Автор: Саламахин П.М.
Теги: автомобильные дороги в целом внегородские дороги городские дороги строительство
ISBN: 5-277-01067-Х
Год: 1991
Текст
Мосты
и сооружения
на дорогах
Часть 2
Под редакцией д-ра техн, наук,
проф. П. М. Саламахина
Допущено Государственным комитетом СССР
по народному образованию в качестве учебника
для студентов автомобильно-дорожных специально-
стей высших учебных заведений
МОСКВА "ТРАНСПОРТ" 1991
УДК 625.745.12(075.8)
Мосты и сооружения иа дорогах: Учеб, для вузов: В 2-х ч. Ч. 2 /
П. М. Саламахин, О. В. Воля, Н. П. Лукин и др.; Под ред. Пк М. Са-
ламахина. — М_: Транспорт, 1991. 448 с.
Учебник содержит основные сведения об искусственных сооружени-
ях на автомобильных дорогах: мостах, трубах, тоннелях, специальных
сооружениях на горных дорогах, наплавных мостах и паромных пере-
правах. В нем рассмотрены их основные 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. 237, табл. 8, библиогр. 15 назв.
Во второй части учебника разделы 5 и 10 написаны канд. техн, на-
ук, доц. О. В. Волей, разделы 7, кроме гл. 30, 8 и 9 — канд. техн, наук,
доц. В. П. Леоновым; раздел 6 и гл. 30 раздела 7 — канд. техн, наук,
доц. Н. П. Лукиным; раздел 11 и гл. 31 раздела — 8 канд. техн, наук,
доц. Л. В. Маковским.
Рецензенты: кафедра искусственных сооружений и гидравлики
Киевского автомобильно-дорожного института (канд. техн, наук
Ю. Н. Айвазов, Д. И. Згорский, А. И Лантух-Лященко, Ю. Н. Руден-
ко, А. А. Шкуратовский), начальник отдела искусственных сооружений
Государственного проектного института «Союздорпроект» Ю. В. Посто-
вой.
Заведующий редакцией Л. П. Топольницкая
Редактор К. М. Ивановская
3201020000-117
м----------------
049(01)-91
46-91
ISBN 5-277-01067-Х (ч.2)
ISBN 5-277-01065-3
© Коллектив авторов, 1991
РАЗДЕЛ 5
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МОСТЫ
Глава 21
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТАХ
21.1. Краткий исторический очерк развития
металлических мостов
К металлическим обычно относят мосты, пролетные строения
которых изготовлены из металла (чугуна, стали или алюминиевых
сплавов). Опоры металлических мостов могут быть выполнены как
из металла, так и из других материалов: камня, бетона или желе-
зобетона. В настоящее время металлические опоры строят редко.
Металл в виде цепей в примитивных висячих мостах приме-
нялся достаточно давно. По письменным источникам пешеходный
висячий мост с металлическими цепями пролетом около 100 м был
построен в 1706 г. в Китае через р. Тату и просуществовал до
1935 г.
Однако широкое использование металла в мостостроении нача-
лось с 1779 г., когда в Англии через р. Северн был сооружен пер-
вый чугунный мост с главным пролетом около 32 м. Арки моста
были выполнены из тонких и длинных криволинейных элементов
и заметно повторяли конструкцию деревянных арочных мостов.
Этот мост существует до сих пор как экспонат индустриального
музея на открытом воздухе.
Подобные мосты в конце XVIII — начале XIX вв. были построе-
ны в ряде стран, в том числе и в России, где первые чугунные ароч-
ные мосты были возведены в 1783—1784 гг. Конструкция первых
арочных мостов из чугуна, подобных мосту через р. Северн, имела
недостаточную надежность для работы под подвижными нагрузка-
ми из-за малых сечений длинных литых элементов арок и хруп-
кости чугуна. Поэтому в начале XIX в. большее применение полу-
чили чугунные арочные мосты со сводами или арками, составлен-
ными из отдельных чугунных ребристых элементов, подобных тю-
бингам, которые объединялись болтами. Они оказались более на-
дежными и удобными в изготовлении и монтаже. Выдающимся
сооружением такого типа был Благовещенский (позже Николаев-
ский, после Великой Октябрьской революции — мост лейтенанта
Шмидта) мост в Петербурге через р. Неву, запроектированный
3
и построенный в 1842—1850 гг. русским мостостроителем С. В. Кер-
бедзом. Мост имел семь арочных пролетных строений длиной от
32,6 до 47,5 м. В дальнейшем мост был реконструирован, но ароч-
ные пролетные строения в наше время были использованы при
строительстве арочного моста через р. Волгу в Твери.
В начале XIX в. началось также строительство и висячих мос-
тов, конструктивно близких к современным, пролеты которых дохо-
дили до 235 м (мост во Фрейбурге, 1834 г.). В России висячие
мосты с небольшими пролетами были построены в Петербурге,
а первый большой висячий цепной мост с пролетами по 134 м был
сооружен через р. Днепр в Киеве в 1853 г.
В первой половине XIX в. теория мостостроения не давала воз-
можности правильно оценить работу элементов висячих мостов,
учесть все действующие на конструкцию факторы. Поэтому произо-
шло большое количество обрушений из-за действия сильного ветра,
а в ряде случаев и из-за динамических воздействий временной на-
грузки, особенно в пешеходных мостах.
Чугунные арочные пролетные строения не давали возможности
перекрывать большие пролеты, висячие мосты оказались недоста-
точно надежными, а развернувшееся в середине XIX в. строитель-
ство железных дорог требовало сооружения мостов через судоход-
ные реки.
Так как чугун хорошо воспринимает только сжимающие стати-
ческие усилия, мостостроители обратили внимание на сварочное
железо, которое было хорошо известно со средних веков, но про-
мышленное производство которого началось только в конце XVIII в.
Сварочное железо близко по своим свойствам к сталям, но имеет
неоднородную слоистую структуру. Первоначально мостостроители
отнеслись к применению сварочного железа в мостах осторожно.
