролетного строения (балок, плит), ко второй —
вес мостового полотна, устраиваемого после завершения монтажа
и объединения несущих элементов.
При определении усилий в главных балках пролетных строений
от временной нагрузки используют линии влияния. Для простых
балок их строить легко, для неразрезных балок линии влияния
строят с помощью таблиц, в которых даны их ординаты для ха-
рактерных сечений. Пролет балки при этом обычно делят на
шесть—восемь интервалов. Полученные линии влияния загружают
268
временной нагрузкой три раза: два раза нагрузкой АК и один —
одиночной колесной или гусеничной нагрузкой. Двукратное загру-
жение нагрузкой АК должно соответствовать двум случаям ее
воздействия, предусмотренным п. 2.12 СНиП 2.05.03-84.
Первый случай предусматривает невыгодное размещение на
проезжей части расчетного числа полос нагрузки АК вместе
с нагрузкой от толпы на тротуарах, второй — невыгодное размеще-
ние на ездовом полотне двух полос этой нагрузки (одной на одно-
полосных мостах) при незагруженных тротуарах. При этом оси
крайних полос нагрузки АК должны быть расположены не ближе
1,5 м от кромки проезжей части — в первом и от ограждения
ездового полотна — во втором случае. Расстояния между осями
смежных полос нагрузки АК должны быть не менее 3 м
Усилия от временной нагрузки в сечениях главных балок про-
летных строений определяют с учетом их пространственной рабо-
-TIT ( Г» X Я & Q О \ П П ГТ ПО ОТТЛФО ТТПП ТЛТТП TV Г»'Т’Г\Г»/ЧТТТ7Т» ХТЛЛ Т1 тгт tv
ил J [juvtciu njjwncinuiA cipuviiriii Л V VH V JU U V 1 V11П1Л Л
мостов применяют также методы, разработанные докторами техн,
наук Б. Е. Улицким, А. В. Александровым, М. Е. Гибшманом
и кандидатами техн, наук В. Г. Донченко, Л. В. Семенцом,
Н. П. Лукиным.
Усилия от постоянной нагрузки в сечениях разрезных и кон-
сольных балок получают загружением всей длины линии влияния
первой и второй частью постоянной нагрузки. В сечениях нераз-
резных балок усилия от первой части постоянной нагрузки опре-
деляют с учетом последовательности монтажа и их конструктив-
ного решения по расчетным схемам, принимаемым для момента
передачи нагрузки. Усилия в них от второй части постоянной на-
грузки определяют по линиям влияния.
Для проектирования главных балок железобетонных пролет-
ных строений необходимы огибающие эпюры положительных
(максимальных) и отрицательных (минимальных) значений изги-
бающих моментов М и перерезывающих сил Q (рис. 16.5). Их
строят по данным вычисления значений М и Q в нескольких сече-
ниях балки при наиболее невыгодном для этих сечений расположе-
нии временных нагрузок. Для балок разрезных и температурно-
неразрезных пролетных строений строят огибающие эпюры только
максимальных значений М (рис. 16.5, а). Максимальное и мини-
мальное значения усилий для неразрезных балок получают на
основе загружения временной нагрузкой отдельно каждого из
однозначных участков линий влияния, загружая при этом второй
частью постоянной нагрузки всю линию влияния.
На рис. 16.5, б приведена огибающая эпюра изгибающих мо-
ментов для неразрезной двухпролетной балки. Она имеет участ-
ки I, на которых возникают только положительные моменты,
участок II — только отрицательные моменты и участки III, на ко-
торых возникают моменты обоих знаков. В соответствии с этой
эпюрой на участках I ставят рабочую арматуру в нижней зоне,
269
Рис 16 5 Огибающие эпюры Л1 и Q для разрезной и неразрезной балок
на II — в верхней зоне, на III — в верхней и нижней зонах.
Общие выражения для изгибающего момента и перерезываю-
щей силы в любом сечении, определяемых с помощью линии влия-
ния, при расчете на АК имеют вид:
М)
q j (чин ТДп,Чвиз Т/втА 7Yfc) <J)!- Чт Y/т Лт wi А
- yA + vv?vnv(1+ll) Wi (16 151
и при расчете на НК-80
М
Q
— (°пк Y/пк-г ЧвпзТУвиз 4-ЧТ/у) w J Pyfpric (1 + ll) Sy,
(16 16)
где <в — суммарная площадь положительных н отрицательных участков линии
влияния; «1, (о2 — площади положительных и отрицательных участков линии влия-
ния; (/„к — нагрузка на 1 м балкн от веса покрытия; уВи)— то же от выравниваю-
щего, изоляционного н защитного слоев; q — то же от собственного веса балки
вместе с плитой, у' — коэффициенты надежности по соответствующим видам на-
грузок; (1 + р) — динамический коэффициент для автомобильной нлн спецнагрузки;
Р — усилия на ось нагрузки НК-80; Рт — усилия на ось тележки АК, т) — коэф-
фициенты поперечной установки полос автомобильной нагрузки, тележек, нагруз-
ки НК-80 н тротуарной нагрузки, вычисленные путем загружения линии влияния
давления на рассматриваемую балку н принимаемые по одному из рассмотренных
выше способов
На рис. 16.6 приведены схемы для определения tj при первом
случае воздействия АК (рис. 16.6, а) и для НК-80 (рис. 16.6, б).
В соответствии с этими схемами
Т)р — о > 5 (щ + у2 + Уз + у4 + у5 + Ув + Д?);
T)v — 0’5 [У1 + Уг + 0,6(Уз+ УтгУб—У(Н У?)]:
1)т = 0,5 (Уа + уь) с; Т)с = о,5 (ус1 + усг).
(16 17)
270
Нагрузка принята только на одном тротуаре, так как загруже-
ние другого тротуара способствовало бы уменьшению расчетного
силового фактора для рассматриваемой балки.
Неразрез1ные балки переменной высоты с отношением момен-
тов инерции на опоре и в пролете более 2 : 1 рассчитывают с уче-
том изменения момента инерции. При отношении моментов инер-
ции менее 2: 1 в пределах изменения высоты балок вычисляют
приведенную поперечную силу по формуле
М
Qp^Q^—tga, (16 1«)
п
где Q — расчетное значение поперечной силы в сечении; М — изгибающий
момент в том же сеченнн; h — рабочая высота балки; а —угол наклона вута или
касательной к очертанию балкн к горизонту.
Знак (4-1 беоут в случае сети высота 6я т» уменьшается в на-
правлении возрастания абсолютного значения изгибающего момен-
та, а знак (—) —если возрастает.
Усилия в поперечных балках. Поперечные балки (диафрагмы)
могут испытывать значительные усилия, так как они принимают
Рис 16 6 Схема загружения для вычисления коэффициента поперечной установки
271
участие в поперечном распределении нагрузки между главными
балками и воспринимают местное действие нагрузки.
Изгибающие моменты и поперечные силы в них определяют по
соответствующим линиям влияния, для построения которых ис-
пользуют линии влияния реакций главных балок.
Ординаты линии влияния усилий в любом сечении г поперечной
балки можно вычислить по формулам:
при грузе Р=1 справа от сечения
Q, —27?глев> Mr— — xr
(16 19)
при грузе Р = 1 слева от сечения
(а. \
— Xrl—(х—хг),
(16 19а)
где х и хг — координаты груза и сечения относительно оси пролетного строе-
ния, а,—расстояние между прогонами, /?, лев—реакции балок, расположенных
ieeee от сечения
На рнс. 16 7 приведены линии влияния давления /? иа главные
балки и линии влияния М и Q для нескольких сечений диафрагмы
сборного пролетного строения с шестью главными балками. Они
построены с использованием способа внецентренного сжатия.
Рис 16 7 Линии влияния R, М и Q для
поперечных балок
272
Для вычисления усилия от
общего действия нагрузки ли-
нии влияния загружают си-
лами
Р — р Ij И (fa — рI j
где р—равномерно распределен-
ная нагрузка от автомобилей, рт —
то же от толпы, 1\ — расстояния ме-
жду поперечными балками
Полученные усилия необ-
ходимо суммировать с усилия-
ми от местного действия на-
грузки
Усилия в балках проезжей
части (поперечных и продоль-
ных) от местного действия на-
грузки можно определять при-
ближенно, как в многопролет-
ных неразрезных балках
Наибольшие и наименьшие
расчетные изгибающие момен-
ты в середине одного из сред-
них пролетов многопролетной
Рис 16 8 Эпюра М в балках проезжей части
балки (рис. 16.8) могут быть приближенно определены по
формулам:
Мтах==0'05 (<?пк'П/пк+ ЧвизУ/виз + ?У/§) Ч П + И) 'И<й 1 ^jg gg)
Мщ1п ~ 0.045 (?цк+<7ви Ч) Ч 0,3 (1 -|- р.) М о, )
где </пк—постоянные нагрузки на 1 м балкн от веса покрытия проезжен час-
ти, q — то же от ее собственного веса с учетом плиты, Мо — изгибающий момент
в балке от временной нагрузки, полученный как для разрезной балки
Расчетные изгибающие моменты на промежуточных опорах
балки определяются по формулам:
Mtriax=—0,08 (<?пк У/пк+<7виз 7; виз_Г<7У/ч)^1 0,9 (1-Рц)Л4о,
^min= 0,072 (Ч/пв У/Дк + Чвиз У/ виз-р ЧУ/q) Ч т0,2 (1-р р.)/И0.
По полученным усилиям подбирают сечения балок проезжей
части.
В заключение отметим, что основное внимание здесь было уде-
лено приближенным методам определения расчетных силовых
факторов для балок пролетного строения. Такими методами по-
лезно овладеть на начальном этапе обучения, чтобы лучше про-
чувствовать работу элементов пролетного строения. Эти методы
могут быть также полезны при эскизном проектировании. При
реальном проектировании и на этапе дипломного проектирования
целесообразно пользоваться ЭВМ.
16.4. Расчет балок на прочность по нормальным сечениям
Задача расчета состоит в обосновании формы и размеров по-
перечного сечения балок, площади арматуры и ее размещения
в поперечном сечении. Обычно форму и основные размеры попе-
речного сечения балки — высоту балки, толщину и ширину плиты,
273
толщину стенки — назначают на основе анализа проектов анало-
гичных конструкций. При этом ширина bf плиты, вводимая
в расчет, должна удовлетворять условиям:
bf^. 12Л/+2с+6с, bf^b0, (16.22)
где hf — толщина плиты; с — ширина вута, если ои имеет уклон 1 :3 и более;
Ьс — толщина стенки; Ьо — расстояние в осях между соседними балками
При переменной толщине плиты, а также при вуте с уклоном
менее 1 : 3 в первой формуле (16.22) с=0, а толщина плиты при-
нимается с учетом площади плиты и вутов.
Расчет сечения в этих условиях сводится к проверке правиль-
ности принятых размеров и определению необходимой площади
рабочей арматуры. Уточняются также размеры и формы пояса,
в котором размещается арматура, с учетом соблюдения расстоя-
ний между пучками, стержнями арматуры и размеров защит-
КОГО СЛОЯ.
Необходимую площадь рабочей арматуры Ар предварительно
определяют из условия, что расчетный изгибающий момент от
внешних сил М будет воспринят парой сил на плече z
M = RpArz = RpAp(hB-0,5hf), (16.23)
где RP расчетное сопротивление арматуры; hB — рабочая высота балки;
hf — толщина плиты.
При этом предполагается, что толщина сжатой зоны х будет
примерно равна толщине плиты hf.
Из (16.23) получаем:
(16.24)
А м
р Rp (he-0,5hf) '
По найденному значению Ар определяют необходимое число
арматурных пучков или стержней и размещают их в нижнем поясе
с соблюдением норм на размер защитного слоя бетона и на рас-
стояния в свету между арматурными элементами. После этого
проверяют подобранное сечение на прочность.
В общем случае прочность сечения с вертикальной осью сим-
метрии, напрягаемой нижней Ар и верхней Ар, ненапрягаемой
нижней As и верхней A's арматурой проверяют сопоставлением
момента внешних сил с моментом всех предельных усилий в бетоне
и арматуре сечения относительно центра тяжести напрягаемой
арматуры. Условия прочности сечения по изгибающему моменту
имеют вид (рис. 16.9):
1) для случая, когда x^hj (рис. 16.9, а, в),
М Rf, Ь^ х (hB—0,5х) + Rsc А ’ (hB <zs) Орс Ap(hB &р), (16.25)
Rp Ар— Rsc — аРс A'p + Rs А,
где х =---------------------------
274
Рис 16 9 Расчетная схема внутренних сил при расчетах на изгиб сечения, нор-
мального к продольной оси элемента
2) для случая, когда x>h; (рис. 16.9, б, в),
M^Rbbx (h0— 0,5х) -f-Rb (b'f— b) h'^ (k0 — 0,5Л^-|-
+ RsC (^01 as)"b &PC Ap (Л0 ap),
Rp A p Rsc As ° Pc Ap Rb (6^ 6) Л f -|- /?s /1S
(16.26)
2?b — расчетное сопротивление бетона сжатию; <трс—напряже-
ние в верхней предиапряженной арматуре.
Высота сжатой зоны х определена из равенства нулю проекций
всех усилий в сечении на ось элемента (см. рис. 16.9, в).
Относительная высота сжатой зоны ^=x/h0 не должна превы-
шать предельного значения t,y, при котором предельное состояние
бетона сжатой зоны наступает не ранее достижения в растянутой
арматуре напряжения, равного расчетному сопротивлению Rs
или Rp.
Значение t,y определяют по формуле
(16.27)
где <о=0,85—0,0087?ь; Ci=R, — для ненапрягаемой арматуры; О1=ЯГ+
+ 500—ар — для напрягаемой арматуры; аг — предельное напряжение в арма-
туре сжатой зоны, равное 500 МПа; ар — величина предварительного напряже-
нии в арматуре с учетом первых и вторых потерь.
Значения Rb, Gi, и ар принимают в МПА.
16.5. Расчет балок на прочность по наклонным сечениям
Усилия в наклонных сечениях. Прочность наклонных сечений
рассчитывают из условия, чтобы усилия от внешних нагрузок,
действующие в сечении, были меньше внутренних предельных уси-
лий в этом же сечении или равны им.
275
Рис. 16 10. Расчетная схема усилий
на бетонную полосу между наклон-
ными трещинами
От внешних нагрузок в на-
клонном сечении балки могут
действовать поперечная сила, из-
гибающий момент, а также кру-
тящий момент. Усилия в наклон-
ном сечении определяют как
соответствующие равнодействую-
щие всех внешних сил, располо-
женных по одну сторону от рас-
сматриваемого наклонного сече-
ния.
Внутренние усилия, действую-
щие в сечении, включают усилия
в бетоне над наклонной трещиной, усилия в арматуре, пересекаю-
щей наклонную трещину, и силы зацепления в наклонной трещине.
Нормы проектирования мостовых конструкций предусматрива-
ют производить расчет прочности наклонных сечений балок про-
летных строений на действие поперечной силы между наклонными
трещинами и по наклонной трещине, а также на действие изги-
бающего момента по наклонной трещине.
Расчет на действие поперечной силы между наклонными тре-
щинами. Несущая способность балки может быть исчерпана в ре-
зультате разрушения бетона в пределах стенки между наклонными
трещинами (рис. 16.10). Этот бетон находится в условиях плос-
кого напряженного состояния, испытывая действие наклонных сжи-
мающих сил вдоль бетонной полосы и растягивающих усилий от
поперечной арматуры. Разрушение бетона в этом случае происхо-
дит при достижении главными сжимающими напряжениями пре-
дельных сжимающих напряжений, зависящих от сопротивления
бетона сжатию Яъ, растяжению Rbt и главных растягивающих на-
пряжений, действующих в бетоне.
Поскольку пока не разработана методика прямой оценки на-
пряженного состояния в этом бетоне, для оценки прочности его
используется эмпирическая формула
Q — 0,<pbi Rb bha.
(16 28)
Расчетное сопротивление сжатию Яъ учитывает основное влия-
ние бетона на его разрушение в этом случае. Однако на проч-
ность бетона при плоском напряженном состоянии влияет и сопро-
тивление бетона растяжению, рост которого с ростом прочности
бетона отстает от роста сопротивления Яъ- Это обстоятельство
учитывается коэффициентом
<рЬ1=1-0,01/?ь, (16.29)
где Rb принимают в МПА.
276
Коэффициент <pwi учитывает вид и интенсивность армирования
хомутами и вычисляется по формуле
Hu?» (16.30)
где г] = 5 — при хомутах, нормальных к продольной оси элемента; т) = 10 —
то же наклонных под углом 45°; — отношение модулей упругости арматуры и
бетона;
Pit = ^sw/^sir> (16.31)
4Sw — площадь сечения ветвей хомутов, расположенных в одной плоскости;
sw — расстояние между хомутами по нормали к ним; Ь — толщина стенки.
Расчет на действие поперечной силы по наклонной трещине
производят по наклонным сечениям, проходящим около опоры,
в местах изменения толщины стенки, в местах изменения шага или
диаметра хомутов.
Условие прочности сечения на действие расчетной поперечной
-----Г> 1С 1 1 \.
LHv'JDl lu.llp
Q^Qx+Qo-rQb, (16.32)
где Qx — сумма усилий в вертикальных хомутах, находящихся в сечении;
Qo — сумма проекций усилий в наклонной арматуре на вертикальную ось;
Qi, — поперечное усилие, передаваемое на бетон сжатой зоны у края наклонного
сечения, определяемое по формуле
2Rht bhl
Qb =---—2-, (16.33)
С
где с — длина проекции невыгоднейшего сечения на продольную ось элемента
Значение передаваемой на бетон силы ограничивается для ба-
лок величиной
Qb<0,5Q. (16.34)
Длина с устанавливается методом попыток, при этом углы
наклона к горизонтали принимают при ненапрягаемой арматуре
Рнс. 16.11. Схема усилий в сеченнн, наклонном к продольной осн железобетонного
элемента, прн расчете его на действие поперечной силы
277
Рис lb.12. Схема усилий в сечеиии, наклонном к продольной оси железобетонного
элемента, при расчете его на действие изгибающего момента
Расчет на действие изгибающего момента по наклонной трещи-
не производят из условия (рис. 16.12):
для элементов с ненапрягаемой арматурой
М /1S zs-|- SPs AkW zswA~ %RS ^si ?i> (16.35)
для элементов с напрягаемой арматурой при наличии ненапря-
гаемых хомутов
/И Rp А р Zp SPр А pw 2ри + SPs Л8!г zsu 7,RP Apt Zpi, (16.36)
где М — расчетный изгибающий момент от внешних нагрузок, г — плечо со-
ответствующего усилия в напрягаемой или ненапрягаемой арматуре относительно
точки приложения равнодействующей Nb в сжатой зоне бетона в сечении, для
которого определен М.