В первой половине XIX в. были попытки создания конструкций,
в которых сжатые элементы делали из чугуна, а растянутые — из
сварочного железа. Но настоящий переход к конструкциям метал-
лических мостов, основные идеи которых используют и в настоящее
время, начался после изобретения заклепочных соединений и про-
мышленного выпуска прокатного (листового и профильного) ме-
талла.
Заклепочные соединения применялись в Европе с начала XIX в.
(в России с 1830 г.), а выпуск прокатного металла впервые в мире
начался в Англии в 1819—1830 гг. (для различных профилей).
В России прокат металлических листов и профилей начался
в 1840 г. Одним из первых больших мостов балочной конструкции
из сварочного железа был мост Британия, построенный в 1846—
1850 гг. в Англии через Менейский пролив инженером Р. Стефен-
соном (рис. 21.1). Мост имел неразрезные балочные пролетные
строения с коробчатым сечением. Наибольшие пролеты моста были
равны 140 м. Движение поездов осуществлялось внутри пролетного
строения.
4
Рис 21 1. Мост Британия (Англия,
1850 г.)
Проектирование моста Брита-
ния и подобного ему моста через
р. Конвэй обратило внимание ин-
женеров и ученых на необходи-
мость обеспечения устойчивости
тонких листовых конструкций в
сжатой зоне сечения, а также на
правильное определение количе-
ства заклепок, соединяющих эле-
менты в сечениях. Последний
вопрос был исследован крупным
русским ученым мостостроителем
Д. И. Журавским. Такие «трубча-
тые» мосты типа моста Британия
заставили инженеров задуматься
о влиянии действия ветра и не-
равномерного нагрева солнцем на
конструкции мостов.
Балочные мосты меньших про-
летов проектировали из тонкостенных двутавров, склепанных 'из
полосового металла. Расход металла на высокие стенки коробча-
тых сечений (высота стенки моста Британия составляла 8,5 м)
с большим количеством ребер жесткости оказался настолько зна-
чительным, что стремление уменьшить расход и облегчить конст-
рукцию привел к созданию сквозной стенки с частым расположе-
нием взаимно пересекающихся раскосов (многорешетчатая систе-
ма), а затем и к созданию мостов с фермами.
Во второй половине XIX в. с появлением новых способов полу-
чения сталей (1856 г. — бессемеровская сталь, 1864 г. — мартенов-
ская сталь, 1878 г. — томасовская сталь) сварочное железо посте-
пенно вытесняется из мостостроения литым железом, близким
к современным малоуглеродистым сталям. Появление сварочного,
а затем литого железа, широкое распространение прокатного ме-
талла, применение заклепочных соединений, а также развитие
теории проектирования мостов позволили во второй половине XIX в.
создать конструкции пролетных строений, способные перекрывать
очень большие пролеты.
Строительство мостов с большими пролетами было необходимо
в связи со значительными трудностями при строительстве опор
в руслах больших рек, в морских проливах и заливах, в горных
условиях при постройке сети железных дорог, особенно в таких
странах, как Соединенные штаты и Россия. Необходимо отметить,
что практика проектирования мостов в Соединенных штатах и Ев-
ропе в это время существенно отличались; в Соединенных штатах
проектирование в основном базировалось на эксперименте, опыте
строительства; в Европе всегда старались исходить из теории расче-
та, подтвержденной практикой. Этим можно в значительной степе-
5
ни объяснить то, что в то время, как в Соединенных штатах часто
происходили обрушения мостов, построенных в XIX в., в России
была только одна авария крупного моста (мост через р Кевда,
1875 г.).
Увеличение длин пролетов балочных мостов заставило приме-
нять более рациональные по объему материалов неразрезную,
а затем балочно-консольную системы, причем балочно-консольная
система получила в конце XIX в. наибольшее распространение,
так как она практически нечувствительна к осадкам опор, имеет
гораздо меньшие перемещения от изменения температуры по срав-
нению с неразрезной, легче поддается расчету. В 1890 г был по-
строен мост с балочно-консольными фермами через Фортский за-
лив в Англии с рекордным пролетом в 521 м (рис. 21 2).
Важной особенностью Фортского моста можно считать приме-
нение трубчатых сечений для всех сжатых элементов, что значи-
тельно облегчило обтекание продетых строений ветром, создало
гораздо лучшие условия восприятия сжимающих усилий.
Одновременно с развитием балочных систем пролетных строе-
ний во второй половине XIX в получили широкое распространение
при перекрытии больших пролетов висячие мосты Большой вклад
в строительство висячих мостов сделал американский инженер
И Реблинг, который первым применил в висячих мостах мощные
проволочные кабели. Кроме того, он на основе инженерного опыта
в значительной степени предусмотрел меры, обеспечивающие
аэродинамическую устойчивость висячих мостов (применение ка-
Рис 21 2 Мост через Фортский залив (Англия, 1890 г)
6
г
беля и вантов). В 1883 г. по проекту И. Реблинга был построен
Бруклинский висячий мост в Нью-Йорке с наибольшим и то время
пролетом 486 м.
Русская школа мостостроения в XIX в. практически не отста-
вала от мирового уровня и внесла заметный вклад в науку о мос-
тах В значительной степени этому способствовало создание
в 1803 г. в Петербурге Корпуса инженеров путей сообщения и Ин-
ститута инженеров путей сообщения при нем (ныне Ленинград-
ский институт инженеров железнодорожного транспорта) Из этого
института вышли крупнейшие русские ученые-мостостроители
С. В. Кербедз, Д. И Журавский, Н А. Белелюбский, Л. Д. Проску-
ряков и другие.
С В. Кербедз (1810—1891 гг ) запроектировал и построил пер-
вый постоянный мост через р. Неву с чугунными арочными про-
летными строениями (1850 г.), первый в России металлический
мост с решетчатыми фермами через р. Луга (1853 г.), преподавал
в Институте инженеров железнодорожного транспорта.
Большой вклад в становление русской научной школы мосто-
строения внес Д. И Журавский (1821—1891 гг), который разра-
ботал теорию расчета многорешетчатых ферм, создал теорию ка-
сательных напряжений. Н. А. Белелюбский (1848—1922 гг.)
сыграл огромную роль в развитии русского мостостроения, осо-
бенно металлического. Он исследовал работу различных решеток
металлических ферм и предложил рациональную двухраскосную
решетку, которую и использовал в дальнейшем в проектировании,
первым в мире доказал рациональность замены в мостостроении
сварочного железа на литое железо и с 1883 г. начал проектиро-
вать мосты из литого железа, создал первые нормы по применению
литого железа в мостостроении. С 1886 г. он проектировал мосты
только из литого железа. Им запроектировано более 100 крупных
мостов, среди которых самый длинный в Европе (в 1880 г.) Сызран-
ский мост через р. Волгу. Н. А. Белелюбский разработал первый
в России метрический сортамент прокатных профилей, ввел типо-
вые пролетные строения металлических мостов для пролетов от
25 до 50 саженей (55—109 м).
Л. Д. Проскуряков (1858—1926 гг.) разработал и применил
стальные фермы с треугольной решеткой, полигональным и пара-
болическим верхним поясом По его проектам построено большое
количество крупных мостов через реки Неман, Волхов, Оку, Амур,
Волгу, Енисей. Л. Д. Проскуряков ввел в практику мостостроения
расчет по линиям влияния и эквивалентным нагрузкам, создал
учебники по мостам и строительной механике. Когда в 1896 г.
в Москве был открыт Институт инженеров железнодорожного тран-
спорта, он стал первым профессором кафедры мостов.
Конец XIX в и самое начало XX в. были ознаменованы в Рос-
сии строительством многих крупных металлических мостов. Это
были в основном мосты балочной системы как разрезные, так ба-
7
лочно-консольные и неразрезные. Среди них можно отметить пер-
вый консольный мост в России через р. Сулу, построенный по
проекту Л. Д. Проскурякова в 1888 г., мосты через р. Днепр в Смо-
ленске (1898 г.), через р. Днестр (1894 г.) и особенно мост через
р. Днепр у Кичкаса с пролетом 190 м (1907 г.). Пролеты разрез-
ных балочных ферм достигали 158 м. Мосты с неразрезными фер-
мами были построены через р. Вислу (1866 г.), р. Москву (1872
и 1874 гг.), р. Оку (1880 г.) и др.
Кроме мостов балочной системы, в России после 1880 г. доста-
точно часто применяли и железные арочные мосты. Первоначально
они подобно чугунным арочным мостам имели бесшарнирные арки,
которые вскоре были заменены на шарнирные. Характерным при-
мером могут служить Бородинский мост и железнодорожные мосты
на Окружной дороге около Лужников в Москве (1901 г.), построен-
ные по проекту Л. Д. Проскурякова, которые существуют до на-
стоящего времени.
Появление в XX в. современных высокопрочных сталей дало
дополнительные возможности в развитии металлического мосто-
строения. Постепенно упрощается конструкция пролетных строе-
ний, появляются новые виды соединений элементов (сварка, фрик-
ционные соединения на высокопрочных болтах) применяются
в мостах новые (для мостов) конструктивные формы — ортотроп-
ные плиты, чаще применяют замкнутые, коробчатые и трубчатые
сечения элементов. Это создает все лучшие условия для широкого
применения стальных мостов для перекрытия очень больших про-
летов. Пролеты балочных мостов достигли 548 м (Квебекский мост
в Канаде, балочно-консольная система, 1917 г.), в благоприятных
условиях применяют арочную систему, пролеты которой превыша-
ют 500 м. Наибольший пролет арочных металлических мостов
составляет в настоящее время 518 м в мосту через ущелье в штате
Новая Вирджиния (США), построенном в 1976 г.
Все большее применение в последующие десятилетия находят
висячая и вантовые системы, которые позволяют перекрывать
огромные пролеты в мостах через полноводные реки, через морские
заливы и проливы. В наше время рекордный пролет моста висячей
системы и вообще в мостах любых систем достиг 1410 м в мосту
Хамбер в Англии, построенном в 1977 г. (рис. 21.3).
Начато строительство моста через Мессинский пролив из Ита-
лии в Сицилию с пролетом более 1500 м, проектируют и строят
серию больших мостов на трассах между островами Хонсю и Сико-
ку в Японии, среди которых мост Акаси — Кайкио будет иметь
пролет в 1990 м. В последнее время в мире запроектировано и по-
строено много мостов вантовой системы, которая в современных
условиях оказалась весьма рациональной. Наибольший пролет сре-
ди осуществленных металлических вантовых мостов составляет
457 м в мосту через р. Хугли в г. Калькутте (Индия).
8
4 В Советском Союзе объем
строительства мостов, в том числе
и металлических, чрезвычайно ве-
лик. Переходы через такие боль-
шие реки, как Волга, Днепр, Ени-
сей, Обь и др., требуют сооруже-
ния мостов со значительными
пролетами. Поэтому начиная
с 1923—1924 гг. широко развер-
нулось строительство металличе-
ских мостов как на железных,
так и на автомобильных дорогах
В годы первых пятилеток были
построены крупные балочные мо-
сты через Волгу в г. Горьком и
Г» С ОПОТППа 1ТОПДО Г» бЛт/ЛГ ГЧТЛГЧ пгч
г. Каширы, через р. Днепр и др.
Значительным событием совет-
ского мостостроения было возве-
дение арочного моста под совме-
щенное движение через Старый
Днепр пролетом 224 м под руко-
водством проф. Н. С. Стрелецко-
го. Большое внимание было уде-
лено строительству новых мостов
в Москве через р. Москву. Боль-
шинство москворецких мостов, по-
строенных перед Великой Отечественной войной, имело металличе-
ские арочные пролеты (рис. 21.4).
Значительный вклад в теорию и практику мостостроения внесли
советские ученые и инженеры: Н. С. Стрелецкий, Е. О. Патон,
Б. Н. Горбунов, Г. П. Передерий, Н. М. Митропольский,
С. А. Ильясевич, В. М. Вахуркин, Г. К- Евграфов, Е. Е. Гибшман,
Н. Я. Калмыков и другие.