Прочность наклонных сечений по изгибающему моменту прове-
ряют только в случаях, когда она может оказаться меньше проч-
ности нормальных сечений: в наклонных сечениях, начинающихся
у мест обрыва значительной части напрягаемой арматуры, где
арматура освобождена от сцепления с бетоном.
16.6. Проверка трещиностойкости балок
Категории требований по трещиностойкости элементов. В про-
летных строениях железобетонных мостов при воздействии нагру-
зок могут появляться трещины. Их долговременное раскрытие
может привести к коррозии арматуры и потере несущей способ-
ности пролетного строения. Расчеты на трещиностойкость имеют
целью предотвратить опасное образование трещин и обеспечение
278
коррозионной стойкости арматуры и долговечности пролетного
строения.
Трещины в бетоне появляются при определенных значениях
растягивающих, сжимающих, а также главных растягивающих
и главных сжимающих напряжений. Растягивающие напряжения
могут вызывать в растянутом поясе балки трещины, перпендику-
лярные оси балки, так называемые поперечные трещины. Сжимаю-
щие напряжения могут вызывать в сжатом поясе продольные
трещины, подобные тем, которые возникают при осевом сжатии
кубиков, если устранить влияние сил трения смазкой контактных
поверхностей. Главные напряжения при совместном действии вы-
зывают наклонные трещины в стенках балок.
Расчетами на трещиностойкость предусматривается контроль
образования трещин, их размера и закрытия. Расчеты относятся
к расчетам по второй группе предельных состояний и поэтому
для стадии изготовления, транспортировки, возведения и эксплуа
тации сооружения.
Различают три категории требований по трещиностойкости,
которым должны удовлетворять элементы мостов в зависимости
от их назначения и вида армирования.
Категория 1. В элементах конструкций не допускаются растя-
гивающие напряжения, что обеспечивает их полную трещиностой-
кость. Этой категории требований должны удовлетворять состав-
ные по длине предварительно напряженные пролетные строения,
в клеевых стыках которых растягивающие напряжения не допус-
каются.
Категория 2. Включает две их разновидности: 2а и 26. В эле-
ментах конструкций, удовлетворяющих требованиям категории 2а,
не допускаются трещины, растягивающие напряжения в бетоне
ограничиваются значением 0,4Rbt, ser- Этой категории должны удов-
летворять элементы пролетных строений автодорожных и город-
ских мостов, кроме стенок балок, армированные напрягаемой про-
волокой диаметром 3 мм, арматурными канатами класса К-7
диаметром 9 мм.
В элементах конструкций, соответствующих требованиям кате-
гории 26, допускаются растягивающие напряжения до 1,4Rt>t, ser,
а также трещины с шириной раскрытия до 0,15 мм при условии,
что они закрываются при отсутствии временной нагрузки. Этой
категории должны удовлетворять те же элементы, что и для кате-
гории 2а, но армированные проволокой диаметром 4 мм и более
и канатами диаметром 12 и 15 мм.
Категория 3. Включает три их разновидности: За, 36 и Зв.
К элементам конструкций, удовлетворяющих требованиям катего-
рии За, относятся стенки (ребра) балок предварительно напря-
женных пролетных строений. В них ограничиваются главные рас-
279
тягивающие напряжения и допускаются трещины с шириной рас-
крытия до 0,15 мм.
Элементы автодорожных и городских мостов, армированные
напрягаемой стержневой арматурой, относятся к категории 36,
а ненапрягаемой — к категории Зв требований по трещиностой-
кости. Растягивающие напряжения в бетоне для них не контроли-
руются, ширина раскрытия трещин ограничивается 0,2 мм для ка-
тегории 36 и 0,3 мм для категории Зв.
Расчеты на образование и на закрытие трещин. На стадии
после создания предварительных напряжений ограничиваются мак-
симальные сжимающие напряжения ст/,,. (для предотвращения
образования продольных трещин, которые очень опасны для арма-
туры и поэтому недопустимы) и растягивающие напряжения (для
предотвращения образования поперечных трещин).
Напряжения вычисляют с учетом работы сечений в упругой
стадии пгу формулам:
^01
стье= ——
^red
Vqi еУс Мд Ус
I red
%Ь,т<ч\
^bt =
'Vol
.4 red
Vqi eyt
I red
Mg yt
Ired
(16 37)
(16 38)
где .Voi — равнодействующая снл предварительного напряжения с учетом
первичных потерь и допускаемой технологической перетяжки; Mq — изгибающий
момент, создаваемый собственным весом балки в момент создания натяжения;
е — эксцентриситет приложения усилия предварительного натяжения относитель-
но центра тяжести сечения, Лгеа, /red — приведенные площадь н момент инерции
сечения; yt, у? — удаление растянутых н сжатых фнбр сечення от нейтральной
оси; т — коэффициент, принимаемый равным 0,4 для категории трещиностойко-
сти 2а и 1,4 для 26
Проверку по формулам (16.37) и (16.38) для разрезных балок
выполняют для приопорных сечений, где влияние Мч ничтожно
и появление продольных и поперечных трещин наиболее вероятно.
В этих и последующих формулах знаки слагаемых приняты из
условия, что знак вычисляемого напряжения (растягивающего или
сжимающего) положительный.
На стадии эксплуатации ограничиваются сжимающие напряже-
ния в верхних фибрах для предотвращения продольных трещин
и растягивающие напряжения в нижиих фибрах для предотвраще-
ния поперечных трещин по формулам:
®Ъс —
(Jbt —
No N° еус Мр+q ус <
^red ^red ^red
Nq I Noeyt Mp+q yt
.4 red Л ed 7red
&/,зег»
(16 39)
(16.40)
где Vo — равнодействующая сил предварительного напряжения с учетом
всех потерь; Mp+q — суммарный изгибающий момент, создаваемый нормативны-
ми постоянной и временной нагрузками.
280
Расчет на закрытие поперечных трещин в нижних фибрах бал-
ки в стадии эксплуатации производится по формуле
•'о
°Ьс~ А а
N^eyc МдУе
/red I red
(16.41)
где Mq — изгибающий момент от нормативной постоянной нагрузки.
Проверку по формулам (16.39) —(16.41) для разрезных балок
выполняют для сечения в середине пролета, а для неразрезных
балок — для каждого расчетного сечения, в котором возможно
появление трещин.
Расчет на образование наклонных трещин
сводится к ограничению главных сжимающих и главных растяги-
вающих напряжений по формулам:
abmt С ₽^b/,ser.
(16.42)
(16 43)
Значение р принимают
тс
в зависимости от отношения ------:
Rb,mc2
₽..............................
<?b, тс
Къ,тс2
0,85 0,53
<0,52 >0,8
Для промежуточных значений отношений сц>, mJRb, тег значе-
ния р находят интерполяцией.
Значения главных сжимающих и главных растягивающих на-
пряжений вычисляют по формуле
1 1 ----------------------------
Ob.mt = — (obx-\-(sbv) ± — У(аьх—ОЬ»)2-г4т^ (16 44)
где вьх, <Уьц, Ть — нормальные и касательные напряжения в рассматривае-
мой точке.
Расчет по раскрытию поперечных и наклон-
ных трещин в элементах, проектируемых по категориям требо-
ваний по трещиностойкости 26, За, 36 и Зв, производят по формуле
(рис. 16.13)
Ссг — Ч Лег ,
(16.45)
где а — растя! иваюшее напряжение, равное для ненапрягаемой арматуры
напряжению а„ в крайних стержнях, для напрягаемой — приращению напряже-
ний Дар после погашения обжатия бетона; Е — модуль упругости арматуры;
Ф — коэффнпиент раскрытия трещин.
281
Рис 16 13 Схема для расчета на раскрытие трещин
Значения <т5 и Д<тр вычисляют по формулам:
М (h — х— аи)
as =-------------
/1S г (h— х—а)
. abt At
=,
(16 46)
(16 47)
где Af — изгибающий момент в сечении от постоянной и временной норма-
тивных нагрузок; х, z — высота сжатой зоны и плечо внутренней пары; аи,
а — расстояние от крайнего ряда арматуры и от центра тяжести арматуры до
наиболее растянутой грани сечения; cbt — растягивающие напряжения в бетоне
на уровне центра тяжести площади сечения всей растянутой зоны бетона,
4( — площадь растянутой зоны бетона; А? — площадь сечения преднапряжеи-
иой арматуры
Коэффициент раскрытия трещин принимают в зависимости от
радиуса армирования по СНиП 2.05.03-84 (пп. 3.109 и 3.110).
16.7. Определение деформаций балочных пролетных строений
Расчет имеет целью ограничить возникновение значительных
прогибов и углов поворота под действием временной нагрузки.
Для автодорожных мостов максимальные прогибы от временной
нагрузки должны удовлетворять условию
Лпах (16 48)
/тах^- 400
В общем случае прогибы вычисляют по формулам, разбивая
конструкцию на участки с постоянными М(х) и —:
/=2Л4 (х) — (х) Дх; (16.49)
Р
где Л7(х) — значение изгибающего момента в сечении х от силы Р=1, уста-
новленной в точке, где определяют прогиб; — (х) — кривизна оси в сечении х;
282
&х — длина участка с условно постоянными Л?(х) и — ; Л1Р, MQ, Mv—изги-
бающие моменты в сечении х от усилия преднапряження, постоянной н времен-
ной нагрузок; Вр,В*,В — жесткости на участке х прн действии преднапря-
ження, постоянной н временной нагрузок, определяемых в соответствии с прило-
жением 13 СНнП 2.05.03-84.
Для разрезных балок
5 М1г
48 0,85£ь /геа ’
(16 51)
где М — изгибающий момент в середине пролета от действия нормативной
временной нагрузки.
Изгибающие моменты от предварительного натяжения армату-
ры вычисляют исходя из напряжений в арматуре, соответствующих
окончанию обжатия бетона, чя вычетом первых потерь.
Контрольные вопросы
1. Каковы особенности расчета плиты проезжей части железобетонных мо-
стов?
2. Каковы способы определения усилий в балках пролетных строений?
3. Каковы особенности расчета главных балок пролетных строений на проч-
ность?
4. Каковы особенности расчета главных балок пролетных строений на тре-
щиностойкость?
Глава 17
ТРАНСПОРТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ В ГОРОДАХ
И НА ПЕРЕСЕЧЕНИЯХ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ
17.1. Виды городских транспортных сооружений
Искусственные сооружения, обеспечивающие беспрепятствен-
ное движение транспортных средств и пешеходов в городах, можно
подразделить на три основные гпуппы:
пересекающие естественные препятствия местности (мосты и
виадуки);
предназначенные для улучшения условий движения транспорт-
ных средств и пешеходов (эстакады и путепроводы);
служащие в качестве стоянок вертолетов или автомобилей.
Эстакады по расположению в плане различают прямолиней-
ные, криволинейные, разветвляющиеся, кольцевые и спиральные.
По количеству уровней движения они разделяются на одноярусные
и многоярусные.
283
Сложные транспортные пересечения являются примерами мно-
гоярусных эстакад. Они применяются в городах со сложной улич-
ной сетью и на подходах к крупным мостам (рис. 17.1).
В тех случаях, когда существующие улицы не обеспечивают
пропускную способность, вдоль них устраивают эстакады с одним
или несколькими уровнями движения. В условиях городской за-
стройки это — практически единственный способ увеличения ин-
тенсивности движения. При организации движения транспорта
вдоль городских набережных увеличение их пропускной способно-
сти достигается сооружением эстакад в пределах русла рек. В ря-
де случаев возникает необходимость пропуска больших транспорт-
ных потоков в определенном направлении, не совпадающем
с имеющейся сетью улиц. Тогда возможен вынос движения на эста-
каду, проходящую над городскими строениями в избранном на-
правлении. Эта эстакада может быть транзитной или иметь от-
пртппрнич для связи с улицзми псрссйкзймого рзйоиз.
Необходимость в возведении эстакад возникает у аэропортов,
крупных гостиниц, стадионов, в речных и морских портах. Эстака-
ды в таких местах должны соответствовать их общему архитек-
турному' облику и поэтому часто имеют достаточно сложную
форму.
Рис 17 1 Сложное транспортное пересечение на подходе к крупному мосту
284
Рис 17 2 Подпорная стена
1 — парапет ’ — тротуар J — проезжая
Рис 17 3 Эстакада монорельсовой до
(>ОГИ
1 — опора 2 — монорельс, 3 — eai эн
В городах, расположенных в сильно пересеченной или гористой
местности, возможно устройство эстакад вдоль склонов
К сооружениям второй группы можно отнести и подпорные сте-
ны городских набережных (рис 17.2), так как они обеспечивают
проезд вдоль рек, играя одновременно роль регуляционных соору-
жений реки и элементов архитектурного ансамбля города Ко вто-
рой группе городских транспортных сооружений следует отнести
и эстакады монорельсовых дорог, по которым перемещаются ваго-
ны с пассажирами (рис. 17.3).
Обилие автомобилей в городе требует организации мест их
стоянки. В центральных частях города редко можно найти доста-
точную площадь для устройства наземных стоянок, что приводит
к заполнению улиц стоящим автотранспортом и ухудшению их
пропускной способности. Во многих случаях экономически выгод-
но строить надземные многоэтажные стоянки, относящиеся к соору-
жениям третьей группы (рис. 17.4) Их располагают в районах
скопления большого числа автомобилей в пределах пешеходной
доступности от объектов административного, культурного или бы-
тового назначения. Иногда многоэтажные стоянки занимают не-
сколько этажей.
К третьей группе можно отнести и вертолетные площадки,
обеспечивающие транспортную связь центра города с его окрест-
ностями. Вертолетные площадки располагают как на поверхности
земли, так и на крышах высоких зданий.
285
Рис 17 4 Многоэтажная надземная автомобильная стоянка
/ — перекрытие этажей, 2 — пандусы
Все перечисленные выше транспортные сооружения хотя и раз-
нообразны по своей конструкции, но имеют единое назначение,
заключающееся в обеспечении эффективной работы транспорта
в условиях города.
17.2. Конструкции эстакад и путепроводов
Наибольшее распространение получили эстакады и путепрово-
ды балочной системы. Их устраивают с разрезными (рис. 17.5, а),
неразрезными (рис. 17.5, б) и реже консольными (рис. 17.5, в)
пролетными строениями.
Пролет в путепроводах определяется шириной улицы или доро-
ги и составляет обычно не более 40—50 м. В путепроводах, распо-
ложенных над железнодорожными путями, пролеты достигают
60 м и даже более. Высоту пролетных строений в таких путепрово-
дах, как правило, принимают постоянной.
В эстакадах применяют также многопролетную рамную систе-
му. При значительной длине эстакад многопролетные рамы разде-
ляют на секции для улучшения работы системы на горизонтальное
воздействие и температурные деформации (см. рис. 18.1, ж, з).
Арочная система в путепроводах может быть оправдана в слу-
чае применения при весьма плотных грунтах оснований (рис.
17.5, г).
Широкое распространение в путепроводах находит трехпро-
летная рамная система с вертикальными (рис. 17.5, д) и наклон-
286
ними стойками (рис. 17.5, е). Соотношение пролетов в таких путе-
проводах принимают равным около ’/2. Ригель путепроводов шар-
нирно опирается по концам, а стойки могут быть заделаны в фун-
дамент или сопрягаться с ним шарнирно.
В путепроводах также применяют комбинированную систе-
му, состоящую из трехпролетной разрезной балки, опирающейся
на вертикальные или наклонные опоры, и подкосов, соединяющих
концы пролетного строения с фундаментом (рис. 17.5, ж, з).
В большинстве случаев подкосы размещают в конусах насыпи.
Комбинированная система допускает регулирование усилий, бла-
годаря чему длина боковых пролетов может составлять 710 длины
среднего пролета (см. рис. 17.5, ж), достигающего 50 м. В путепро-
водах такой системы отпадает необходимость в концевых опорах.
При пролетах более 50 м для неразрезной балки в комбиниро-
ванной системе предусматривают промежуточную опору, располо-
женную ня разделительной полосе (рис. 17.5, и).
Редко путепроводы имеют вантовую схему (рис. 17.5, к). Такое
решение может быть оправдано архитектурными соображениями
или необходимостью перекрытия значительных пролетов.
Способы изготовления пролетных строений железобетонных эс-
такад и путепроводов не отличаются от применяемых в автодо-
Рис 17 5 Системы железобетонных путепроводов:
1 —подвесное пролетное строение, 2 — подкос; 3 — разделительная полоса
287
рожных мостах. Пролетные строения могут быть монолитными или
сборными.
Применение монолитного железобетона наиболее целесообраз-
но для пролетных строений с большой кривизной или косиной, спи-
ральных или с изменяющейся шириной по длине сооружения.
Сборно-монолитные конструкции пролетных строений позволяют
отказаться от подмостей и ускоряют темпы строительства, однако
их труднее применять при сложной форме эстакад. Пролетные
строения, собираемые из сборных элементов, в наибольшей степе-
ни приспособлены для прямых сооружений и обеспечивают наи-
большие скорости возведения.
По конструкции пролетные строения эстакад и путепроводов,
как и мостов, выполняют плитными, ребристыми, и коробчатыми.
Область применения плитных эстакад и путепроводов балочной
и рамной систем ограничена пролетами /=254-30 м. Плитные про-
ттртныр отппрния могут имрть постоянно ю или переменную высоту
как в продольном, так и поперечном направлениях. При постоян-
ной высоте поперечных сечений пролетные строения опираются на
ригели рамных опор (рис. 17.6, а), на опоры-стенки или в отдель-
ных точках на стоечные опоры.
Пролеты монолитных плит эстакад и путепроводов сплошного
сечения с постоянной высотой назначают порядка /=104-15 м при
разрезной и /=124-25 м — при неразрезной схемах.
В разрезных конструкциях высоту h принимают равной
(1/154-1/20)/, в неразрезных (1/204-1/30)/. Полную ширину про-
летного строения В целесообразно задавать не более 15—20 м,
чтобы не вызывать больших поперечных температурных деформа-
ций, ухудшающих условия работы опорных частей.