В послевоенные годы осуществлено строительство многих инте-
ресных металлических мостов, построено большое количество ба-
лочных сплошностенчатых конструкций, среди которых цельно-
сварные пролетные строения мостов через канал имени /Москвы
на Ленинградском шоссе (рис. 21.5) и в Крылатском в г. Москве.
Применение высокопрочных сталей, современных конструкций
и способов соединения элементов, разработка новых, рациональных
систем металлических мостов увеличили рациональную область
металлических пролетных строений. В последние десятилетия часто
использовали в мостостроении различные виды комбинированных
пролетных строений: мосты через р. .Москву в Заозерье, через
р. Москву в г. Воскресенске, через р. Обь у г. Новосибирска, через
р. Оку в г. Коломне и др. С 50-х годов одним из основных типов
9
Рис. 21.4 Арочный (Большой Устьинский) мост через р Москву в г Москве
Рис 21 5 Цельносварной балочный неразрезной мост через канал им Москвы
в г Москве
10
Рис 21 6. Вантовый мост через р. Днепр в г. Киеве
металлических пролетных строений в автодорожных мостах стали
сталежелезобетонные, в разработку теории расчета эффективных
конструкций которых большой вклад сделали профессора Е. Е.
Гибшман и Н. Н. Стрелецкий.
В последующие годы большое внимание уделяется коробчатым
цельносварным пролетным строениям (см. рис. 21.5) и вантовым
мостам. Возведены вантовые мосты в Киеве через р. Днепр
(рис. 21.6) с пролетом 300 м (1976 г.), в Риге через р. Даугаву
с пролетом 312 м (1981 г.) и в г. Череповце через р. Шексну.
В настоящее время проектируют много вантовых мостов. Среди
них мост через р. Волгу с 450-метровым вантовым пролетом.
21.2. Материалы металлических мостов
С начала металлического мостостроения использовали в основ-
ном материалы на основе железа: чугун, сварочное железо, стали.
Только в конце 40-х годов нашего столетия в мостостроении начали
изредка применять алюминиевые сплавы. В настоящее время
основной материал металлических мостов — современные строи-
тельные стали (малоуглеродистые и низколегированные).
В СССР до недавнего времени основная масса стальных мостов
была из малоуглеродистых сталей. Но в настоящее время положе-
11
ние существенно меняется и около 70% стальных мостов возводят
из низколегированных сталей.
Стали выплавляют в мартеновских или конверторных печах.
При выплавке стали из чугуна выжигают углерод. При этом вос-
станавливаются окислы железа и образуются пузырьки газа СО,
которые выделяются из расплава. Если выделение пузырьков до-
ведено до конца во время варки и сталь остывает в изложницах,
ее называют спокойной (сп). Для ускорения получения спо-
койной (раскисленной) стали в нее добавляют кремний, марганец,
алюминий в конце варки.
Если процесс раскисления стали не доведен до конца и во вре-
мя ее твердения продолжается выделение пузырьков СО, сталь
называют кипящей (к). Кипящая сталь менее однородна, что
снижает качество проката из нее. С другой стороны, спокойная
сталь имеет более высокую стоимость из-за усложнения техно-
Лшии. Криме СПОКОЙНОЙ и КИПЯЩёй СТаЛеЙ, ПРОИЗВОДЯТ И П О Л у-
спокойную (пс) сталь, которая по своим свойствам занимает
промежуточное положение. Несмотря на большую стоимость,
в мостах предпочитают применять мартеновскую спокойную сталь,
имеющую более высокие механические свойства. А в сварных кон-
* струкциях мостов применение спокойной стали является обяза-
тельным условием. Стали, применяемые в мостостроении, должны
иметь хорошие прочностные показатели, но при этом должны до-
статочно легко обрабатываться и обладать необходимыми вяз-
костью и пластичностью. В последние десятилетия не менее важна
способность свариваться.
Подобными свойствами обладают стали с содержанием углеро-
да от 0,1 до 0,3%. Увеличение количества углерода в стали (свы-
ше 0,3%) повышает не только прочность, по и хрупкость стали,
а также ухудшает свариваемость. Кроме углерода, в строительных
сталях обычно содержится ряд полезных присадок, улучшающих
отдельные ее свойства, в основном прочность: марганец (Г), крем-
ний (С), никель (Н), хром (X), медь (Д), молибден (М) и др.
Малоуглеродистые мостовые стали кроме углерода со-
держат небольшое количество марганца и кремния. В низколе-
гированные стали вводят больше легирующих добавок. Основ-
! ная малоуглеродистая сталь для строительства мостов — сталь
марки 16Д, из низколегированных сталей в мостах применяют
15ХСНД, 10ХСНД, 14Г2АФД, 15Г2АФДпс и др. По принятой
в СССР системе обозначений первые две цифры обозначают коли-
чество углерода в стали в сотых долях процента. Следующие за
цифрами, обозначающими количество углерода, буквы и цифры
показывают содержание легирующих элементов. Если после буквы
нет цифры, содержание этой легирующей добавки не превышает
1%. Если же после буквенного обозначения стоит цифра 1 или 2,
это значит, что указанный элемент имеется в стали в количестве
около 1 или 2%.
12
Кроме полезных добавок, в сталях находятся вредные примеси:
сера и фосфор. Содержание серы и фосфора в строительных ста-
лях строго ограничивается, так как сера делает сталь красно-
ломкой (плохо сопротивляющейся механическим воздействиям
при повышенных температурах), а фосфор вызывает хладно-
ломкость, т. е. хрупкость при низких температурах. Последнее
обстоятельство особенно важно для мостов. Поэтому различают
3 типа исполнения конструкций мостов и применяемых при этом
сталей: конструкции, работающие при температурах не ниже
—40°C (обычное исполнение); находящиеся в местностях с
расчетными минимальными температурами от —40 до —50 °C
(исполнение северное А); построенные в районах с минималь-
ной расчетной температурой ниже —50°C (исполнение север-
ное Б). В соответствии с типом исполнения нормируется и содер-
жание вредных примесей в сталях. Например, малоуглеродистая
сталь 16Д может применяться только при обычном исполнении,
т. е. в местностях, где минимальная расчетная температура не ниже
—40 °C.
Коррозия стали всегда была основным ее недостатком, кото-
рый требовал значительных расходов во время эксплуатации мос-
тов. Для защиты от ржавления металлические мосты необходимо
систематически окрашивать. В последнее время используют и дру-
гие способы защиты стали от окисления: оцинковку, покрытие спе-
циальными пленками. Последние способы долговечнее окраски,
но пока не получили широкого распространения в мостовом строи-
тельстве. Вероятно, наиболее рациональным методом борьбы
с коррозией мостовых стальных конструкций можно считать приме-
нение сталей, содержащих добавки меди, — сталей типа Кортен.
На поверхности конструкций из этих сталей образуется плотная
пленка окислов, которая хорошо защищает сталь от дальнейшей
коррозии. В СССР выпускаются стали такого типа — стали марок
10ХНДП, 10ХДП, 12ХГДАФ.
По прочностным показателям все стали разделены на классы,
обозначаемые буквой С и числом, показывающим величину преде-
ла текучести (физического или условного) традиционно в десятых
долях мегапаскалей. Малоуглеродистая сталь 16Д относится
к классу С23, низколегированные стали 15ХСНД и 10ХСНД —
к классам С35 и С45 соответственно. Стали класса С60 и выше от-
носятся к высоколегированным.
Кроме перечисленных сталей, применяемых в мостах в виде
проката, для изготовления опорных частей и шарниров используют
литую сталь марок 20Л, ЗОЛ и 35Л.
В висячих и вантовых мостах кабели и ванты делают из высо-
копрочной проволоки и тросов заводского изготовления.
Помимо сталей металлические мосты могут строиться из алю-
миниевых сплавов. Сплавы алюминия с медью, магнием и другими
элементами имеют высокую прочность, приближающуюся к проч-
13
ности сталей, а также малую плотность, что позволяет проектиро-
вать из них рациональные мостовые конструкции. К недостаткам
алюминиевых сплавов относятся их более высокая деформатив-
ность (в 3 раза) и вдвое больший коэффициент температурного
расширения, чем у сталей. С учетом повышенной коррозийности
некоторых алюминиевых сплавов в местах контакта с бетоном эти
недостатки ограничивают применяемость алюминиевых сплавов
в мостах. Кроме того, пока стоимость алюминиевых конструкций
мостов выше, чем стальных.
Однако несколько мостов из алюминиевых сплавов построено,
и они хорошо проявили себя в эксплуатации. В перспективе можно
предположить, что алюминиевые сплавы будут целесообразны
в разводных пролетных строениях, а учитывая повышенную хладо-
стойкость алюминиевых сплавов, и в северных труднодоступных
районах.
НрСМОТПЯ НЯ ТО, ЧТО СТЯЛЬНЫР ППЛЛРТНЫР РТПЛРНИЯ позволяют
перекрывать очень большие пролеты, приближающиеся к 2000 м,
ясно, что возможности применения стали в мостах еще далеки от
предельных. Достаточно давно делают попытки применения в мос-
тах и других металлов, в частности алюминиевых сплавов, которые
имеют прочность, близкую к прочности стали, и позволяют значи-
тельно уменьшить собственный вес пролетных строений. И хотя
в мире имеется пока еще небольшое количество мостов из алюми-
ниевых сплавов, причем пролеты балочных мостов не превышают
35 м, а арочных 90 м, можно предположить, что в будущем алюми-
ниевые сплавы смогут конкурировать со сталями при проектирова-
нии металлических мостов. Но сейчас стоимость алюминиевых
сплавов заметно выше стоимости сталей. Поэтому сталь и является
основным материалом металлических мостов.
В общем, можно отметить, что высокая прочность современных
сталей, хорошее восприятие всевозможных усилий, возникающих
в конструкциях мостов, делают рациональным применение метал-
ла при перекрытии пролетов мостов широкого диапазона с исполь-
зованием самых разнообразных систем. Весьма важно для проекти-
рования мостов отношение прочностных показателей к плотности
материала, которое в значительной степени характеризует долю
несущей способности конструкций моста, расходуемую на восприя-
тие постоянной нагрузки. Чем выше это отношение, тем меньшая
часть несущей способности идет на работу от постоянных нагрузок
и больше остается для восприятия полезной временной нагрузки.
Из всех перечисленных выше материалов, применяемых в мосто-
строении, лучшие показатели такого отношения имеют металлы.
Вместе с высокой прочностью металлов это свойство определяет
применение металлических пролетных строений при перекрытии
самых больших пролетов. Очень важны и технологические качества
металлических мостов. Индустриальность изготовления и монтажа
металлических конструкций выгодно отличает металлические мосты
14
от всех других видов мостов. Элементы металлических пролетных
строений полностью изготовляют на заводах и крупными блоками
перевозят на место строительства. На строительной площадке
обычно производят укрупнительную сборку конструкций и затем
перекрывают препятствия металлическими пролетными строениями
в самые короткие сроки, используя такие методы возведения, как
навесная сборка и продольная подвижка. В ряде случаев готовые
пролетные строения доставляют к месту установки на опоры на
плаву. Практически все работы при возведении металлических мос-
тов могут осуществляться без устройства подмостей, а в большин-
стве случаев и без устройства дополнительных промежуточных
опор.
По расходам на эксплуатацию и по долговечности металличес-
кие мосты имеют большие преимущества перед деревянными,
практически не уступают железобетонным и проигрывают только
каменным мостам, расходы на эксплуатацию которых очень ма-
лы, а долговечность измеряется столетиями.
Главным недостатком строительных сталей можно считать кор-
розию (ржавление). Под воздействием влаги, сернистых газов
и других вредных соединений металл быстро корродирует. В ме-
таллических мостах все конструкции для защиты от коррозии пе-
риодически окрашивают. Но в настоящее время имеются стали,
которые не требуют окраски для защиты от коррозии. Эти стали
(например, сталь типа кортен) под воздействием воздуха и вред-
ных примесей в нем покрываются тонким слоем окислов, которые
в дальнейшем защищают металла конструкций от коррозии.