Плитным пролетным строениям, опирающимся на опоры-стен-
ки или одностолбчатые опоры, часто придают переменное попереч-
ное сечение. Такое изменение сечения можно осуществлять сту-
пенчато (рис. 17.6, б) или плавно (рис. 17.6, в). Относительную
толщину свесов назначают равной hfl—1/44-1/8, а относительную
высоту несущей конструкции в утолщенной части й//= 1/144-1/25.
Для облегчения веса монолитных пролетных строений в них
предусматривают пустоты (см. рис. 17.6, б).
Сборно-монолитные пролетные строения выполняют из сбор-
ных элементов — струнодосок, корытообразных плит, переверну-
тых тавров, коробчатых или сплошного сечения брусьев, объеди-
ненных для совместной работы монолитным бетоном, поперечной
ненапрягаемой или напрягаемой арматурой (рис. 17.6, г).
Наиболее ответственным участком неразрезных плитных про-
летных строений является надопорный узел. В неразрезную систе-
му конструкцию объединяют установкой или стыковкой продоль-
ной арматуры.
Разрезные плитные элементы могут быть объединены в темпе-
ратурно-неразрезные пролетные строения.
288
Рис 17 6 Поперечные сечения плитных железобетонных эстакад и путепроводов:
1 — пустоты, 2 — сборный элемент — брус, 3 — монолитная плнта проезжей части
Сборные плитные пролетные строения монтируют обычно из
цельнопролетных блоков. Пролеты 10ч-12 м можно перекры-
вать конструкциями с ненапрягаемой рабочей арматурой, а боль-
шие пролеты перекрывают сборными элементами с предваритель-
ным напряжением.
Ребристую конструкцию эстакад и путепроводов балочной и
рамной систем применяют при 404-45 м.
Для монолитных пролетных строений характерно применение
двух—четырех ребер в поперечном сечении. Форму ребер из усло-
вия простоты распалубливания принимают прямоугольной (рис.
17.7, а) или трапецеидальной. Толщина ребер обычно бывает до-
статочной для размещения в них необходимой напрягаемой арма-
туры без устройства уширений, ее назначают равной п = 0,2ч-0,8 м.
Расстояния между ребрами принимают в пределах 2—5 м
Относительная высота монолитных ребристых пролетных строе-
ний составляет h/1 = 1/184- 1/30.
Ребристые конструкции целесообразны для прямолинейных и
криволинейных с незначительной кривизной сооружений. Возмож-
но их применение и для косых пересечений
>0 Зак. 400 289
Диафрагмы, обеспечивающие поперечную жесткость пролет-
ным строениям в узких косых конструкциях, располагают нор-
мально к продольной оси, а в широких — по косому направлению.
Сборно-монолитные ребристые пролетные строения составляют
из сборных элементов •— ребер, представляющих собой разрезные
балки, и монолитной плиты проезжей части (рис. 17.7, б). Попе-
речные диафрагмы выполняют монолитными или сборными.
Сборные балки изготавливают прямолинейными длиной
I — 104-40 м и высотой h— (1/154-1/20)/. Поперечные сечения та-
ких балок принимают прямоугольными, трапецеидальными, дву-
тавровыми и в виде перевернутых тавров. В поперечном сечеиии
балки устанавливают с шагом s=14-3 м. Их армируют ненапря-
гаемой и напрягаемой арматурой.
Часто в качестве опалубки верхней плиты применяют тонкие
железобетонные плиты (толщиной 30—50 м), укладываемые по
Рис 17 7 Поперечные сечення ребристых железобетонных эстакад н путепро-
водов
/-—опорная диафрагма, 2 — несъемная опалубка, 3 — монолитная плнта проезжей части; 4 —
сборный элемент — ребро
290
верхним полкам балок (см. рис. 17.7, б). Такая опалубка остается
в пролетном строении.
Сборные ребристые пролетные строения в балочно-неразрезной
и рамной системах имеют относительную высоту h/l = 1,154-1/25.
Расстояния между ребрами в поперечном сечении пролетного
строения назначают в зависимости от способа их соединения меж-
ду собой. Балки с диафрагмами устанавливают через 1,2—1,6 м,
а бездиафрагменные балки могут быть раздвинуты до 2,5—2,8 м
(рис. 17.7, в). В качестве сборных элементов ребристых пролетных
строений принимают балки таврового, П-образного сечения, а
также компонуемые из плоских элементов — ребер, плит и диаф-
рагм.
В городских эстакадах и путепроводах сборные ребристые
балки обычно объединяют в продольном направлении в неразрез-
ную или рамную многопролетную систему.
В современных эстэ.кэ.дэх и гр'тепроводях сложного очертания
весьма распространены коробчатые пролетные строения с повы-
шенной жесткостью на кручение.
Монолитными коробчатыми пролетными строениями балочно-
неразрезной и рамной систем перекрывают пролеты от 20 до 70 м.
Большие по длине пролеты перекрывают вантово-балочные эста-
кады и путепроводы с монолитной коробчатой балкой жесткости.
Эстакады с пролетами более 70 м возводят обычно на подходах
к крупным городским мостам.
Высоту пролетных строений назначают чаще всего постоянной
вдоль пролета. Ширину пролетного строения В принимают в зави-
симости от заданного габарита проезда в пределах 7—20 м. При
большей ширине возводят рядом несколько раздельных пролетных
строений. В поперечном сечении монолитные пролетные строения
имеют один или несколько замкнутых контуров.
Из архитектурных соображений стенки пролетных строений
в отдельных случаях делают криволинейными (рис. 17.8, а). Высо-
ту одноконтурных сечений h назначают равной (1/154-1/20)/. При
этом толщина стенок обычно составляет 0,2—0,5 м, нижней пли-
ты — не менее 0,12 м, а верхней плиты Л1 = ( 1/12-5-1/15)£>i, где
&i — расстояние в свету между стенками (рис. 17.8, б, в, г). При
увеличении толщины стенок до Ьс=0,54-2,0 м высота пролетного
строения может быть уменьшена и составлять (1/204-1/40)/. Про-
летные строения с такими сечениями (см. рис. 17.8, б) позволяют
сократить общую длину сооружения и его подходов.
Коробчатые пролетные строения с нижней наклонной плитой
(а>45°) отвечают повышенным архитектурным требованиям и
позволяют существенно уменьшить ширину опор эстакады или
путепровода (см. рис. 17.8, в).
Многоконтурные коробчатые пролетные строения (см. рис.
17.8, г) при ширине сооружения более 20 м и при отношении
10* 291
h/B>l,8~~l/10 по условиям работы приближаются к многопустот-
ным плитным конструкциям.
Сборно-монолитные коробчатые пролетные строения чаще все-
го образуют из сборных коробчатых элементов, объединенных
в поперечном направлении монолитным бетоном. Сборными эле-
ментами могут быть плиты, образующие, например, наклонные
боковые грани и нижнюю плиту (рис. 17.9, а).
Для придания эстакаде или путепроводу благоприятного внеш-
него вида сборные блоки выполняют с наклонными (рис. 17.9, б)
или криволинейными (рис. 17.9, в) гранями. Сборные элементы
располагают в поперечном направлении почти вплотную друг
Рис 17 8 Поперечные сечения эстакад и путепроводов с монолитными коробча
гыми пролетными строениями.
1 - опорная часть; 2 — поперечное ребро
292
Рис 17 9. Поперечные сечения эстакад н путепроводов со сборно-монолитными
и сборными коробчатыми пролетными строениями.
/ — сборный элемент, 2 — монолитный бетон, 3 — монолитный бетон, уложенный после уста
новки нижней сборной плиты
к другу (см. рис. 17.9, в) или с шагом, соответствующим интервалу
расстановки стоек опоры (см. рис. 17.9, б). В последнем случае
сборные элементы соединяют между собой не только монолитной
плитой проезжей части, но и монолитными диафрагмами.
Сборные коробчатые пролетные строения в поперечном сече-
нии могут состоять из одного (рис. 17.9, г) или нескольких короб-
чатых блоков, объединенных по плите проезжей части (рис.
17.9, д).
Эстакады и путепроводы со сборными коробчатыми пролетны-
ми строениями рациональны при перекрытии пролетов более
30—40 м. Ширина коробчатых блоков обычно не превышает 25 м
(рис. 17.9, е).
10 В Зак. 400 293
При постоянном сечении пролетных строений их высоту назна-
чают в пределах (1/204-1/30)/, а при переменном сечении —
(1/304-1/50)/ в середине пролетов и в 2—3 раза большую —над
опорами.
В отличие от монолитных конструкций сборные коробчатые
элементы не имеют массивных стенок, а число замкнутых конту-
ров обычно не превышает четырех Расчленение несущей конст-
рукции на узкие пространственные и плоские сборные элементы
ведет к снижению массы отдельных блоков, но при этом увеличи-
вается число стыков в пролетном строении и усложняется его
монтаж.
Железобетонные пролетные строения эстакад армируют ненап-
рягаемой или напрягаемой арматурой. Наиболее сложно армиру-
ются косые и криволинейные несущие конструкции. Продольную
рабочую и поперечную конструктивную ненапрягаемую арматуру
плитных пролетных строений в широких косых конструкция?: рас-
полагают параллельно внешним граням. В разрезных косых систе-
мах поперечную арматуру размещают перпендикулярно продоль-
ной оси В узких косых конструкциях поперечную арматуру, как
правило, ориентируют перпендикулярно продольной оси.
Криволинейные неразрезные пролетные строения армируют ана-
логично прямолинейным. Однако из-за различной жесткости зон
пролетного строения, примыкающих к наружной и внутренней
граням, усилия в них будут также разными. Это требует неравно-
мерного размещения продольной нижней и верхней арматуры
в плане.
Продольные элементы напрягаемой арматуры в плитных про-
летных строениях пропускают по всей длине конструкции, плавно
переводя из нижней зоны в пролете в верхнюю над промежуточ-
ными опорами. В протяженных эстакадах напрягаемую арматуру
обрывают в пролетах, отгибая ее к верхней или нижней граням.
Армирование плитных пролетных строений в поперечном нап-
равлении зависит от способа опирания на опоры В косых пролет-
ных строениях поперечную арматуру в надопорной зоне распола-
' ают по косому направлению, а в остальной части — перпендику-
лярно оси моста.
Если пролетное строение опирается на одностолбчатые опо-
ры, то продольную и поперечную напрягаемую арматуру смещают
к столбу путем увеличения числа арматурных элементов и изгибая
в плане продольные элементы.
Поперечное армирование плит и стенок ребристых и коробча-
тых пролетных строений эстакад осуществляют ненапрягаемой и
напрягаемой арматурой аналогично армированию пролетных
строений мостов.
Продольную напрягаемую арматуру в криволинейных пролет-
ных строениях ставят по всей длине, сгущая в плане и внутренней
грани в соответствии с распределением изгибающих моментов (рис.
294
17.10, а). Арматура может быть также изогнута в плане и заанке-
рена на внутренних гранях конструкции (рис. 17.10,6). Верхнюю
продольную арматуру размещают над опорами на длине, опреде-
ленной протяженностью зоны отрицательных моментов (рис
17.10, в).
Косые и криволинейные пролетные строения эстакад и путе-
проводов могут быть выполнены из сборных элементов.
В косых конструкциях сборные элементы в каждом пролете
могут быть одинаковой длины. При этом эти элементы устанавли-
вают на опоры с уступом по длине. Для объединения блоков в не-
разрезную или рамную систему в образующийся зазор между бло-
ками смежных пролетов устанавливают арматурный каркас и про-
изводят омоноличивание поперечного надопорного стыка (рис.
17.11, а). Торцы сборных элементов могут быть скошенными, тогда
ширина промежуточной опоры получается меньшей.
Поперечная жесткость косых сборных ребристых или коробча-
тых пролетных строений обеспечивается диафрагмами, устраивае-
мыми нормально к продольной оси в узких конструкциях (рис.
17.11, б) или по косому направлению в широких сооружениях
В криволинейных пролетных строениях большой кривизны
в поперечном сечении могут устанавливаться несколько блоков
разной длины (рис. 17.11, в). При небольшой кривизне все сбор-
ные элементы в пределах пролета могут иметь одинаковую длину
(рис. 17.11, г). Кривизна пролетных строений по фасаду обеспечи-
вается криволинейной монолитной плитой проезжей части, прибе-
тонированными криволинейными наружными свесами верхней
плиты (см. рис. 17.11, в) или применением крайних балок с криво-
линейными свесами плиты проезжей части (см. рис. 17.11, г).
295
Рис 17 11. Схемы образования из сборных элементов косых и криволинейных
пролетных строений:
1 — узкий блок прямоугольного очертания, 2 — надопорный арматурный каркас; 3 — ригель
промежуточной опоры; 4 — диафрагма; 5 — столб (стойка) опоры, 6 — ригель с переменной
7 — К^аЙЧИе блоки С кг'мЗО.пмне^иЬ,мм плиту части* Я — пппрпри
иый стык между блоками; 9—блок секторной формы
На практике находят применение сборные элементы на всю
ширину криволинейных пролетных строений. При этом блоки име-
ют секторную или прямоугольную форму в плане. При секторной
форме блоков (рис. 17.11, д, е) толщина стыков получается мини-
мальной. В сравнении с блоками, имеющими криволинейные стен-
ки и плиты (см. рис. 17.11, д), блоки стандартной секторной фор-
мы с прямолинейными элементами позволяют применять их как
на кривых, так и на прямых участках эстакад (см. рис. 17.11, е).
К опорам эстакад и путепроводам, помимо общих требований,
характерных для опор всех видов мостовых сооружений, предъяв-
ляют ряд дополнительных требований. Опоры городских транс-
портных сооружений должны гармонировать с окружающей за-
стройкой, быть легкими, иметь красивый внешний вид, обеспечи-
вать безопасные условия проезда транспорта под сооружениями.
Перечисленным выше требованиям в наибольшей степени удов-
летворяют одностоечные или одностолбчатые опоры. В криволиней-
ных эстакадах отдельные одностолбчатые опоры жестко объединя-
ют с диафрагмами пролетных строений, чем обеспечивается вос-
приятие крутящих моментов. При необходимости опирания пролет-
ного строения на две опорные части верхнюю часть одностолбча-
тых опор выполняют с разветвлением.
В широких эстакадах и путепроводах одностолбчатые опоры
снабжают ригелем, который частично или полностью делают скры-
тым
В поперечном сечении стойки и столбы опор выполняют круг-
лыми, овальной формы, многогранными (см. рис. 17.9, г), пря-
моугольными.
В сооружениях с полуоткрытым поперечным сечением пролет-
ных строений, а также при значительной ширине эстакад и путе-
296
проводов опоры состоят из нескольких стоек, соединенных понизу
фундаментом (см. рис. 17.9, д).
В отдельных случаях опоры эстакад и путепроводов выполняют
в виде стенок, для которых толщина в пять и более раз меньше
их ширины (см. рис. 17.6, б). Ширина опоры по высоте может оста-
ваться неизменной либо уменьшаться к фундаменту. Для увеличе-
ния изгибной жесткости стенок из плоскости им придают двутав-
ровое поперечное сечение.
Для плитных и ребристых пролетных строений применяют
П-образные рамные опоры. Стойки рамных опор могут быть вер-
тикальными или наклонными (см. рис. 17.6, а). В широких соору-
жениях ригель рамных опор обжимается напрягаемой арматурой.
В криволинейных эстакадах, пересекающих широкие улицы,
приходится устраивать Г-образные рамные опоры, стойки которых
располагают вне проезжей части улицы (см. рис. 17.8, б). Опоры
эстакад и путепроводов выполняют монолитными, сборно-моно-
литными и сборными. Армируют их как ненапрягаемой, так и на-
прягаемой арматурой.
17.3. Многоярусные транспортные сооружения
Для обеспечения беспрепятственного движения транспорта на
пересечениях нескольких скоростных автомагистралей или много-
полосных улицах в городах возводят многоярусные транспортные
сооружения.
Существует большое число типов транспортных пересечений.
Наиболее распространена организация движения в двух уровнях
по типу «клеверного листа» (рис. 17.12, а). При этом одна из пе-
ресекающихся автомагистралей проходит на эстакаде или путе-
проводе. При пересечении двух автомагистралей полная развязка
движения транспорта может быть обеспечена применением коль-
цевого путепровода (рис. 17.12, б). Такая развязка применяется
в городских условиях в тех случаях, когда в узле имеется отчет-
ливо выраженное основное направление. Если пересекаются две
равнозначные по несущим потокам автомагистрали с большой ин-
тенсивностью движения, то может оказаться целесообразной раз-
вязка в трех уровнях. При этом третий уровень движения органи-
зуется над кольцевым путепроводом (рис. 17.12, в).
Вместо кольцевой системы развязки в трех уровнях может быть
применена петлевидная система с криволинейными эстакадами на
съездах (рис. 17.12, г).
Имеются случаи организации транспортных потоков в четырех
уровнях.
Развязка типа «клеверный лист» требует значительной площа-
ди (6—8 га при радиусах круговых съездов 35—40 м) и большого
перепробега левоповоротных потоков. Кольцевое и петлевое пере-
297
сечения занимают меньшую площадь, чем «клеверный лист»,
в 5 раз и более. Еще меньшую площадь требует пересечение в че-
тырех уровнях. Вместе с тем увеличение числа уровней в развязке
ведет к удлинению криволинейных эстакад и путепроводов в си-
стеме развязок. Выбор того или иного типа транспортного пересе-
чения определяется соответствующими экономическими расчетами
и зависит от местных условий.
Разновидностью пересечений в разных уровнях являются при-
мыкания к большим городским мостам и улицам. Такие примы-
кания организуют в двух (рис. 17.12, д), трех уровнях.
В рассмотренных выше многоярусных транспортных развязках
специфическими являются места разветвления или ответвления
пролетных строений и опоры.
Разветвлением снижают такое разделение пролетного строе-
ния, при котором число полос движения на эстакадах после раз-
ветвления остается таким же. как до разветвления (рис. 17.13, а. б).
Ответвлением считают такое разделение пролетного строения,
при котором число полос движения по основному проезду сохра-
няется. Ответвление обеспечивает пропуск движения с меньшей
интенсивностью, чем основной сквозной поток (рис. 17.13, в).
Наиболее просто осуществляется разветвление или ответвле-
ние плитных пролетных строений, при которых требуется лишь
предусмотреть закругление граней несущей конструкции в месте
ее разделения (см. рис. 17.13, а). По плите проезжей части воз-
можно обеспечить разветвление и ребристых пролетных строений.