Развитие сети автомобильных дорог требует строительства
и реконструкции большого количества мостов, в том числе и через
большие водные препятствия. Учитывая заметные преимущества
металлических мостов, особенно при перекрытии больших проле-
тов, возрастающий выпуск высокопрочных строительных сталей,
можно считать, что строительство металлических мостов, в том
числе и автодорожных, будет неуклонно расширяться. Увеличение
строительства металлических мостов определяется также необхо-
димостью возведения мостов в отдаленных и труднодоступных
районах нашей страны с суровым климатом, где постройка желе-
зобетонных мостов затруднительна.
21.3. Сортамент металла, применяемого в мостостроении
Элементы металлических мостов изготовляют из прокатного
металла. Основной вид прокатного металла, используемый в кон-
струкциях мостов,— листовой прокат. Кроме того, приме-
няют угловой прокат, швеллеры и двутавры. Листовая сталь вы-
пускается двух видов: толстолистовая и универсаль-
ная.
15
Толстолистовая сталь прокатывается между парами горизон-
тальных валков, поэтому она имеет неровные кромки и требует
строжки. Ширина листов толстолистовой стали может достигать
3000—3800 мм, длина — 12 000 мм. Но обычно наши заводы выпус-
кают листы шириной 2000—2500 мм, длиной до 8000 мм. Толщина
листов выпускается в соответствии с сортаментом от 4 до 160 мм.
Необходимо иметь в виду, что чем больше ширина и толщина
листов, тем они короче.
Универсальную (широкополосную) сталь прокатывают между
парами горизонтальных и вертикальных валков, поэтому она имеет
ровные боковые грани и не требует их обработки при изготовлении
конструкций. Ширина листов универсальной стали находится в пре-
делах 200—1050 мм. Толщина меняется от 6 до 60 мм. Наибольшая
длина листов универсальной стали достигает 18 000 мм.
В автодорожных мостах применяют листы толщиной не менее
10 мм. Только в узловых фасонках связей и накладках в стыках
ребер ортотропной плиты минимальная толщина листов может
быть 8 мм. Наименьшая толщина нерабочих прокладок в элемен-
тах металлических мостов составляет 4 мм.
Толщина листов в составных сечениях и узлах на болтах
не должна превышать 20 мм из условия возможности продавлива-
ния отверстий, а в накладках и фасонных листах соединений на вы-
сокопрочных болтах—16 мм. В сварных элементах из углеродис-
той или низколегированной стали допускается толщина листов
не более 60 мм.
Угловая сталь — наиболее применяемый в конструкциях
мостов вид профильного проката. Сортамент предусматривает два
вида угловой стали: равностороннюю и неравностороннюю.
Равносторонняя угловая сталь (равнобокие уголки) име-
ет одинаковые размеры полок и параллельные грани. Она выпуска-
ется с полками от 20 до 250 мм. Толщина полок зависит от разме-
ра полки (номера) уголка и может быть от 4 до 20—30 мм.
Неравносторонняя угловая сталь (неравнобокие угол-
ки) прокатывается с неодинаковыми полками. При этом ширина
одной полки примерно в 1,5 раза больше другой. Наибольший
неравносторонний уголок, выпускаемый заводами СССР, имеет
размеры 250X160X20 мм. Длина углового проката достигает
19000 мм.
В автодорожных ме1аллических мостах допускается применение
углового проката размерами не менее 100X100X10 мм для основ-
ных элементов главных ферм и проезжей части и не менее
80X80X7 мм в элементах связей.
Швеллеры (швеллерная сталь) имеют корытный! профиль,
состоящий из стенки и двух полок. Внутренние грани полок прока-
тывают с уклоном около 10%, что осложняет установку на них
прикрепляющих элементов: заклепок, болтов. Высота швеллеров
изменяется от-д5) до 400 мм (№ 40). Длина швеллеров
16 .
Таблица 211
Класс стали Марка стали Вид проката Толщина проката, мм Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу, МПа
по пределу текучести Ry по временно- му сопротив- лению Ru
С23 16Д Любой 20 21—40 41—60 215 205 195 340 340 340
С35 15ХСНД Любой 8-32 295 415
Листовой 33—50 285 400
С40 15ХСНД-40 Листовой 10—40 350 470
10ХСНД Любой 8—32 350 470
Листовой 33—40 350 450
15Г2АФДпс Листовой 4—32 355 490
14Г2АФД Листовой 4—50 355 490
может достигать 1900 мм. Швеллерную сталь применяют в мостах
очень редко.
Двутавры (двутавровая сталь) используют в мостах в виде
балочных конструкций. Они могут быть двух типов: обычные и ши-
рокополочные.
Обычный двутавр имеет высоту от 100 мм (№ 10) до 700 мм
(№ 70) и неширокие полки, внутренние грани которых прокаты-
вают с уклоном около 12%. Уклон внутренних граней полок, так
же как и у швеллеров, осложняет установку болтов или заклепок.
Двутавровые балки выпускают длиной до 19 000 мм.
Широкополочные двутавры изготовляют высотой до
1000 мм (№ 100). Они имеют полки шириной от 0,35 до 0,6 высоты
двутавра. Полки широкополочных двутавровых балок имеют па-
раллельные грани. Наличие широких полок, большая высота и па-
раллельные грани полок делают широкополочные двутавры более
удобными для использования в конструкциях мостов как само-
стоятельных балочных элементов.
Кроме листового и профильного проката, в мостах применяют
горячекатаные трубы, рифленую сталь, волнистую сталь и др.
Из горячекатаных труб больших диаметров делают элементы
ферм и надарочной части, а также трубчатые арочные конструкции
в автодорожных мостах.