В случае разветвлений коробчатых пролетных строений вдоль
конструкции предусматривают систему диафрагм, обеспечиваю-
Рис. 17.12. Схемы транспортных развязок в разных уровнях:
/, 2, 3 — уровни движения
298
•Б-Б
Е
Рис. 1713 Конструкции разветвлений и ответвлений эстакад многоярусных
транспортных пересечений.
/--опора; 2-- диафрагма
щую постепенный переход от одного типа поперечных сечений
к другим.
Так, например, возможно осуществить переход от полуоткры-
того сечения с тремя замкнутыми балками (см. сечение С—С на
рис. 17.13, б) к полуоткрытому со средней двухконтурной короб-
чатой балкой (см. сечение Д—Д на рис. 17.13, б) и затем к отдель-
ным коробчатым сечениям (см. сечение Е—Е на рис. 17.13, б).
Ответвление от основной конструкции можно начинать на
широкой опоре. При этом на приопорном участке производят по-
степенное увеличение вылета свесов верхней плиты, а за широкой
опорой после ответвления плиту поддерживает ребристая или ко-
робчатая несущая конструкция (см. рис. 17.13, в).
Ответвление можно начинать и от мощной диафрагмы с кон-
сольными выступами. Конструкция пролетного строения до и по-
сле ответвления при этом может быть разной.
Армирование мест разветвлений и ответвлений оказывается
достаточно интенсивным из-за сложности их напряженного состоя-
ния.
Опоры эстакад, входящих в состав сложных транспортных не
ресечений, часто выполняют в виде столбов, устанавливаемых на
разделительной полосе или между железнодорожными путями
(см. рис. 17.13, а, б).
Общие опоры под протяженные многоярусные эстакады могут
быть выполнены в виде мощного железобетонного столба, поддер-
живающего верхнее пролетное строение, с консолями для опира-
ния раздельных пролетных строений нижнего яруса (рис. 17.14,а).
Рис. 17 14 Опоры многоярусных транспортных пересечений
300
Такие опоры материалоемкие, и
поэтому их применяют под эста-
кады с большими пролетами, пе-
рекрываемыми коробчатыми не-
сущими конструкциями.
Замкнутые рамные опоры
(рис 17.14, б) с двумя ярусами
опирания пролетных строений
занимают небольшиие площади и
применяются в особо стесненных
городских условиях.
На практике находят приме-
нение рамные опоры и других ти-
пов
Опоры сложных транспорт-
ных пересечений армируют нена-
Рис 17 15 Армирование опоры транс-
портною пересечения напрягаемой ар-
матурой
1 — криволинейные пучки, 2 — прямоли
нейные пучки, 3 — глухой анкер
прягаемой и напрягаемой арматурой. Опоры, на которые опирают-
ся несколько эстакад, армируют напрягаемыми пучками в верти-
кальном и горизонтальном направлениях. Пучки, идущие вдоль
тела опоры, имеют глухие анкеры в фундаменте. Натяжение этих
пучков производят с верха опоры (рис. 17 15). Арматурные эле-
менты, расположенные в консолях опоры, имеют криволинейное
очертание и заанкериваются на их боковых и нижних гранях
17.4. Особенности расчета эстакад
Выявление усилий в элементах современных эстакад значи-
тельно сложнее, чем в элементах пролетных строений обычных мо
стов. Это вызвано тем, что пролетные строения эстакад могут быть
криволинейными или косыми в плане, с диафрагмами или без них.
с опиранием по всей ширине пролетного строения или только в от-
дельных точках.
Главные балки в виде криволинейных элементов находятся
в сложном напряженном состоянии. В них действуют изгибающие
моменты и поперечные силы в двух плоскостях, крутящий момент
и нормальная сила. Проверка прочности, трещиностойкости и пере-
мещений такого элемента сложнее, чем прямолинейного. Если глав-
ная балка имеет коробчатое сечение, то усилия в ней под внеш-
ними нагрузками определяются методами расчета тонкостенных
элементов, которые достаточно сложны даже для элементов с пря-
молинейной осью Расчет пролетных строений криволинейных эста-
кад в связи с этим производится обычно с применением ЭВМ.
В случае многопролетной статически неопределимой криво-
линейной балки с произвольными закреплениями на опорах за ос-
новную систему при ее расчете принимают однопролетную балку
постоянной кривизны с шарнирным опиранием по концам, препят-
301
ствующим кручению. При этом за лишние неизвестные принимают
изгибающие моменты, углы поворота и вертикальные смещения
в опорных сечениях. Если криволинейная балка имеет к тому же
переменные геометрические характеристики по длине пролетов, то
ее разбивают на участки, в пределах которых значения 7?, EIV и
EIt можно считать постоянными.
Далее статически неопределимую систему решают смешанным
методом строительной механики. Для расчета криволинейных и
косых пролетных строений эстакад разработаны специальные таб-
лицы, повышающие производительность работ по проектированию
транспортных сооружений.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные виды городских транспортных сооружений?
2 Каковы особенности конструкций эстакад и путепроводов?
3. Каковы осооеииости многоярусных транспортных сооружений?
4. Каковы особенности расчета эстакад?
Глава 18
РАМНЫЕ МОСТЫ
18.1. Виды рамных мостов
При жестком соединении пролетного строения с опорами полу-
чается мост рамной системы. Опоры рамных мостов работают не
только на сжатие, но и на изгиб, что позволяет уменьшить изги-
бающие моменты в пролетном строении и его высоту. Опоры рам-
ных мостов небольших пролетов имеют небольшие поперечные се-
чения из-за их интенсивного армирования, не загромождают под-
мостовое пространство. Это позволяет широко применять рамные
мосты в путепроводах и эстакадах.
Рамные мосты возводят бесшарнирными и двухшарнирными.
Бесшарнирные применяют в случаях, когда нет опасности осадки
опор. При слабых грунтах применяют двухшарнирные рамные мо-
сты, в меньшей мере реагирующие на осадку опор. Шарниры
устраивают в местах сопряжения стоек с фундаментами, они
усложняют несущую конструкцию и производство работ.
Рамные мосты возводят монолитными и сборными в области
малых (15—30 м) и больших (до 200 м) пролетов.
Рамные мосты небольших пролетов применяют редко и возво-
дят в основном монолитными из ненапрягаемого железобетона
В мостах на автомобильных дорогах нашли применение следую-
щие виды этих рамных мостов: однопролетные консольно-рамные
бесшарнирные с гибкими стойками (рис. 18.1, а), двухшарнирные
302
НИС 16 1 СИДЫ рамныл миной маДоГл ПрОЛОТОЗ
(рис. 18.1, д) и бесшарнирные с жесткими стойками (рис. 18.1, е),
многопролетные с жестким (рис. 18.1, ж) или шарнирным опира-
нием стоек на фундаменты.
Консоли (см. рис. 18.1, а) разгружают главные балки, умень-
шают изгибающие моменты в ригелях и в стойках и позволяют
осуществить более простое сопряжение моста с насыпью. В бес-
консольных рамах (см рис. 18.1, д, е) опоры выполняют ребри-
стыми с откосными крыльями, обеспечивающими сопряжение моста
с насыпью. Однако в этом случае требуется и переходная плита.
Бесшарнирное закрепление опор у фундамента обеспечивается
(см. рис. 18.1, е) массой грунта, заполняющего пазухи устоя.
Для предотвращения значительных горизонтальных усилий от
температурных деформаций в многопролетных рамных мостах че-
рез 50—70 м устраивают деформационные швы с помощью при-
менения балочного подвесного пролетного строения (см. рис.
18.1, ж) между рамами длиной /| = (0,3-?0,6)I или же с помощью
швов между сближенными опорами соседних неразрезных секций
длиной / (рис. 18.1, з).
Рамные мосты средних и больших пролетов (60—200 м) могут
быть монолитными или сборными, их возводят навесным бетони-
рованием или навесной сборкой. Основой таких мостов служат
Т-образные рамы с жесткой заделкой опоры в основании. Они
позволяют создать рамно-неразрезные (рис. 18.2, а) или рамно-
консольные системы при жестком или шарнирном соединении кон-
солей, а также рамно-балочную систему при использовании подвес-
ных пролетов (рис. 18.2,6).
В рамных мостах больших пролетов применяют также рамную
систему с наклонными стойками, получившую название «бегущая
лань» (рис. 18.2, в). За рубежом в мостах при пролетах до 80 м
303
Рис 18 2 Виды рамных мостов средних и больших пролетов
использовались также рамные системы со стойками (рис. 18.2, г)
в виде шпренгельных треугольников: вертикальный элемент стой-
ки работает на сжатие, он шарнирно связан с пролетным строени-
ем, наклонный элемент работает на растяжение, он выполнен пред-
варительно напряженным.
Есть также примеры использования в рамно-подвесных мостах
при пролетах до 85 м V- или Х-образных опор (рис. 18.2, д), позво-
ляющих применять большие длины ригеля, обеспечить работу эле-
ментов опоры в основном на осевые усилия и выполнять опоры
сборными.
18.2. Конструкции рамных мостов
Рамные мосты малых пролетов возводят обычно монолитными
из ненапрягаемого железобетона. Пролетные строения таких мо-
стов по своей конструкции аналогичны монолитным балочным не-
разрезным Особенности конструкции определяются сопряжением
главных балок (ригелей) со стойками (опорами). Опоры монолит-
ных рамных мостов имеют стойки обычно под каждой главной
балкой (см. рис 18.1. б). В монолитных рамных эстакадах опоры
устраивают с двумя (см рис. 18.1, в) или одной (см. рис. 18.1, г)
стойками, чтобы не загромождать подэстакадное пространство.
Стойки в этом случае связаны с главными балками через мощные
поперечные балки.
Сопряжение главных балок (ригелей) со стойками должно быть
жестким, чтобы обеспечивать восприятие и передачу изгибающих
моментов. Для этого арматуру стоек заводят в ригель (рис. 18.3, а)
на 2/3 его высоты, а арматуру ригеля соединяют с арматурой стой-
ки. При сопряжении ригеля с крайними стойками арматуру ригеля
заводят в стойку по ее внешней поверхности, а арматуру стойки
соединяют с арматурой ригеля (рис. 18.3, б).
304
Ригели рам имеют в середине пролета рабочую арматуру в ниж-
ней зоне для восприятия положительных изгибающих моментов, а
у опор — вверху для восприятия отрицательных изгибающих мо-
ментов. Вблизи опор устраивают отгибы стержней арматуры и
устанавливают более часто хомуты (см. рис. 18.3, а) цля восприя-
тия значительных поперечных сил на этих участках ригеля.
При жестком соединении стоек с фундаментами арматуру сто-
ек заводят в массив фундамента (рис. 18.3, в, г, д). При шарнир-
ном сопряжении с фундаментом арматуру стойки заканчивают
у ее торца, где устраивают шарнир (рис. 18.3, е).
Простейшая конструкция шарнира (см. рис. 18.3, е) включает
вертикальный арматурный стержень и металлическую прокладку
из листовой стали толщиной 10—15 мм между торцами стойки и
поверхностью фундамента. Вертикальный стержень обеспечивает
восприятие горизонтального распора, а металлическая прокладка
обеспечивает углы поворота и передачу вертикальной опорной
реакции. Лучшим материалом для прокладки является свинец,
допускается резина. При больших опорных давлениях шарниры
рамных мостов выполняют из стального литья.
Фундаменты могут быть общими под все стойки опоры (см. рис.
18.1, б) или отдельными (см. рис. 18.1, в, г).
При прочных грунтах фундаменты имеют небольшую ширину
подошвы и при а<30° (см. рис. 18.3, в) могут быть выполнены из
неармированного бетона. При больших ширинах, когда а>30°
(см. рис. 18.3, г), фундамент армируют понизу сеткой, при особо
широких фундаментах его тело армируют нижней сеткой и отогну-
тыми стержнями для восприятия изгибающих моментов и перере-
зывающих сил (см. рис. 18.3, д).
Конструкции рамных мостов средних и больших пролетов мо-
гут быть сборными и монолитными. Ригели рамно-консольных и
рамно-балочных мостов средних пролетов могут быть собраны из
отдельных двутавровых балок, соединенных в поперечном на-
правлении диафрагмами (рис. 18.4, а, б) и со сборной плитой про-
езжей части, уложенной по балкам. Они могут быть выполнены
также плитно-ребристыми (рис. 18.4, в). Ригели тех же мостов
больших пролетов выполняют коробчатого сечения (рис. 18.4, г,д).
Рис 18 3 Детали конструкции рамных мостов малых пролетов
305
Рис 18 4 Поперечные сечения ригелей рамных мостов средних и больших про-
летов
Рис. 18 5 Схемы армирования ригелей
Сборные ригели рамно-консольных и рамно-подвесных мостов
средних пролетов, изготавливаемые с натяжением на упоры, арми-
руют прямолинейной напрягаемой арматурой (рис. 18 5, а) При
значительных пролетах, если ригели изготавливают заранее и по-
дают в пролет целиком, предусма-
тривают монтажную арматуру 2
(рис. 18.5, б), а рабочую армату-
ру 1 натягивают на бетон,отгибая
ее вниз
Если ригель рамного моста
сооружают методом навесного бе-
тонирования или навесной сбор-
ки, то его армируют по верхнему
поясу по участкам сборки или
бетонирования (рис. 18.5, б). Ар-
матуру устанавливают и натяги-
вают в процессе уравновешенно-
го монтажа или бетонирования.
В рамно-коисольных и рамно-
балочных мостах вся арматура
консолей проходит по верхнему
поясу, так как они работают толь-
ко на отрицательные моменты.
В рамио-неразрезных мостах в
середине пролета требуется по-
становка напрягаемой арматуры
в нижней зоне для восприятия
положительных моментов от вре-
менной и второй части постоян-
ной нагрузок.
306
В сборных мостах приопорные блоки с большей высотой при-
нимают меньшей длины из условия, чтобы монтажная масса бло-
ков была примерно одинаковой.
Опоры рамных мостов средних и больших пролетов возводят,
как правило, массивными. При несимметричном загружении Т-об-
разных рам временной нагрузкой в опорах возникают значитель-
ные изгибающие моменты. Для обеспечения прочности и трещино-
стойкости опоры необходима ненапрягаемая или напрягаемая
арматура. В опорах из монолитного бетона устанавливают вдоль
граней опоры вертикальную арматуру, заходящую в ригель. Вни-
зу .рматуру закрепляют в фундамент опоры или несколько выше.
Нормальная сила в сечениях опоры увеличивается сверху вниз от
действия собственного веса опоры, растягивающие напряжения от
изгибающего момента погашаются действием этой сжимающей
силы, а в нижней части опоры она может оказаться ненужной.
Сечение опор рамных мостов больших пролетов чаще прини-
мают коробчатым, а опоры собирают из блоков, получаемых при
поперечном членении опоры.
На рис. 18.6 приведен узел сопряжения такой опоры с ригелем
с помощью напрягаемой арматуры, размещаемой в полости опоры
и омоноличиваемой бетоном после ее натяжения. Полости короб-
чатых опор заполняют обычно бетоном низкой прочности, а выше
уровня воды — песком или гравием для увеличения собственного
веса опоры.
18.3. Особенности расчета рамных мостов
Железобетонные рамные мосты, как и другие конструкции, рас-
считывают методами строительной механики по расчетным схе-
мам, принимаемым в зависимости от рассматриваемой конструк-
ции. Наиболее просты расчеты рамно-подвесных систем, которые
статически определимы. Построение линий влияния для силовых
факторов в любом сечении ригеля или стойки не вызывает трудно-
стей. На рис. 18.7 приведены линии влияния М, Q и V для несколь-
ких сечений ригеля и для стойки рамно-подвесного моста.
Для составного ригеля необходимо определение М и Q в каж-
дом шве ригеля, что требует построения и загружения соответству-
ющих линий влияния.
Рамно-консольные и рамно-неразрезные мосты являются стати-
чески неопределимыми. Для вычисления изгибающих моментов,
поперечных и продольных сил в элементах этих конструкций необ-
ходимо предварительно назначить их размеры, вычислить момен-
ты инерции и жесткости на 1 м длины. Лишние неизвестные
находят методами строительной механики, после чего строят линии
влияния усилий для нескольких сечений ригеля и стойки. Загрузив
линии влияния, вычисляют максимальные и минимальные усилия,
307
проверяют принятые размеры сечений и площадь рабочей армату-
ры в каждом расчетном сечении.
Для выполнения расчетов статически неопределимых мостов
имеются программы для ЭВМ. Среди них имеются специальные
и универсальные программы. Следует иметь в виду, что исполь-
зование ЭВМ значительно облегчает расчеты многократно стати-
чески неопределимых систем, повышает точность расчетов в рам-
ках принятых расчетных предпосылок. Но сами предпосылки весь-
ма приближенно отражают истинную работу элементов рамного
моста.
Так, предполагается, что стойка жестко заделана в фундамен-
те. Фактически заделка будет упругой, но степень ее податливо-
сти предсказать трудно. На результаты расчета оказывают влия-
ние и исходные предпосылки о ползучести бетона, изменении упру-
гих его свойств во времени. В связи с этим необходимы и возмож-
ны приближенные расчеты. При приближенных расчетах можно
пользоваться таблицами для построения линий влияния, имеющи-
мися в справочной литературе.
Рис. 18 7 Линии влияния М, Q и V для ригеля и стойки рамно-подвесного
моста:
™ расчетная схема, б — линии влияния М и Q в середине подвесного пролета, в линии
влияния М и Q в различных сечениях ригеля; г — линии влияния М и V в опоре
308
Пользуясь готовыми линиями влияния, предварительно необхо-
димо приближенно подобрать сечения элементов рамы Сечения
стоек предварительно можно подобрать из расчета их на централь-
ное сжатие с запасом на 25—30% с учетом влияния изгибающего
момента. Сечение ригелей можно подобрать как для неразрезной
балки. В результате окончательного расчета будут определены
размеры элементов, которые могут отличаться от раз леров, при-
нятых предварительно. Это повлияет на распределение внутренних
усилий в раме, которое зависит от соотношения жесткостей Если
разница в соотношении жесткостей, принятых на предыдущем и
последующем шаге приближения, будет более 20%, то необходим
очередной шаг приближения.
\
Контрольные вопросы
1 Каковы основные виды рамных железобетонных мостов’
2 Коковы особенности конструкции рамных железобетонных мостов’
3 Каковы особенности расчета конструкции рамных железобетонных мостов’1
Глава 19
АРОЧНЫЕ МОСТЫ
19.1. Виды арочных мостов и области их применения
Основными несущими элементами железобетонных арочных
мостов являются арки или цилиндрические своды, концы которых
закрепляются на опорах так, что они не могут перемещаться не
только в вертикальном, но и в горизонтальном направлениях В свя
зи с этим при воздействии вертикальных нагрузок на опорах этих
элементов возникают, кроме вертикальных, еще и горизонтальные
реакции — распор. При рациональном использовании распора
представляется возможным значительно уменьшить изгибающие
моменты в сечениях элементов, обеспечить работу их в основном
на сжатие. Это позволяет эффективно использовать бетон высокой
прочности.
Пролетные строения арочных мостов отличаются меньшими
расходами материалов и архитектурными достоинствами по срав-
нению с балочными пролетными строениями Однако арочные мо-
сты строят реже других систем из-за сложности их монтажа и осо-
бых требований к опорам для них Необходимость передачи распо-
ра значительно усложняет конструкцию и размеры опор В связи
с этим арочные мосты оказываются экономически эффективными
при строительстве на скальных грунтах, не требующих устройства
специальных массивных опор Арочные железобетонные мосты ока-
309
залось выгодным строить через горные реки и ущелья в республи-
ках Закавказья. Их применяют при пролетах 60 м и более.
Основными параметрами арочных мостов являются пролет I,
стрела подъема f, а также их отношение f/l. Для железобетонных
мостов величина f/l обычно составляет 1/6—1/14.
Крупнейший современный железобетонный арочный мост имеет
пролет 390 м. Он построен в Югославии в 1980 г. и входит в состав
комплекса из двух арочных мостов (другой имеет пролет 250 м),
которые связывают материк, маленький остров Святого Марка и
крупнейший адриатический остров Крк. К крупнейшим арочным
железобетонным мостам относятся также мост с пролетом 305 м
через р. Параматту (г. Сидней, Австралия), мост с пролетом 290м
через р. Парана на границе между Бразилией и Парагваем.
В СССР наибольший пролет 228 м имеет двухъярусный мост
под совмещенное движение через р. Старый Днепр в г. Запорожье,
который построен в 1948 г.
Виды арочных мостов. Арочные железобетонные мосты разли-
чаются по статическим схемам, расположению уровня проезда, по
конструкции арочной части и способам возведения.
По статической схеме они могут быть бесшарнирными, двух-
и трехшарнирными.
В бесшарнирных мостах (рис. 19.1, а) арки или своды жестко
соединены с опорами и оказываются трижды статически неопреде-
лимыми. Вследствие этого в них возникают дополнительные уси-
лия от неравномерных осадок опор, температурных колебаний, от
\ садки и ползучести бетона. В больших пролетах в связи с увели-
чением относительной гибкости влияние этих факторов снижается.
Бесшарнирные арки наиболее просты в конструктивном отно-
шении, обладают большей жесткостью по сравнению с шарнирны-
ми. Кроме того, их конструкция позволяет затоплять пяты высокой
водой, что позволяет понизить арку и уменьшить объем работ по
мстройству подходов.
Трехшарнирные арочные мосты (рис. 19.1, в) статически опре-
делимы, в них не возникают дополнительные усилия от осадок опор,
колебаний температуры, ползучести и усадки бетона, поэтому их
можно применять в условиях, когда существует опасность проса-
док опор. Наличие трех шарниров дает возможность возведения
мостов из сборных элементов, но усложняет конструкцию и снижа-
ет ее жесткость.
Рис. 19.1. Виды арочных мостов по статическом схеме:
а -бесшарнирные; б — двухшарннрные, в—трехшарннрные, 1 — шарнир
310
Рис 19 2 Виды арочных мостов по уровню проезжей части
1 — надарочные стойки, 2— арка, 3 — конструкция проезжей части, 4— подвески, 5 — жест
кая арка, б — затяжка
Двухшарнирные мосты (рис. 19.1, б) однажды статически не-
определимы. Они в меньшей мере подвержены возникновению до-
полнительных усилий, чем бесшарнирные, но их конструкция
усложняется наличием двух шарниров.
По уровню расположения проезда арочные мосты могут быть
с ездой поверху, посередине и понизу.
Арочные мосты с ездой поверху (рис. 19.2, а) выгодно возво-
дить через горные реки и ущелья. Проезжая часть в них поддер-
живается стойками (или стенками), опирающимися на арки (сво-
ды). Над равнинными реками строят мосты с ездой понизу (рис.
19.2, в). В них проезжая часть подвешивается к аркам, что спо-
собствует уменьшению строительной высоты моста.
В мостах с ездой посередине (рис. 19.2, б) в средней части про-
лета проезжая часть находится ниже оси арки, она поддержива-
ется подвесками, у опор находится выше оси арки и поддержива-
ется стойками.
По способам возведения арочные мосты могут быть монолит-
ными, сборными и сборно-монолитными.
В зависимости от конструкции арочной части различают конст
рукции мостов со сводами, из арочных дисков и с раздельными
арками Далее рассмотрим эти виды конструкций арочных мостов
19.2. Конструкции арочных мостов со сплошными сводами
В арочных мостах применяется цилиндрический свод в виде
криволинейной плиты, ширина которой значительно больше ее тол-
щины. Арочные мосты со сводами наиболее просты по конструк-
ции и имеют хороший внешний вид: в зависимости от отношения
основных размеров и конструктивных решений подсводного строе
ния они могут быть ажурными как металлические, монументаль-
ными как каменные. Мосты со сводами могут быть только с ездой
поверху.
Своды могут иметь прямоугольное (рис. 19.3, а), ребристое
(рис. 19.3, б) и коробчатое (рис. 19.3, в) поперечное сечение.
В конструктивном отношении наиболее просты сплошные пря-
моугольные своды. Их применяют при пролетах 60—80 м. толщи-
на свода в ключе (1/60-41/70)/.
ЗИ
Pre 19 3 Виды поперечных сечений арочных сводов
В бесшарнирных сводах их толщина плавно возрастает к пя-
там на 30—40% Ширина свода по условиям поперечной жестко-
сти посередине пролета должна быть не менее ‘/i5 пролета. При
переменной ширине свода в ключе она принимается равной ‘/2о
пролета, а у пят не менее 7ю—’/ы пролета. При устройстве не-
скольких параллельных сводов, не связанных между собой, шири-
на каждого из них должна быть не менее ’/го пролета и меньше 3 м.
Своды армируют криволинейными продольными рабочими стерж-
нями в нижней и верхней их зонах. Перпендикулярно рабочим
стержням ставят распределительную арматуру. Верхнюю и ниж-
нюю арматуру связывают хомутами. Процент армирования сплош-
ных прямоугольных сводов принимают в пределах 0,2—0,4%. Над-
сводное строение при таких сводах принимают в виде поперечных
стенок (рис. 19.4, а), поддерживающих проезжую часть.
Ребристые своды требуют меньших расходов бетона, но слож-
нее в производстве. Положение плитной части свода приходится
Рис 19 4 Конструкция надсводных строений
1 — свод. 2 —надсводная стенка, 3 — плита проезжей части, 4 — рабочая арматура свода,
5 — распределительная арматура, 6 — хомуты, 7 — коробчатый свод, 8 — надсводные стойки
312
переводить из верхней части свода в нижнюю в соответствии
с объемлющей эпюрой изгибающих моментов из расчета, чтобы
она находилась в сжатой зоне свода. Процент армирования реб-
ристых сводов в связи с меньшей площадью бетонного сечения не-
сколько больший, чем в сплошных, и составляет 0,8—1,2%.
При больших пролетах целесообразно применять своды короб-
чатого сечения (рис. 19.4, б). Благодаря сосредоточению материа-
ла по верхней и нижней плитам коробчатый свод значительно
рациональнее сплошного прямоугольного. Пустоты в коробчатых
сводах составляют 30—50% поперечного сечения свода. Относи-
тельная высота коробчатых сводов несколько больше, чем сплош-
ных, и составляет ‘До—‘До пролета. Процент армирования короб-
чатых сводов составляет 0,5—0,8%.
При ребристых и коробчатых сводах надсводное строение со-
стоит из надсводных стоек, поддерживающих проезжую часть.
Стойки опираются на ребра сводов и поддерживают плиту проез-
жей части с помощью продольных и поперечных балок (см. рис.
19.4 б).
В широких мостах применяются два (или несколько) парал-
лельных свода, которые могут соединяться для совместной рабо-
ты диафрагмами.
Проезжую часть над проемами между сводами устраивают
монолитной или сборной. В первом случае она принимает участие
вместе с диафрагмами в поперечном распределении временной
нагрузки.
Среди арочных мостов с железобетонными сводами имеется
ряд мостов, представляющих интерес оригинальными решениями.
Среди них один из самых крупных — городской мост через р. Ени-
сей в Красноярске, построенный в 1961 г. При его проектировании
учли сильный ледоход при быстром течении воды. Мост имеет
пять пролетов (рис. 19.5, а), опирающихся на мощные опоры, кото-
рые воспринимают распор и отлично противостоят действию льда.
Каждый пролет перекрыт двумя трехшарнирными коробчатыми
сводами (рис. 19.5, б) шириной по 7,3 м, высотой 3,2 м, со стрелой
подъема 18,6 м. Высота свода принята постоянной по всему rtpo-
лету с целью упрощения их изготовления.
Надсводное строение состоит из плоских поперечных рам, по
которым уложены элементы проезжей части. Расстояние между
рамами принято 9,5 м, стойки рам выполнены в виде стенок, шири-
на которых 7,21 м почти равна ширине свода и толщина 40 см.
Три приопорные рамы, имеющие наибольшую высоту, жестко сое-
динены со сводом, остальные связаны шарнирно, это исключает
возникновение моментов в местах их присоединения со сводом.
Проезжая часть выполнена в виде шестипролетной неразрезной
системы из плитно-ребристых элементов, армированных сварными
каркасами и объединенных над поперечными рамами. Все элемен-
ты пролетного строения изготавливали на полигоне у моста. Ароч-
1 1 Зак. 400 3 1 3
Рис. 19.5. Конструкция арочного моста через р. Енисей в Красноярске:
а — схема моста; б — поперечный разрез, в — расположение полудиафрагм в полусводе; 1 —
ригель, 2 — стенки из сборных блоков
ные пролеты собирали из полусводов массой до 1600 т, которые
транспортировали по воде попарно н устанавливали одновре-
менно.
19.3. Конструкции мостов с арками
Переход от сплошного свода к системе параллельных сводов,
а от них к параллельным аркам — пример целесообразной кон-
центрации материала в более мощных и более эффективных эле-
ментах. Поперечное сечение арок принимают при небольших про-
летах прямоугольным, а при больших пролетах — двутавровым и
коробчатым. Высоту прямоугольного сечения арки принимают
в 1,5—2 ширины его, отношение высоты сечения к пролету — от
1/40 до 1/60. При высоте арки более 1 м применяют двутавровые
сечения, а при высоте более 1,5 м — коробчатые сечения арок.
Коробчатые арки наиболее целесообразны, но по технологическим
и эксплуатационным соображениям они могут применяться только
при больших их высотах, когда обеспечивается свободный доступ
во внутреннюю их полость. Отношение высоты к пролету для дву-
тавровых и коробчатых арок несколько больше, чем для прямо-
угольных, и составляет 1/30—1/50.
В соответствии с огибающей эпюрой изгибающих моментов
высоту арок иногда проектируют переменной: в бесшарнирных ар-
ках увеличивают от ключа к опорам, а в трехшарнирных — увели-
чивают от шарниров к четвертям пролетов.
В мостах с ездой поверху количество арок в поперечном сече-
нии зависит от ширины моста. Расстояние между арками обычно
314
колеблется от 2—3 до 5—6 м. В узких местах принимают две ар-
ки, в широких количество арок увеличивают и принимают его
обычно четным. Арки связывают между собой распорками для
обеспечения их устойчивости и пространственной работы. Для
обеспечения жесткости пролетного строения в поперечном направ-
лении расстояние между осями крайних арок принимают не менее
’/2о пролета. При езде понизу и пониженной езде пролетное строе-
ние по конструктивным соображениям имеет только две арки, рас-
стояние между которыми определяется шириной ездового полотна.
Арки армируют продольными стержнями по верхней и нижней
зонам сечения. Продольную арматуру охватывают хомутами. В бес-
шарнирных арках рабочую арматуру заанкеривают в теле опоры.
В двухшарнирных арках небольших пролетов (до 50 м) могут
быть применены простейшие шарниры с применением стальных
или свинцовых прокладок и продольного стержня, воспринимаю-
щего действие поперечных сил (рис. 19.6, б).
При больших пролетах шарниры обычно выполняют стальны-
ми с цилиндрическими опорными поверхностями (рис. 19.6, г).
В местах передачи усилий от шарниров бетон усиливают сетками.
Надарочная конструкция в мостах с арками аналогична над-
сводной конструкции в мостах с параллельными сводами. Она
Рис 19 6 Конструкция монолитных арочных мостов с отдельными арками
/— шов в проезжей части, 2 — распорки между арками, 3— шарниры в иадарочных стой-
ках, 4 — арка, 5 —иадарочные стойки, 6 — свинцовый лист, 7 — водонепроницаемая мастика,
8 — осевой стержень шарнира, 9— стальной балансирный шарнир
11* 315
Рис 19 7. Конструкция сборных арочных мостов
1— готовый блок полуарка, 2 — рамы надарочного строения, 3 — сборные элементы проез
жей части; 4 — надсводная стенка, 5 — ригель, 6 —• швы между блоками, 7 — блоки арки,
8 — арка, 9— надарочная стойка, 10 — продольный прогон
включает стойки (рис. 19.6, а, в), опирающиеся на арки и поддер-
живающие проезжую часть с помощью системы продольных и
поперечных балок.
Конструкцию проезжей части в мостах с арками отделяют от
арок швами (см. рис. 19.6, а), чтобы предотвратить появление до-
полнительных усилий в ней и в надарочных стойках от совместной
работы с арками. Значительные дополнительные усилия от темпе-
ратурных деформаций могут возникать в коротких стойках, отно-
сительная жесткость которых больше, чем в длинных. На концах
этих стоек' поэтому устраивают шарниры, что исключает возник-
новение в них изгибающих моментов.
Пролетные строения мостов с арками сооружают монолитными,
сборными или устраивают сборное надарочное строение с моно-
литными арками. В полностью сборных арочных мостах арки мон-
тируют из двух полуарок (рис. 19.7, а) или из более мелких блоков
(рис. 19.7, б).
Монтаж полуарок подъемными механизмами возможен при про-
летах до 40—60 м, при доставке полуарок на плаву такие конст-
рукции применялись при пролетах до 150 м. Монтаж арок из мел-
ких блоков позволил обеспечить строительство арочного моста
с рекордным пролетом 390 м.
Надарочное строение возводят сборным из стоек, поперечных
стенок или рам, поддерживающих элементы проезжей части.
По стойкам укладывают ригели, на которые опирают плитные
или ребристые элементы проезжей части (рис. 19.7, в). Стойки
и ригели надарочной части могут быть объединены в рамные бло-
ки (см. рис. 19.7, а). Над арками вместо стоек могут быть приме-
нены стенки (см. рис. 19.7, б). По стенкам укладывают ригель, на
316
А-А
Рис 19 8 Пролетное строение из арочных дисков
который опираются блоки проезжей части. Применяют также над-
арочную конструкцию, в которой по стойкам монтируют продоль-
ные балки (рис. 19.7, г), а по ним блоки проезжей части из типо-
вых элементов балочных пролетных строений.
19.4. Пролетные строения из арочных дисков
Арочным диском называют элемент пролетного строения, в ко-
тором арка выполнена в монолите с надарочиым строением, ниж-
ний его пояс криволинеен, а верхний прямолинеен. Из двух дисков
монтируется арочное трехшарнирное пролетное строение (рис. 19.8),
поперечное сечение которого может быть ребристым (рис. 19.8, а)
или коробчатым (рис. 19.8, б). Часть стенок вблизи опор иногда
заменяют стойками, к которым монолитно присоединена проезжая
часть. Арочные диски до настоящего времени обеспечивали пере-
крытие пролетов до 120 м только в мостах с ездой поверху.
Пролетные строения из арочных дисков могут быть монолит-
ными и сборными. При благоприятных грунтовых условиях и воз-
можности доставки дисков в пролет на плаву при применении
арочных дисков может быть обеспечена максимальная степень
сборности пролетного строения (только из двух элементов).
19.5. Особенности расчета арочных мостов
Перед расчетом арочного пролетного строения прежде всего
принимают очертание оси арки или свода по квадратной параболе
или другим кривым, используя для этого справочные таблицы.
317
Толщину арок или сводов на стадии эскизного проектирования
можно принять постоянной по длине пролета.
Прн детальном проектировании желательно получить измене-
ние размеров сечения арок в соответствии с огибающей эпюрой
изгибающих моментов.
Усилия от временной нагрузки при ручных расчетах целесооб-
разно определять по линиям влияния, которые строят для разных
сечений по правилам строительной механики.
При проектировании арок рекомендуется такая последователь-
ность:
1. Исходя из условий судоходства и разбивки моста на проле-
ты назначают пролет I и стрелу подъема f арки, выбирают очер-
тание оси. По аналогии с ранее созданными конструкциями назна-
чают размеры поперечного сечения арки в ключе и по пролету.
Назначают симметричное армирование по рекомендуемым процен-
там армирования.
2. Составляют эскизный чертеж конструкции пролетного строе-
ния с проезжей частью и тротуарами, определяют собственный
вес.
3. Для статически неопределимой системы определяют лишние
неизвестные.
4. Строят линии влияния для расчетных силовых факторов,
вычисляют расчетные усилия в характерных сечениях.
5. Проверяют прочность принятых сечений арок по формулам
для внецентренного сжатия.
6. Проверяют общую устойчивость арок в плоскости и из плос-
кости кривизны.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные виды арочиых железобетонных мостов?
2. Каковы особенности конструкции арочных железобетонных мостов со
сплошными сводами?
3. Каковы особенности конструкции арочных железобетонных мостов с от-
дельными арками?
4. Каковы особенности конструкции пролетных строений нз арочных дисков?
5. Каковы особенности расчета арочных железобетонных мостов?
Глава 20
ВАНТОВЫЕ МОСТЫ
20.1. Основные элементы и область применения
вантовых мостов
Вантовым называют мост (рис. 20.1), основными элементами
которого являются балка жесткости /, наклонные ванты 2, одни,
два или несколько пилонов 3.