17
На прочность и расчетные сопротивления стали, кроме марки,
влияет и толщина проката. Чем больше толщина, тем обычно ниже
однородность и прочность прокатных элементов. Особенно это от-
ражается на листовом прокате. В табл. 21.1 даны расчетные со-
противления для основных марок стали в зависимости от толщины
выпускаемого проката.
При других видах напряженного состояния сталей расчетные
сопротивления можно получить умножением основного расчетного
сопротивления Ry или Ru на следующие переходные коэффициенты:
Сдвиг ............................/?s = O,5/?jZ
Смятие торцевой поверхности (при наличии при-
гонки) ........................ RpzRu
Смятие местное в цилиндрических шарнирах
(цапфах) при плотном касании...................Rip — 0,5 Ru
Диаметральное сжатие катков (при свободном
касании) ......................../?ta-— 0,025 Ru
Растяжение в направлении толщины проката t
при t до 60 мм................................./?/д = 0,5/?и
Модуль упругости всех видов прокатной стали и стального
литья принимается равным 2,06 -105 МПа, а модуль сдвига —
0,78-105 МПа.
Применение стального проката повышенной прочности (низко-
легированных сталей) позволяет заметно снизить расход металла
в мостах и дает существенный экономический эффект. Но необхо-
димо отметить, что прирост экономии металла и снижение стои-
мости с ростом класса стали постепенно затухают. Например, по
данным ЦНИИСа Минтрансстроя СССР при переходе от сталей
класса С23 к сталям класса СЗО снижение расхода металла состав-
ляет около 9%, а от сталей класса С50 к классу С60 — примерно
3%. Снижение их стоимости с увеличением классов сталей стано-
вится совсем незначительным и не превышает 1% для высоких
классов сталей из-за увеличения стоимости сталей с ростом класса.
Поэтому в настоящее время считаются целесообразными стали
классов не выше С40, С50 для массового применения в мостах.
Применение стали более высоких классов С60 и С70 возможно
только в уникальных сооружениях, когда необходимо создание
очень мощных сечений.
Перспективным направлением в проектировании стальных мос-
тов можно считать применение сталей разных классов (от С23 до
С70) в элементах пролетных строений: более нагруженные элемен-
ты проектировать из сталей высоких классов, менее нагружен-
ные — из сталей меньшей прочности.
В настоящее время такой подход разрабатывается в ЛИСИ
(под руководством Н. И. Новожиловой) и в МИИТЕ, где большой
вклад сделал С. А. Попов.
18
21.4. Основные системы металлических мостов
Современные стали и технологии позволяют проектировать ме-
таллические мосты в виде любой (с точки зрения статики) схемы.
Главные несущие элементы пролетных строений обычно применяют
в одной из следующих основных статических систем: балочной,
арочной, рамной, вантовой и висячей. Часто металлические про-
летные строения выполняют путем сочетания основных систем (на-
пример, балочной и арочной) или добавлением отдельных элемен-
тов к основной системе.
Чаще всего металлические мосты проектируют с применением
балочной статической схемы, которая позволяет перекрывать
пролеты от малых до 300—550 м. По статической схеме балочные
мосты могут быть разрезными, неразрезными и балочно-консоль-
ными.
Ro всех видах баночных ппотетных стпоений под действием
вертикальных нагрузок возникают только вертикальные опорные
реакции. Это облегчает устройство опор, особенно при их большой
высоте. В балочных мостах главными несущими элементами могут
быть как балки со сплошной стенкой, так и балки со сквозной
стенкой (фермы).
Разрезные балочные пролетные строения перекрывают
каждый пролет отдельно, независимо от других (рис. 21.7, а).
В этом случае конструкция пролетных строений получается прос-
той, легко поддается стандартизации. Работа разрезного балочного
пролетного строения не зависит от работы соседних. В случае сла-
бых оснований возможные просадки опор не оказывают влияния
на работу пролетных строений. Но балочные разрезные пролетные
строения требуют большего расхода металла, чем неразрезные или
балочно-консольные, при прочих равных условиях. Также опоры
в случае применения разрезных пролетных строений требуют обыч-
но большего расхода материалов по сравнению с неразрезной кон-
струкцией моста из-за необходимости установки двух опорных
частей на каждой промежуточной опоре (под каждое пролетное
строение).
Поэтому разрезные пролетные строения обычно применяют для
перекрытия относительно небольших пролетов, когда их недостатки
не оказывают существенного влияния на стоимость и металлоем-
кость проекта.
Неразрезные балочные пролетные строения (рис. 21.7, б)
перекрывают обычно три или более пролетов одной главной не-
сущей балочной конструкцией. Благодаря совместной работе абсо-
лютные значения моментов уменьшаются по сравнению с разрез-
ными балками, а значит, уменьшается и расход металла. Причем
экономичность неразрезных пролетных строений нарастает с уве-
личением пролетов, так как разгружающее действие соседних про-
летов более всего проявляется от действия постоянной нагрузки,
19
Рис. 21.7. Основные системы металлических мостов:
1 — балка жесткости; 2— пилон; 3 — вант; 4 — кабель; 5 — арочный пояс; 6 — подпруж-
ная гибкая арка
20
относительное влияние которой нарастает с увеличением пролетов
и доходит до 80—90%. Кроме того, неразрезные балки удобны при
возведении моста методом продольной надвижки и позволяют осу-
ществлять монтаж методом навесной сборки. Жесткость неразрез-
ных балок выше, чем разрезных. Также неразрезные балочные
пролетные строения более удобны в эксплуатации с точки зрения
удобства проезда по ним: они не создают переломов проезжей
части над промежуточными опорами и требуют устройства дефор-
мационных швов только над опорами, где кончаются неразрезные
балки.
К существенным недостаткам неразрезных балочных пролетных
строений можно отнести чувствительность к неравномерным осад-
кам опор и большие перемещения от изменения температуры кон-
цов балок, чем в случае применения разрезных пролетных строе-
ний.
Благодаря технологичности и снижению расхода металла, а так-
же созданию надежных видов фундаментов неразрезные балочные
пролетные строения находят все большее применение, особенно
при перекрытии больших пролетов (от 80 м и выше).