318
Рис 20 1. Элементы вантового моста;
/ — балка жесткости; 2 — ванта; 3 — пилон; 4 — крайняя ванта
Наклонные ванты крепятся к пилонам и поддерживают балку
жесткости, являясь для нее упругими опорами. Особую роль игра-
ют крайние ванты 4, соединяющие верх пилона с балкой жестко-
сти над опорами. Они препятствуют горизонтальным перемещени-
ям верха пилона при действии временных нагрузок и обеспечива-
ют системе жесткость в вертикальной плоскости. Ванты работают
только на растяжение, пилоны — в основном на сжатие, балка
жесткости — в основном на изгиб. Балка жесткости работает так-
же на сжатие от горизонтальных составляющих усилий в вантах.
При креплении ее к вантам во многих местах она работает как бы
на упругом основании, в ней не возникают значительные изгибаю-
щие моменты, она поэтому может иметь небольшую высоту. Балка
жесткости может опираться и на пилоны, в этом случае в зоне
опирания возникают значительные отрицательные моменты. Чтобы
их избежать, в последнее время стали отказываться от опирания
на пилоны, передавая вес балки жесткости и временной нагрузки
исключительно на верх пилонов через ванты.
Ванты могут быть гибкими и жесткими. Гибкие ванты выполня-
ют из стальных канатов или пучков параллельных проволок. Жест-
кие ванты включают в себя гибкие, заключенные в бетонные или
стальные оболочки, пустоты в которых заполняют цементным раст-
вором.
Балку жесткости и пилоны в железобетонных мостах выпол-
няют из железобетона.
Железобетонные вантовые мосты стали применять недавно. Пер-
вый из них был построен в Венесуэле через оз. Маракайбо в 1962 г.
(рис. 20.2), второй — в СССР через гавань р. Днепр в Киеве
в 1963 г. (рис. 20.3). К настоящему времени в мире существует
не более 30 вантовых железобетонных мостов, но они имеют зна-
чительные перспективы развития. Они позволяют перекрывать про-
леты до 350—500 м. Их обычно возводят на пересечении глубоких
рек, морских заливов или проливов, в устье рек, где сооружение
опор сложно и поэтому дорого.
Вантовым мостам свойственны привлекательные архитектурные
формы, поэтому их часто строят в городах.
319
В настоящее время в железобетонных вантовых мостах рекорд-
ный пролет 440 м достигнут в мосту, построенном в 1983 г. в Испа-
нии (мост Барриос де Луна).
Схемы вантовых мостов различают в зависимости от количест-
ва пилонов, системы и количества плоскостей вант.
Железобетонные вантовые мосты по фасаду могут иметь один,
два и более пилонов. При одном пилоне (рис. 20.4, а) ванты рас-
положены относительно него несимметрично, к балке жесткости
в основном пролете крепятся под различными углами, в том числе
малыми. Это требует неоднотипных конструктивных решений уз-
лов крепления, что нетехнологично, а наличие малых углов при-
крепления приводит к возникновению в вантах больших усилий и
снижению жесткости пролетного строения. Тем не менее однопи-
лоииая схема оказывается приемлемой в городских условиях по
архитектурным соображениям, так как может вписаться в ан-
самбль местности и сооружений города у реки В большом пролете
однопилонного моста могут быть установлены обычные опоры, при
этом ближайшую к вантам (см. рис. 20.4, а) размещают на рас-
Рис 20 2 Первый железобетонный вантовый мост (Венесуэла, оз. Маракайбо,
1962 г)
320
Рис 20 3 Второй железобетонный вантовый мост (Киев, 1963 г)
Рис 20 4 Вантовые мосты с одним и двумя пилонами
I'll
стоянии а1=(1-?2)а, где а — расстояние между точками крепле-
ния двух наиболее удаленных от пилона вант.
Пилон вантового моста может быть наклонен к вертикали
(рис. 20.4, б) под углом р=10-г-20°. Помимо архитектурного эф-
фекта, это позволяет передать на пилон часть горизонтального
усилия от вант основного пролета. В однопилонных мостах ванты
могут крепить к устоям. В этом случае балка жесткости упирается
в один из устоев, передавая на него горизонтальное усилие (см.
рис. 20.4, б).
Вантовые мосты с двумя (рис. 20.4, в) и большим числом пило-
нов работают как системы с воспринятым в балке жесткости рас-
пором. В них на пилоны от вант передаются только вертикальные
усилия. Это объясняется тем, что ванты в этих мостах располо-
жены симметрично относительно пилонов. Углы наклона вант
у них принимают не менее 30°, чтобы в них не возникали значи-
тельные усилия и деформации. Балка жесткости в этих мостах
может поддерживаться в большом числе точек, что благоприятно
для ее работы.
В длинных мостах (см. рис. 20.2) при возможности установки
пилонов применяются многопилонные системы, которые имеют до-
стоинства двухпилонных систем.
В вантовых мостах применяют разнообразные системы распо-
ложения вант, их «рисунки». Наиболее широко нашли применение
две системы вант: «пучок» и «арфа». В системе «пучок» (рис.
20.5, а) ванты сходятся в верхней части пилона в одной горизон-
тальной плоскости. При большом их числе это усложняет узел
крепления их к пилону. В этой системе ванты имеют разные углы
крепления к балке жесткости, средние ванты больше наклонены
к ней, что способствует уменьшению возникающих в них усилий.
При наличии в этой системе крайних опорных вант в пилонах не
возникают изгибающие моменты, они работают только на сжатие.
В системе «арфа» (рис. 20.5, б, в) ванты крепятся к пилону
в нескольких уровнях и имеют одинаковый наклон к балке жест-
кости. Узлы крепления вант к балке жесткости и к пилону в ней
однотипны.
При большом числе вант (рис. 20.5, в) эта система позволяет
унифицировать узлы крепления вант к балке жесткости и к пило-
Рис. 20 5 Схемы расположения вант
з мостах:
а — «пучок»; б, в — «арфа»
322
Рис 20 6 Плоскости расположения вант и соответствующие формы пилонов:
а, б, в — две плоскости вант, г, д, е — одна плоскость вант, 7 — балка жесткости, 2 — плос-
кость расположения вант
ну, унифицировать элементы балки жесткости и эффективно ис-
пользовать возможности их индустриального изготовления и строи-
тельства. Однако при одностороннем загружении основного пролета
пилон интенсивно работает на изгиб от горизонтальных состав-
ляющих усилий в вантах.
К недостаткам многовантовых систем относятся также трудно-
сти регулирования усилий в них.
В поперечном сечении пролетного строения ванты располагают
в одной или в двух плоскостях. В широких мостах возможно и
большее количество их плоскостей. Расстояния а между точками
крепления вант к балке жесткости в одной их плоскости изменяют-
ся в широких пределах: от 5—10 до 50—60 м. В зависимости от
этого изменяется высота h балки жесткости. Ее принимают обыч-
но постоянной по всей длине и равной ('/is—'/го)^-
Количество плоскостей вант и число вант в одной плоскости
оказывают существенное влияние на архитектурные достоинства
моста, на работу и конструкцию балки жесткости и пилонов.
Наиболее широко применяются две плоскости вант (рис. 20.6,
а, б, в). Это позволяет рассредоточить и уменьшить усилия в бал-
ке жесткости и в вантах, обеспечить благоприятные условия рабо-
ты балки жесткости при несимметричном ее загружении относи-
тельно продольной оси. При двух плоскостях вант балка жестко-
сти может иметь небольшую жесткость на кручение и быть выпол-
нена из плитных или ребристых элементов.
Вместе с тем имеют перспективу применения и мосты с одной
плоскостью вант, расположенной в зоне разделительной полосы
(рис. 20.6, г, д, е). Они имеют ряд экономических и архитектурных
достоинств: позволяют уменьшить ширину опор поперек моста,
сосредоточить материал конструкции в небольшом числе элемен-
тов, не образуют хаотических пересечений, не мешают обзору мест-
ности у моста. Однако балка жесткости при одной плоскости вант
323
работает не только на изгиб, но и на кручение при несимметрич-
ном ее загружении и должна иметь значительную жесткость при
кручении.
При расположении вант в одной плоскости используют одно-
стоечные (см. рис. 20.4, а) или А-образные (см. рис. 20.4, б) пилоны.
Одностоечный пилон и ванты в этом случае размещают в пределах
ширины разделительной полосы между проезжими частями двух
направлений движения. Одностоечные пилоны требуют меньше ма-
териала и проще в изготовлении, но узел их пересечения с балкой
жесткости сложен: пилон необходимо пропустить через балку же-
сткости с сохранением ее несущей способности в зоне ослабления.
Пилоны А-образной формы (рис. 20.6, д, е) сложнее в изготов-
лении, но обеспечивают свободный пропуск балки жесткости через
проем, обладают большей жесткостью в поперечном направлении.
При расположении вант в двух плоскостях (см. рис. 20.6, а,
б. в) проезжая часть размешается между ними, а тротуары выно-
сятся на консоли за плоскости вант. Используют при этом А-об-
разные и П-образные пилоны.
При использовании А-образных пилонов ванты располагают
в двух наклонных плоскостях, а при П-образных — в двух верти-
кальных плоскостях. Пилон П-образной формы выполняют в виде
рамы с двумя стойками, соединенными поверху распоркой. Рас-
порка воспринимает сжимающее усилие, возникающее при наклон-
ных стойках.
Высоту пилонов вантовых мостов принимают из условия обес-
печения необходимых углов наклона вант к балке жесткости, обыч-
но высота пилона составляет 0,2—0,35 центрального пролета. Боль-
шинство вантовых мостов имеют три пролета: центральный и два
боковых. Боковые пролеты обычно составляют 0,5—0,8 централь-
ного пролета.
20.2. Конструкции элементов вантовых мостов
Конструкция балок жесткости в основном зависит от ширины
проезжей части, числа плоскостей вант, расстояния между точка-
ми закрепления вант и незначительно от величины основного про-
лета. При увеличении числа вант в одной плоскости открывается
возможность выполнения балок жесткости даже из простейших
унифицированных элементов, применяемых в простейших балочных
мостах. При двух плоскостях вант в зависимости от ширины проез-
жей части и числа вант в одной плоскости балки жесткости могут
быть плитными, ребристыми и коробчатыми.
Плитные балки жесткости могут быть выполнены из унифици-
рованных пустотных плитных блоков, если расстояние между точ-
ками крепления вант не превышает 15—18 м, а ширина проезжей
части не более 8 м. Блоки в плите жесткости объединяются в по-
324
перечном направлении шпоночными стыками, а в продольном —
монолитными поперечными балками. Поперечные балки восприни-
мают также изгибающий момент, действующий в поперечном на-
правлении; их используют и для прикрепления плиты жесткости
к вантам. Конструкция вантового моста с использованием плитной
балки жесткости с основным пролетом 157 м приведена ниже (см.
рис. 20.17).
С возрастанием главного пролета почти линейно растет сжи-
мающая балку жесткости нормальная сила. Для ее восприятия
приходится выполнять балку жесткости с большей высотой.
При расстояниях между точками крепления вант 15—30 м бал-
ку жесткости можно формировать из унифицированных двутавро-
вых балок, объединяя их в местах крепления вант мощными попе-
речными монолитными балками —• диафрагмами, способными вос-
принимать изгибающий момент в поперечном направлении, вос-
принимать усилия от вант в наклонной плоскости и передавать их
на продольные балки, составляющие балку жесткости.
При тех же расстояниях между точками крепления вант нашли
применение балки жесткости, составленные из двух широко рас-
ставленных П-образных балок, по которым укладывают попереч-
ные балки проезжей части. Крайние балки размещаются в плоско-
стях вант, имеют мощные поперечные диафрагмы, к которым кре-
пятся ванты. Такая конструкция балки жесткости была впервые
применена в вантовом мосту через гавань р. Днепр в Киеве. Кон-
струкция этого моста и его балки жесткости приведена более под-
робно (см. рис. 20.10).
При ширине проезжей части более 12 м целесообразно при-
менение балок жесткости коробчатого сечения, имеющих значи-
тельную жесткость при кручении.
При одноплоскостной системе вант только коробчатая форма
сечения балки жесткости может надежно сопротивляться изгибу и
кручению. Коробчатые балки имеют большую жесткость при изги-
бе и кручении, одинаково хорошо приспособлены к восприятию как
положительных, так и отрицательных моментов, обладают хоро-
шими аэродинамическими параметрами, имеют привлекательный
вид, удобны при транспортировке и монтаже. В следующем пара-
графе приведены примеры наиболее значительных мостов с короб-
чатыми балками жесткости при одной и при двух плоскостях вант.
Рассмотрим далее в общих чертах конструкцию вант и пило-
нов.
Ванты формируют из одного или нескольких канатов: витых
или параллельных проволок. Предпочтение отдается канатам из
параллельных проволок, имеющим больший модуль упругости.
Канаты в ванте располагают плотно, объединяя их между со-
бой. В месте прикрепления вант к балке жесткости или к пилону
каждый канат ванта закрепляется отдельно с помощью анкеров,
конструкции которых аналогичны анкерам для арматурных пуч-
325
1 — проволока, 2 — зазор; 3 — лента из
стеклоткани; 4 — лента из нержавеющей
стали
ков, напрягаемых на бетон. На
рис.20.7 приведено поперечное се-
чение канатов из параллельных
проволок для вант Московского
моста через р. Днепр в Киеве.
Канат шестигранного сечения
был образован из 91 проволоки
диаметром 5 мм. При формиро-
вании канатов зазоры 2 между
проволоками 1 заполнялись по-
лимерным материалом, который
в течение 3 мес сохранял способ-
ность к вязко-пластическому де-
формированию. Канат обматыва-
ли вначале лентой 3 из стекло-
ткани, а зятем лентой 4 из нер-
жавеющей стали толщиной
0,5 мм. По окончании монтажа
канаты окрасили полимерной
краской с алюминиевой пудрой.
Для этих канатов были разработаны оригинальные анкеры
(рис. 20.8), основными элементами которых являются стакан 7
с конической внутренней полостью 8, упорный диск 1 с конически-
ми отверстиями, втулка 2 из мягкого металла.
Предварительно разведенные и расплющенные концы проволо-
ки 9 крепятся в упорном диске 1. Внутренняя полость 8 заполня-
ется смесью холодного отверждения на основе эпоксидной смолы.
Повышению выносливости проволок в местах перегиба проволок
способствует втулка 2 из мягкого металла. Стальная трубка 3 ис-
пользуется для гидроизоляции пучка у входа в анкер. Обвязочная
спираль 6 и защитная лента 5 из нержавеющей стали входят
Рис. 20.8. Конструкция аикера для каната:
/— упорный диск; 2— втулка из мягкого металла; 3 — стальная трубка; 4—уплотнение тяо-
коловое; 5 — лента из нержавеющей стали; 6 — обвязочная спираль из оцинкованной про-
волоки; 7 — стакан; 8 — внутренняя полость; 9 — проволока
326 i
в трубку, а зазор между трубкой и лентой заполняется тиоколо-
вым уплотнением 4.
Пилоны вантовых мостов имеют значительную высоту, чтобы
обеспечить оптимальные углы наклона вант к балке жесткости.
Для обеспечения необходимой их жесткости в элементах пилонов
используют коробчатое сечение. Конструкции некоторых пилонов
будут приведены ниже при рассмотрении наиболее выдающихся
вантовых железобетонных мостов.
20.3. Конструкции мостов-лидеров вантовой системы
Рассмотрим конструкции первых и наиболее ярких вантовых
железобетонных мостов, определяющих их дальнейшее развитие.
Во всем мире их построено не более 30, но в настоящее время на-
метилась тенденция их более широкого применения.
Первый железобетонный вантовый мост был построен по про-
екту итальянского профессора Р. Моранди в 1962 г. через оз. Мара-
кайбо (см. рис. 20.2) в Венесуэле. Мост имеет 135 пролетов по
схеме: 22,6+46,6X2 + 65,8 + 85 X 15+ 160+235x5+ 160 + 85Х 11 +
+ 65,8 + 46,6 X 77 + 36,6 X 20 м.
Он рассчитан на четыре полосы движения автомобилей при
ширине полос по 3,6 м и имеет два тротуара по 0,9 м.
Размер центральных пролетов определяется необходимостью
пропуска нефтяных танкеров, для которых потребовались подмо-
стовые габариты 200X45 м. Остальные пролеты определились про-
филем преграды, уменьшением высоты моста к берегам и стремле-
нием к типизации конструктивных элементов.
В мосту применены пролетные строения трех систем: балочная
в эстакадной части для пролетов 22,6; 36,6 и 46,6 м; рамно-подвес-
ная с обычным ригелем для пролетов 85 м; рамно-вантовая для
пролетов 235 м. Пролеты 160 м получились как переходные от 85
к 235 м из их консольных элементов.
В основных пролетных строениях длиной по 235 м ригель уси-
лен вантами и имеет длину 189 м (рис. 20.9). В поперечном сече-
нии он представляет собой трехсекционную коробку; толщина ее
верхней плиты переменная (17—27 см); толщина нижней плиты
20 см; толщина вертикальных стенок изменяется от 25 см на кон-
солях до 60 см над опорой; высота сечения 500 см. Концы консо-
лей подвешены к пилонам четырьмя вантами, закрепленными
в концевых поперечных балках. Ванты выполнены жесткими, каж-
дая из них включает 16 канатов, омоноличенных бетоном. На уси-
ленные вантами ригели опирается подвесное пролетное строение
длиной 45,95 м, составленное из четырех тавровых балок высотой
от 2,53 в середине пролета до 1,8 м на опорах. Такие же пролет-
ные строения приняты в эстакадной части моста.
327
Опоры центральных пролетов моста представляют собой желе-
зобетонную конструкцию, состоящую из двух независимых частей:
пилона и Х-образной опоры. Пилон выполнен в виде пространст-
венной четырехстоечной рамы высотой 92 м над уровнем озера,
а Х-образная опора составлена из четырех пар пересекающихся
наклонных стоек (см. рис. 20.9) Фундамент опор выполнен в виде
железобетонного высокого свайного ростверка, в котором приме-
нены буровые сваи диаметром 1,35 м Головы свай объединены
железобетонной подушкой толщиной 5 м
Мост Моранди еще не имеет черт, присущих современным ван-
товым мостам: балка жесткости в ней по длине имеет шарниры,
применено минимальное количество вант. Тем не менее она нашла!
применение в ряде мостов: виадуки Полчевера в Италии (1967г.),j
виадуки Вади-Эль-Куф в Ливии (1972 г.), мост Кориентес в Ар-
гентине через р. Парану (1973 г.).
Второй железобетонный вантовый мост (рис. 20.10, а) был
построен в 1963 г. через гавань р. Днепр в Киеве по проекту инж.
В. И. Кириенко. Он имеет 11 пролетов по схеме: 21X3 + 63+143+
-+63-+21 ХЗ-+17Х2 м и рассчитан на пропуск двух колон автомо-
билей; ширина его проезжей части 7 м, тротуаров — по 1,5 м.
В поперечном сечении основных пролетов расположены две
неразрезные главные балки (рис 20.10, в) высотой 1,5 м и шири-
ной 1,26 м По главным балкам устроена проезжая часть из балок
таврового сечения шириной 1,5 м, уложенных поперек моста на
Рис 20 9 Конструкция пролетного строения судоходной части моста через
оз Маракайбо
328
Рис 20 10 Конструкция вантового моста в г Киеве:
/ — стойка пилона, 2 — обжимки вант, 3—анкерные стаканы, 4—муфты, 5 — опорные части;
6 — распорка пилона
ffct> опоры
выступы главных балок. Главные балки подвешены к пилонам
вантами, в средней части основного пролета расстояние между
креплениями 17 м, в остальной части — 21 м (рис. 20.10,6). Плос-
кости вант совпадают с осями главных балок. Усилия от вант пере-
даются на стенки главных балок через короткие и жесткие диаф-
рагмы, которые размещены внутри главных балок (рис. 20.11) и
работают в основном на срез.
Рис 20 11 Схема передачи усилий иа диафрагмы
/ — плоскость ванта. 2 — ось главной балки, 3 — главная балка, 4 — диафрагма, 5 — сосредо-
точенное усилие, 6 — ось пролетного строения
329
Ванты выполнены в виде пучков стальных канатов диаметром
63—67 мм (см. рис. 20.10, б). Все ванты огибают пилон, опираясь
на общую стальную опорную часть. Закрепление вант на пилоне
осуществлено накладками с болтами. Пилоны П-образной формы
выполнены из монолитного железобетона. Балка жесткости с по-
мощью подвижных опорных частей опирается на пилоны и опоры
эстакадной части моста.
Конструктивное решение вантового моста через гавань
р. Днепр привлекло внимание многих инженеров, в том числе и за
рубежом. Оно было использовано при дальнейшем развитии ван-
товых мостов.
В 1973 г. в Голландии через р. Ваал был построен мост общей
длиной 1419 м, в том числе собственно вантовый мост (рис. 20.12)
длиной 612 м по схеме: 77,5 + 95+2674-95+77,5 м. Проезжая часть
рассчитана на пропуск четырех полос автомобильного транспорта
и имеет две полосы по 3,5 м для велосипедных дорожек и пеше-
ходов. Во избежание появления значительных температурных уси-
лий н перемещений в главном пролете пятипролетной железобе-
тонной балки жесткости были введены два шарнира. Они превра-
тили неразрезную балку жесткости в двухконсольную систему
с подвесным пролетным строением длиной 65 м. Консольно-нераз-
резные участки балки жесткости поддерживаются в двух плоско-
стях вантами на расстояниях 50,5 и 101 м от оси пилонов. Эти уча-
стки сформированы из двух крупных железобетонных коробок,
соединенных плитой проезжей части и мощными наклонными диаф-
рагмами в местах крепления вант. Плоскости расположения вант
смещены относительно оси коробок, что обеспечило требуемый
Рис. 20 12. Схема и поперечное сечение моста через р. Ваал
330
габарит проезжей части, но привело к возрастанию крутящих мо-
ментов. Мощные поперечные диафрагмы были использованы для
предотвращения закручивания балок.
Высота коробок консольно-неразрезных участков балки жест-
кости была принята постоянной по их длине и равной 3,5 м. Кон-
сольно-неразрезные участки балок жесткости опираются непод-
вижно на пилоны, а остальные опоры опираются на подвижные
опорные части.
Подвесное пролетное строение длиной 65 м выполнено из лег-
кого бетона В 42,5, состоит из четырех тавровых балок, объеди-
ненных по плите продольными монолитными монтажными стыка-
ми. Ванты выполнены из канатов, заключенных в предварительно
напряженную оболочку из бетона. Применение жестких вант обес-
печивает лучшую коррозионную защиту канатов и увеличивает
в 4—5 раз жесткость вант по сравнению с такими же вантами, но
без обоймы. Значительное повышение жесткости вант обеспечило
уменьшение изгибающих моментов в балке жесткости и повысило
жесткость главного пролета, ослабленного шарнирами.
К балке жесткости ванты крепятся в наклонных диафрагмах,
в которых канаты вант разведены и закреплены анкерами. На го-
лове пилона ванты не прерываются, они лишь закреплены к ее
стальной конструкции.
Пилоны имеют две стойки (см. рис. 20.12) прямоугольного ко-
робчатого сечения. Наверху стойки соединены между собой кре-
стообразной распоркой и заканчиваются стальными коробками,
в которых закреплены ванты.
Выдающийся пример представляет собой железобетонный ван-
товый мост Броттон через р. Сену, построенный в 1977 г. и имею-
щий пролет 320 м при высоте судоходного габарита 50 м (рис.
20.13, а). В нем реализована идея одноплоскостных многовантовых
мостов с железобетонной коробчатой балкой жесткости. Для под-
держания балки жесткости использовалась параллельная система
вант («арфа») с предельно малым расстоянием между узлами
крепления к балке жесткости, равным 5 м. Рассредоточение кана-
тов в этой миоговантовой системе не увеличило расход канатов и
улучшило условия работы балки жесткости: уменьшило изгибаю-
щие моменты в ней и усилия в местах крепления вант к ней. Это
упростило конструкцию узла крепления, а также облегчило усло-
вия для навесного монтажа. Мост рассчитан на четыре полосы
движения и имеет два тротуара по 1,5 м (рис. 20.13, б). Балка
жесткости принята коробчатого сечения с оригинальным крепле-
нием к ней вант (рис. 20.13, в). Вместо ранее применявшихся тя-
желых сплошных поперечных балок диафрагм применены сквоз-
ные конструкции — распределительные фермы. Возможность при-
менения этого решения обусловлена небольшими усилиями в
каждой из 42 вант, лежащих в одной плоскости. Параллельное
расположение вант позволило полностью унифицировать анкеров-
331
ку кабеля в балке жесткости. При этом продольная составляющая
усилия в ванте 2 передается на балку жесткости через верхнюю
плиту 1 (см. рис. 20.13, б), а вертикальная — на наклонные стен-
ки 3 через растянутые предварительно напряженные железобе-
тонные раскосы 4 под углом 45° к вертикали.
Пилоны моста (рис. 20.14) сооружены из железобетона. Каж-
дый пилон представляет собой одиночную стойку. С каждой сто-
роны к пилону подходит по 21 ванте в одной вертикальной плоско-
сти. Высота пилона над проезжей частью составляет 75,5 м. Пилон
проходит сквозь балку жесткости и заделан в нее. Вертикальное
усилие в пилоне передается на опору через неопреновые опорные
части, расположенные под балкой жесткости (разрез Б—Б на
рис. 20.14).
Поперечное сечение пилона (А—А) имеет сложную форму.
В поперечном направлении ширина сечения постоянна и равна
2,60 м; в продольном, в котором в пилоне возникают значительные
изгибающие моменты, высота сечения уменьшается снизу вверх
с 4,80 до 2,84 м. Внутри пилона предусмотрены полости для прохо-
да обслуживающего персонала. Он армирован стержнями армату-
ры с пределом текучести 400 МПа, диаметром до 56 мм и прокат-
ными двутаврами. Пилон опирается на оболочку, имеющую
диаметр 10,5 м. Фундамент под нее, сооруженный в опускном ко-
лодце, имеет внизу бетонную подушку диаметром 12,46 м.
Заслуживает особого внимания также железобетонный ванто-
вый мост через р. Колумбия между городами Паско и Кенневик
Рис 20 13 Схема моста Броттон н поперечное сеченне балки жесткости
а —схема моста, б — поперечное сечение балкн жесткости, в — узел крепления ванты. /
верхняя плита, 2 — ванта, 3 — иаклоииая стейка, 4 — раскос, 5 — арматура
332
в США, который построен в
1978 г. (рис. 20.15, а). Главный
судоходный пролет имеет длину
299 м при высоте балки жестко-
сти 214 см. Схема моста:
38+124+299+124 + 3X45 + 38 м,
длина моста 763 м, ширина меж-
ду перилами 24,4 м, в том числе
проезжей части 18,3 м. Балка же-
сткости (рис. 20.15, б) сформиро-
вана из двух треугольных коро-
бок 7, соединенных плитой 2
проезжей части и поперечными
диафрагмами 3, размещенными
через 2,7 м. Диафрагмы армиро-
ваны напрягаемой арматурой.
Балки жес!кис1и расчленены на
сборные блоки массой 270 т дли-
ной 8,2 м. Каждый такой блок
поддерживается двумя вантами,
расположенными в двух плоско-
стях.
Ванты изготовлены из парал-
лельных проволок диаметром
6 мм, число проволок в ванте из-
меняется от 83 до 283. Ванты по-
Рис 20 14 Пилон моста Броттон
ставляли с завода в полиэтиленовых оболочках, внутренний диа-
метр которых был несколько больше диаметра пучка. Пустоты
заполняли инертным газом, а после установки и натяжения вант
заполнялись цементным раствором под давлением 6—8 МПа. Верх-
ние концы вант крепились неподвижно к стальному оголовку пи-
лона, нижние — к утолщениям плиты проезжей части, где и обес-
печивалось регулирование усилий в вантах.
Балка не опирается на пилон, она только подвешена на ван-
тах. Пилон (рис. 20.16) опирается на массивную опору, имеющую
бетонный фундамент размерами 12,2X45,1 м и тело в виде пусто-
телого железобетонного ящика с размерами в плане 9,1X42,3 м.
В массивную опору заделаны железобетонные стойки пилона. Оси
их вертикальны; плоскости расположения вант слегка наклонны,
чтобы обеспечить размещение балки жесткости между стойками.
По фасаду стойки коробчатого сечения имеют ширину от 3,35 вни-
зу до 2,4 м наверху; в поперечном разрезе ширина уменьшается
от 4,57 до 3,05 м. В верхней части сечение стоек сплошное, они
здесь соединены распоркой. С каждой стороны к каждой стойке
пилона подходят по 18 вант. Они закреплены на вершине пилона
в стальных сварных коробках с помощью специальных анкеров.
В заключение приведем конструкцию пешеходного железобе-
333
Рис 20 15 Схема моста Колумбия:
а — схема моста, б — конструкция балки-
жесткости
7
Рис. 20.16. Пилон моста Колумбия
Рис 20 17 Конструкция пешеходного железобетонного вантового моста:
а — схема моста, б — конструкция балки жесткости, / — пилон, 2— ванты, 3 — плитный блок,
4 — шпоночный стык
тонного вантового моста с балкой жесткости нз унифицированных
плитных элементов, построенного в нашей стране в 1985 г. (рис.
20.17, а). Главная особенность конструкции этого моста — исполь-
зование унифицированного плитного блока 3 с продольными пу-
стотами для главного, бокового и эстакадных пролетов. Опалубоч-
ные размеры блоков сохранены, а в их армирование внесены изме-
нения, связанные с работой плиты жесткости вантового моста
и неразрезной плиты эстакады на
Блоки объединяли в попереч-
ном направлении шпоночными
стыками 4, в продольном —
встроенными монолитными попе-
речными балками. Поперечные
балки воспринимают изгибающий
момент, действующий поперек
плиты жесткости, распределяют
распор вант 2 между блоками,
обеспечивают прикрепление вант
к сборной плите жесткости 3.
В поперечной балке состыкова-
на нижняя и верхняя рабочая
арматура плитных блоков. Для
этого блоки имеют выпуски ар-
матуры. При бетонировании по-
перечных балок обеспечивалось
заполнение бетонной смесью пу-
стот блоков на глубину 50 см.
момент обоих знаков.
Рнс 2018 Узел крепления ванты к
балке жесткости
1 — цилиндрическая консоль, -? — листовая
тяга, 3 — упор, 4 — ванта
335
Ванты состоят из одного каната закрытого типа диаметром
71 мм. Узел крепления вант к плите жесткости (рис. 20.18) одно-
типен, он используется при любых углах наклона вант.
Контрольные вопросы
1 Каковы основные виды вантовых железобетонных мостов’
2 Каковы виды н конструкция балок жесткости железобетонных вантовых
мостов’
3 Каковы конструкции узлов прнсоедннення вант к железобетонным бал-
кам жесткости’
4 Каковы наиболее крупные железобетонные вантовые мосты н особенности
их конструктивного решения’
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Автоматизация расчетов транспортных сооружений /АС Городецкий, В И
Заворнцкий, А И Лайту х Лященко и др —М Транспорт, 1989 232 с
Барченков А Г Динамический расчет автодорожных мостов —М
Транспорт, 1976 199 с
Берлинов М В, Ягуиов Б А Примеры расчета оснований и фунда-
ментов Учеб пособие для техникумов —М Стройиздат, 1986 173 с
ГибшманМ Е Таблицы для расчета пролетных строений транспортных
сооружений Справочник — М Транспорт, 1985 447 с
ГибшманМ Е, Попов В И Проектирование транспортных сооруже
иий Учеб для вузов—М- Транспорт, 1988. 447 с.
Гибшман М Е, Дедух И Е Мосты н сооружения на автомобильных
юрогах Учеб для автомобильно дорожных техникумов —М Транспорт, 1981
399 с
Гольд штейн М Н, Царьков А А, ЧеркасовИ И Механика
грунтов, оснований и фундаментов Учеб для вузов—М Транспорт, 1981 320 с
Де л л ос К П Легкие бетоны в мостах —М Транспорт, 1986 184 с
Железобетонные пролетные строения мостов индустриального изготовления /
Л И Иосилевскнй, А В Носарев, В П Чирков и др — М Транспорт, 1986
216 с
Захаров Л В, Колоколов Н М, Цейтлин А Л Сборные нераз-
резные железобетонные пролетные строения мостов —М Транспорт, 1983
232 с
КостеринЭ В Основания и фундаменты Учеб для вузов —М Выс-
шая школа, 1990 431 с
Лифшиц Я Д, Онищенко М М, Шкуратовский А А Примеры
расчета железобетонных мостов К Высшая школа, 1986 263 с
Мосты и тоннели на железиых дорогах Учеб для вузов /ВО Осипов,
В Г Храпов, Б В Бобриков н др. Под ред В О Осипова — М Транспорт,
1988 367 с
Вантовые мосты / А А Петропавловский, Е И Крыльцов, Н Н Богданов
и др —М Транспорт, 1988 367 с
РвачевЮ А Машинное проектирование автодорожных мостов — М
Транспорт, 1981 256 с
СнлннК'С.ГлотовН М.ЗаврневК С Проектирование фундамен-
тов глубокого заложения —М Транспорт, 1981 252 с
Шаповал И П Проектирование мостов и путепроводов иа автомобиль
пых дорогах — К Будшельник, 1978 192 с
336
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Анкеры для закрепления пучков:
каркасно-стержневые 241
конусные 246
Аркн 314—315
Арматура для железобетонных мо-
стов 209—210
Армирование:
арочных мостов 312, 315
железобетонных свай 78—81
защитного слоя над гидроизоляци-
ей 217
неразрезных железобетонных про-
летных строений 254—257
опор эстакад 301
разрезных пролетных строений
с напрягаемой арматурой 240—246
---------ненапрягаемой армату-
рой 23ч—238
рамных мостов 305—306
эстакад 294—295
Арочные диски 317
Б
Бакелизированная фанера 115
Балки жесткости Байтовых мостов
324—325
Балконы 7
Бездиафрагменные пролетные строе-
ния 24Й—244
Бетон для железобеотонных мостов
207—209
----фундаментов 66
Бетонирование на подмостях 229
Буровые сваи 82—83
Бутизол 212
Бутобетон 66
Бытовое давление грунта 57
В
Ванты
виды 319
конструкция 325—326
Вертолетные площадки 285
Вечномерзлые грунты 45
Виадук 5
Виды
арочных мостов 310—311
балочных железобетонных мостов
227—228
вантовых мостов 320—322
городских транспортных сооруже-
ний 283
деревянных мостов 115—118
искусственных сооружений 5—8
рамных мостов 302—304
фундаментов 63, 67
Винтовые сван 83—84
Водоотвод на железобетонных мо-
стах
неупорядоченный 221
упорядоченный 221—222
Водоотводные трубки 221—222
Водоцементное отношение 209
Высота-
арок 314
габарита моста 26
дощато-гвоздевых ферм 165
клееных балок 160
ограждений на железобетонных
мостах 218
плиты проезжей части расчетная
267
сводов арочных мостов 313
ферм Гау-Журавского 162
Г
Габариты мостов 23—26
Галереи 7
Гидроизол 212
Гидроизоляционные материалы 211 —
212
Г идроизоляция
каменных мостов 203
железобетонных мостов 211—212
Гидростеклоизол 212
Глинистые грунты 43
Глубина заложения фундамента 67—
68
Горизонтальные перемещения фунда-
ментов 54
Грунты 40—45
Группы предельных состояний конст-
рукций 35—36
Д
Деревоплита 121
Деревянные настилы 137—140
Деформации грунтов 47
Деформационные швы на железобе-
тонных мостах
закрытые 222—223
заполненные 223—224
перекрытые 224—225
с гребенчатыми плитами 225
со скошенными скользящими ли-
стами 225
с плоскими скользящими листами
224—225
Длина:
деревянных свай 76
железобетонных свай 78
337
моста 12
пролета моста 29
фундамента 68
Доверительные вероятности 51
Древесина для мостов НО, 114
Ж
Жизнедеятельность клеев 213
3
Закрытие трещин в балках 281
Защитный слой иад гидроизоляцией
217
И
Изгибающие моменты'
в деревянной свае 196
— железебетоиной плите проезжей
части 266—268
— железобетонных балках 270,
273—274. 278
— клеефаиериых блоках 150
— иастиле 138—140, 172
— опускных колодцах 107—108
— поперечине 173
— прогонах 149
Интенсивность ледохода 30
— твердения бетона 208—209
История развития деревянных мостов
110—113
----железобетонных мостов 204—
207
К
Камуфлетироваиие свай 83
Канаты для вантовых мостов 325—
326
Категории требований по трещино-
стойкости 279—280
Кессоны 91
Классификация
мостов 12—15
оснований и фундаментов 40—45
Классы прочности бетонов 207
Клееные балки
конструкция 159—161
расчет 174
Клеефаиериые блоки 129—131
Клеи для бетонных конструкций
212—213
Колейный блок 122—123
Кольцевой путепровод 297
Компрессионная кривая 49
Консольные железобетонные пролет-
ные строения 248—249
Конструктивная арматура 210
Коробчатые железобетонные пролет-
ные строения
неразрезиые 252—257
разрезные 245—246
338
Косые пролетные строения 295
Коэффициенты
бокового расширения грунта 50
динамический 150
изменчивости прочности материала
38
надежности по бетону 210
------ материалу 39
>-----нагрузке 37
неравномерности распределения на-
пряжений 147—148, 151
относительной сжимаемости грунта
50
поперечной установки 142—147
пористости грунта 42
Пуассона 211
раскрытия трещин 282
рассеивания дополнительного дав-
ления 58—59
сжимаемости гоунта 49
сочетаний 37
Креи фундамента 60
Криволинейные пролетные строения
294—296
Кубиковая прочность бетона 210
Л
Легкий бетон 209
Ледорезы
кустовые 194
цилиндрические 193
шатровые 192—193
Лёссы 43—44
Линии влияния для деревянных мо-
стов 144—146, 175—176
М
Марка бетона по морозостойкости
208
Марки бетона для фундаментов 66
— стали для арматуры 209—210
Метод предельных расстояний 36
Методы расчета
пролетных строений железобетон-
ных мостов 262—263
осадок фундаментов 56
Многоэтажная автомобильная стоян-
ка 285
Многоярусные эстакады 284
Модули упругости-
арматуры 211
бетона 211
древесины 115
Модуль общей деформации грунта
50
— сдвига бетона 211
Монолитные мосты 229
Морозостойкость бетона 208
Мостовое полотно 9
----железобетонных мостов 216—
217
Мостовой переход 8
Мостоизол 212
Н
Набухающие грунты 44—45
Навесная сборка железобетонных мо-
стов 231
Навесное бетонирование мостов 229
Нагрузка на деревянные сваи 77
Нагрузки н воздействия для мостов
31—35
Надарочное строение 315—317
Надвижка неразрезного пролетного
строения 231
Надсводное строение каменных мо-
стов 201—203
Наклонные ванты 319
Наконечники круглых железобетон-
ных свай 81—82
Наполнители для клеев 213
Напрягаемая арматура 210
Ненапрягаемая арматура 210
Неразрезные железобетонные пролет-
ные строения
монолитные 249
коробчатые 252—256
ребристые 251—252
сбооные из блоков переменной вы-
соты 250—251
------постоянной высоты 250
------ цельноперевозных балок или
плит 249—250
Несущая способность-
железобетонной плиты проезжей
части 268
оснований под фундаментами 72
свай 92
—• работающих на выдергивание 96
свай стоек 95
Несущая часть пролетного строения
10
Несущие элементы проезжей части 9
Ножи круглых железобетонных свай
81—82
Нормативная нагрузка 37
Нормативные сопротивления материа-
лов 37—38
О
Обмазочная гидроизоляция 211—212
Образование трещин в железобетон-
ных балках 280—281
Объединение пролетных строений-
в неразрезные 250—252
— температурно-неразрезные 247—
24в
Ограждения на железобетонных мо-
стах 218—220
Одежда ездового полотна 217
Оклеечная гидроизоляция 212, 217
Опорные части 11
Опорные части балочных железобе-
тонных мостов
деформируемые ленточные 259
— слоистые 260
— стаканные 260—261
из металлических листов 258
катковые 259
комбинированные 261
тангенциальные 258—259
Опоры
деревянных мостов башенные 134
------ клеточные 135—136
------рамные 133—134
------ расчет 152—153, 194—198
— — ряжевые 190—i9i
----свайно-рамные 134—135,
186—189
----свайные 131 —132, 185—186
рамных мостов 307
эстакад и путепроводов 296—297,
300—301
Опускные колодцы
монолитные 88—91
сборные 91
Осадки оснований 54
Оседания 54
Отвердители для клеев 213
Отверстие моста 12
Ответвления пролетных строений
298—300
Отметка обреза фундаментов опор 68
П
Перемещение балочных пролетных
строений 282—283
Перила
на деревянных мостах 121—122
— железобетонных мостах 220
Пески 41—42
Пилоны вантовых мостов 322—324
Пластификаторы для клеев 213
Плитные железобетонные пролетные
строения
с напрягаемой арматурой 238—
240
— ненапрягаемой арматурой 231
Плотность
бетона 208
древесины 115
Подвижность бетонной смеси 209
Подмостовой судоходный габарит 27
Подпорные стенки 8
Подпорные стены городских набе-
режных 285
339
Подферменннки балочных мостов 258
Подходы к мосту 8
Показатель текучести грунта 43
Покрытие на железобетонных мостах
217
Полуарки 316
Ползучесть бетона 209
Полимеризация смолы 213
Полосы безопасности 10
Поперечины 140—141, 172—174
Попролетное бетонирование мостов
229
Предельная нагрузка на сваю 96
Предельные состояния оснований
46—48
Призменная прочность бетона 210
Примыкания к мостам и улицам 298
Прогибы
балочных железобетонных пролет-
ных строений 282
настила 141
Прогоны
простые 122—126
расчет 148—150
сложные 127—128
составные 127—129
Продольная надвижка железобетон-
ных пролетных строений 229
Проезжая часть-
деревянных мостов малых проле-
тов 120—121
----средних пролетов 156—158
железобетонных мостов 216—220
моста 9
Проект мостового перехода 20
Пролетная сборка железобетонных
мостов 231
Пролеты
арочных мостов 310
вантовых мостов 319—320
деревянных мостов 118, 154
железобетонных мостов 214—216
путепроводов 286, 288
рамных мостов 302
эстакад 288
Просадки оснований 54
Просадочные грунты 43—44
Путепровод 5
Пучки напрягаемой арматуры 240—
241
Р
Разветвления пролетных строений
298—300
Развязка «клеверный лист» 297
Раскрытие поперечных и наклонных
трещин 281—282
Расход цемента для бетона 207
340
Расчет:
арочных мостов 317—318
рамных мостов 307—308
фундаментов из опускных колодцев
104—109
— мелкого заложения 70—75
— свайных 99—104
Расчет деревянных мостов:
дощато-гвоздевых ферм 179—183
клееных балок 174
клеефанерных блоков 150—152
настила 137—140, 172
опор мостов малых пролетов 152—
153
------ средних пролетов 194—198
поперечин 140—141, 172—174
простых прогонов 148—149
сложных прогонов 148—150
ферм Гау-Журавского 174—179
Расчет железобетонных мостов:
главных балок 268—271
методы 262—263
на действие поперечной силы 276—
278
— образование и закрытие трещин
281
— прочность по наклонным сече-
ниям 275—278
------— нормальным сечениям
273—275
поперечных балок 271—273
проезжей части 263—268
Расчетные нагрузки 37
— пролеты 12, 28
Расчетные сопротивления,
арматуры 210—211
бетона 210
грунта по боковой поверхности за-
бивных свай 95
— под концом сваи 95—96
древесины 114—115
материалов 39
оснований 51—54
Ребристые пролетные строения:
с напрягаемой арматурой 240—246
— ненапрягаемой арматурой моно-
литные 232—233
--------сборно-монолитные 233—
235
--------сборные 236—238
Регуляционные сооружения 8
Рубероид 212
Рулонные материалы для гидроизо-
ляции 212
Ряжи 190—191
С
Сваи
ВНИИ транспортного строитель-
ства 85—86
деревянные 76—77
железобетонные 78—84
полые круглые 80—82
призматические 78—80
Страуса 84
Франки 85
Сваи-оболочки 80—82
Сварные арматурные каркасы 236—
237
Свободная высота под мостом 12
Своды арочных мостов 311—313
Связи в пролетном строении 10
Системы деревянных мостов 115—
118
Системы железобетонных мостов
арочные 215
балочные неразрезные 214
— разрезные 214
вантовые 215
консольные 214
рамные 215
рамно-балочные 215
Скальне грунты 41
Сквозные железобетонные фермы
257—258
Сопряжение моста с насыпью
деревянного 136—137
железобетонного 226
Срок службы деревянных мостов 115
Сроки твердения бетона 208—209
Стадии проектирования местового пе-
рехода 20—21
Станки «Беното» 87
Стойкость бетона 208
Строительная высота пролетного
строения 12
Струенаправляющие дамбы 8
Стыки
арматуры сварные 234
деревянных свай 132
свай оболочек 80—81
Т
Температурно-неразрезные пролетные
строения 246—248
Технико-экономические обоснования
и расчеты 18—20
Толщина железобетонной плнты про-
езжей части 263
— сводов арочных мостов 311—312
Тоннели 7
Траверсы у мостов 8
Транзитные эстакады 284
Транспортные развязки 297
Трещиностойкость железобетонных
балок 278—282
Тротуары
деревянных мостов малых пролетов
121 — 122
----средних пролетов 158—159
железобетонных мостов 217—219
Трубы 5
У
Узлы опирания подвесного пролетно-
го строения 256—257
Уклоны поверхности ездового полот-
на 220
Уровни воды расчетные 11
Усадка бетона 209
Усилия в железобетонных балках
главных 268—271
поперечных 271—273
\ силия в плите проезжей части же-
лезобетонных мостов 263—268
Условные сопротивления грунтов
^1—53
Ф
Фермы
деревометаллические Гау Журав-
ского 154, 161—165
дощато гвоздевые 154, 165—169
с фанерными трубами 169—172
Фольгоизол 212
Формула Рвачева 150
— Шлейхера 50
Фундамент сооружения 40
Фундаменты
из опускных колодцев 88 92
мелкого заложения 67—70
свайные 75—84
столбчатые 84—88
X
Химическая стойкость бетона 208
Ц
Цепь температурно-неразрезных про-
летных строений 246—247
Ч
Частотрамбованные сваи 85—86
Число пластичности грунта 43
Ш
Швы между блоками пролетных
строений 255
Ширина
моста 23
плиты проезжей части расчетная
265
проезжей части 24
разделительной полосы 24
распределения нагрузки по плите
проезжей части 26о
тротуаров 26, 217—218
341
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . . .........................................3
РАЗДЕЛ 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕ-
НИЯХ И ИХ ПРОЕКТИРОВАНИИ
Глава 1. Основные понятии об искусственных сооружениях на автомобиль-
ных дорогах
1.1 Виды искусственных сооружений на автомобильных дорогах ... 5
1 2 Элементы мостового перехода н мостов . . 8
1 3 Классификация мостов . . .............................12
1.4. Требования к искусственным сооружениям и направления развития
мостостроения.....................................................16
Глава 2 Основы проектирования мостов
2 1. Последовательность проектирования мостовых сооружений ... 18
2 2 Назначение ширины мостов......................................23
2 3 Обоснование размеров пролетов моста...........................26
2 4 Нагрузки н воздействия........................................31
2 5. Общие сведения о методах расчета.............................35
РАЗДЕЛ 2 ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Глава 3 Общие сведения об основаниях и фундаментах
3.1 Классификация оснований и фундаментов.........................40
3 2 Предельные состояния оснований Определение нормативных н расчет-
ных сопротивлений грунтов ................................... 46
3 3 Определение перемещений фундаментов...........................54
3 4 Выбор типа основания и фундамента.............................61
Глава 4. Конструкции и расчет фундаментов мелкого заложения
4 1. Материалы фундаментов . . . ...............65
4 2 Конструкция фундаментов мелкого заложения.....................67
4 3 Расчет фундамента мелкого заложения...........................70
Глава 5 Конструкция фундаментов глубокого заложения
5 1 Свайные фундаменты............................................75
5 2 Столбчатые фундаменты.........................................84
5 3 Фундаменты из опускных колодцев...............................88
Г лава 6 Расчет фундаментов глубокого заложения
6 1 Несущая способность свай Основные положения расчета .... 92
6 2 Расчет свайных фундаментов....................................99
6 3 Расчет опускных колодцев.....................................104
РАЗДЕЛ 3 ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ
Г лава 1 Общие сведения о деревянных мостах
7 1. Краткий исторический очерк развития деревянных мостов . . .110
7 2. Материалы для деревянных мостов.............................114
7 3. Основные системы деревянных мостов..........................115
Глава 8 Деревянные мосты малых пролетов
8 1 Компоновка и основные типы конструктивных решений мостов малых
пролетов . .... ..........................118
8 2 Конструкция проезжей части . .........................120
8.3 Конструкции пролетных строений из простых прогонов . . . .122
8 4 Конструкции пролетных строений из составных прогонов .... 127
342
8 5 Конструкции пролетных строений из клеефаиерных блоков . . .129
8 6 Опоры мостов малых пролетов . ..........................131
8 7 Сопряжение моста с насыпями подходов . .............136
Глава 9 Расчет элементов деревянных мостов малых пролетов
9 1 Расчет элементов проезжей части........................... .... 137
9 2 Распределение временной нагрузки между балками пролетного строе-
ния ............................................142
9 3 Расчет пролетных строений из простых и сложных прогонов . . .148
9 4 Расчет пролетных строений из клеефаиерных блоков...............150
9 5 Расчет опор мостов малых пролетов . ... 152
Глава 10 Деревянные мосты средних пролетов
101 Компоновка и основные типы конструктивных решений деревянных
мостов ... ...................................154
10 2 Конструкция проезжей части мостов.............................156
10 3 Пролетные строения с клееными балками.........................159
10 4 Пролетные строения с деревометаллическими фермами Гау—Журав-
ского . . . .......................... ... 161
10 5 Пролетные строения с дощато-гвоздевыми фермами................165
10 6 Пролетные строения с применением фанерных тпуб 169
Г лава 11 Расчет пролетных строении деревянных мостов средних пролетов
11 1 Расчет элементов проезжей части . 172
112 Расчет пролетных строений с клееными балками..................174
113 Расчет пролетных строений с деревометаллическими фермами Гау—
Журавского . .............................174
114 Расчет пролетных строений с дощато-гвоздевыми фермами . . .179
Глава 12 Опоры и ледорезы деревянных мостов средних пролетов
12 1 Типы опор деревянных мостов средних пролетои .................184
12 2 Конструкции деревянных свайных и свайно-рамных башенных опор 185
12 3 Конструкции ряженых опор . . ........ 190
12 4 Конструкции ледорезов . . ...........................191
12 5 Расчет опор мостов средних пролетов .... .... 194
РАЗДЕЛ 4 ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ, КАМЕННЫЕ И БЕТОННЫЕ МОСТЫ
Глава 13 Конструкция каменных и бетонных мостов
13 1 Краткие сведения о каменных и бетонных мостах . . . .199
13 2 Особенности и материалы каменных и бетонных мостои .... 200
13 3 Виды и конструкции каменных и бетонных мостов . . . .201
Глава 14 Общие сведения о железобетонных мостах
14 1 Краткие сведения о развитии железобетонных мостов .... 204
14 2 Материалы и изделия для железобетонных мостов................207
14 3 Основные системы железобетонных мостов.......................214
14 4 Конструкция проезжей части . ..........................216
Г лава 15 Пролетные строения балочных железобетонных мостов
15.1 Виды балочных мостов и области нх применения . . . . 227
15 2. Влияние способов возведения мостов на их конструкцию . . . 229
15 3. Конструкции разрезных пролетных строений с иенапригаемой арма-
турой . . .... .........................231
15 4. Конструкции разрезных пролетных строений с арматурой, напрягае-
мой иа упоры ............................................... 238
15.5. Конструкции разрезных пролетных строений с арматурой, напрягае-
мой на бетон . ...............................244
15 6. Температурио-неразрезные пролетные строения.................246
15.7. Неразрезные и консольные пролетные строения.................248
15 8 Пролетные строения со сквозными фермами .....................257
15 9 Опорные части и подферменники балочных мостов................258
343
Глава 16. Расчет и конструирование пролетных строений железобетонных
балочных мостов j
16 1 Предпосылки и методы расчета ................................2611
16 2 Определение усилий в плите проезжей части....................26з|
16 3 Определение усилий в балках 26в|
16 4 Расчет балок на прочность по нормальным сечениям.............27з|
16 5 Расчет балок на прочность по наклонным сечениям...............275
16 6 Проверка трещииостойкостн балок ..............................278
167 Определение деформаций балочных пролетных строений . . 282
Г лава 17 Транспортные сооружения в городах и на пересечениях авто-
магистралей
17 1 Виды городских транспортных сооружений........................283
17 2 Конструкции эстакад и путепроводов ...........................286
17 3 Многоярусные транспортные сооружения .........................297
17 4 Особенности расчета эстакад...................................301
Глава 18 Рамные мосты
18 1 Виды рамных мостов ......................................... 302
18 2 Конструкции рамных мостов.....................................304
18 3 ОсоОенности расчет рамиал мостов . . 307
Г лава 19 Арочные мосты
191 Виды арочных мостов и области их применения....................309
19 2 Конструкции арочных мостов со сплошными сводами . . . .311
19 3 Конструкции мостов с арками . ......... 314
19 4 Пролетные строения из арочных дисков........................ 317
19 5 Особенности расчета арочных мостов ........................ . 317
Глава 20 Вантовые мосты
20 1 Основные элементы и область применения вантовых мостов . . .318
20 2 Конструкции элементов вантовых мостов . . .............324
20 3 Конструкции мостов-лидеров вантовой системы...................327
Список литературы . . . ....... 336
Предметный указатель............................................. 337
Учебник
Саламахни Павел Михайлович,
Лукин Николай Петрович
МОСТЫ И СООРУЖЕНИЯ НА ДОРОГАХ
ЧАСТЬ 1
Предметный указатель составила К М Ивановская
Технический редактор Р. А Иванова
Корректор-вычнтчик Л В Ананьева
Корректор Л А Шарапова
И Б № 4600
Сдано в набор 180690 Подписано в печать 01 0391 Формат 60X8871$
Бум офс № 2 Гарнитура литературная Офсетная печать Усл печ л 2]*07
Усл кр отт 21 07 Уч нзд л 24,13 Тираж 4000 экз Заказ 400 Цена 3 р АуК
Изд № 1 1 1/15 3 № 4319
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ»,
103064, Москва Басманный туп 6а
Московская типография N° 4 Государственного комитета СССР по печати
129041, Москва Б Переяславская 46