Б а л о ч н о-к онсольная система (рис. 21.7, в) по своей ра-
боте близка к неразрезным балкам, так как обычно дополнитель-
ные шарниры ставят в местах, близких к нулевым точкам эпюры
моментов в неразрезных балках. Но в то же время, так как эта
система статически определима, в ней не возникают дополнитель-
ные усилия в случае просадки опор. Таким образом, она зани-
мает как бы промежуточное положение по своим свойствам между
разрезными и неразрезными балочными пролетными строениями.
Но балочно-консольная система имеет и ряд недостатков, прису-
щих именно ей. Она более чувствительна к динамическим воздей-
ствиям временной нагрузки из-за переломов профиля и шарниров,
расположенных в пролете. Устройство сопряжения консольных
частей с подвесными пролетными строениями осложняет и удоро-
жает конструкцию моста, а в эксплуатации приносит значительные
осложнения.
Недостатки, свойственные балочно-консольной системе, сильно
ограничивают ее применение в настоящее время. А возросшая кон-
курентоспособность неразрезных мостов привела к тому, что строи-
тельство металлических мостов балочно-консольной системы стало
большой редкостью, в основном в виде ферм для перекрытия про-
летов, близких к 500 м.
Арочные металлические мосты (рис. 21.7, г) строят только
в случае подходящих для этого природных условий. Расход ме-
талла на арку получается меньшим, чем в балочных мостах, так
как арочные пролетные строения являются распорной системой,
т. е. при действии на них вертикальных нагрузок на опоры переда-
ются не только вертикальные воздействия, но и горизонтальные
(распор). Но по этой же причине расход материалов на опоры
21
заметно увеличивается. Поэтому применение арочных металличе-
ских пролетных строений становится рациональным при очень хо-
роших грунтовых условиях и в случаях, когда арки хорошо вписы-
ваются в продольный профиль перехода, не вызывая большого
увеличения работ по созданию подходов к мосту. Наилучшим обра-
зом этому соответствуют горные условия. Иногда металлические
арочные мосты возводили в городах исходя из архитектурных
соображений.
Конструктивно арочные пролетные строения могут быть выпол-
нены в виде арок со сплошной стенкой или в виде арочных
ферм.
Рамные пролетные строения (рис. 21.7, д) в металлических
мостах применяют редко, в основном в переходах через большие
овраги, лощины или в путепроводах. В последнем случае особенно
важна возможность создания конструкций с малой строительной
высотой и высокой жесткостью из-за совместной работы ригеля
и стоек. Легкие металлические опоры (стойки) рамной системы
улучшают внешний вид конструкции.
Так же как и арочная система, рамная является распорной
и поэтому требует хороших грунтовых условий или мощного фун-
дирования. Относительно сложная работа и конструкция узлов
сопряжения ригелей со стойками рам снижают также применимость
рамных металлических мостов.
В вантовых мостах (рис. 21.7, е) главной несущей конструк-
цией является балка жесткости, а ванты, поддерживающие ее в
пролете, служат как бы упругими опорами. Если оттяжки ванто-
вой системы закреплены на балке жесткости, то распор восприни-
мается ею, система становится безраспорной и внешне (в отно-
шении опорных реакций) работает как балочная. Обычно вантовые
пролетные строения перекрывают два или три пролета. Вантовая
система обладает высокой жесткостью и поэтому применяется
не только в автодорожных, но и в железнодорожных мостах. Она
хорошо соответствует строительству методом навесного монтажа.
Вантовые мосты конструктивно гораздо сложнее балочных, ароч-
ных и рамных. Поэтому вантовые пролетные строения обычно при-
-меняют для перекрытия пролетов от 150—200 м.
Висячие металлические пролетные строения (рис. 21.7, ж) ис-
пользуют для перекрытия самых больших пролетов. Основным
несущим элементом в висячей системе служит кабель. Для увели-
чения жесткости висячей системы устраивают разрезную или не-
разрезную балку жесткости.
В конструктивном отношении вантовые и висячие мосты имеют
много общего.
Кроме основных систем, в металлических мостах применяют
также комбинированные системы. Чаще всего комбинированная
система создается из балочной усилением ее гибким арочным
поясом (рис. 21.7, з, и), который позволяет значительно уменьшить
22
моменты в балке. Пролетные строения комбинированных систем
могут иметь также дополнительный 'полигональный пояс, образую-
щий вместе с балкой ферму или служащий шпренгелем, поддер-
живающим балку. Иногда консольные или неразрезные балки
усиливают дополнительными подкосами.
Важной особенностью практически всех комбинированных
систем служит возможность регулирования усилий в основном ба-
лочном элементе, что создает экономичную по расходу металла
конструкцию. Металлические автодорожные пролетные строения
состоят из ряда основных элементов. Это главные несущие
конструкции (балки, арки, рамы и др.); элементы несу-
щих конструкций проезжей части (плита проезжей
части, продольные и поперечные балки — балочная клетка); элемен-
ты, образующие из главных несущих конструкций единую жесткую
пространственную систему (ветровые связи); вспомогательные
элементы (подвески висячих и арочных мостов, надарочная кон-
струкция в арочных пролетных строениях с ездой поверху и т. д.).
Все элементы металлического моста создают из проката, соеди-
няя прокатные профили. В старых мостах отдельные части соеди-
няли обычно заклепками. В настоящее время все заводские соеди-
нения выполняют на сварке, а соединения, осуществляемые во вре-
мя монтажа, делают с применением высокопрочных болтов и ш
сварки.
Соответственно различают металлические конструкции клепа-
ные (с соединениями на заклепках), цельносварные (с заводскими
и монтажными соединениями на сварке), сварные с клепаными
или болтовыми монтажными соединениями, если заводские соеди-
нения выполнены сваркой, а монтажные—на заклепках или высо-
копрочных болтах.
Контрольные вопросы
1. Какие стали используют в автодорожных мостах?
2. Какие основные виды проката применяют в стальных мостах?
3 Какие основные статические системы могут быть применены в стальных
пролетных строениях?
Глава 22 - .......
ПРОЛЕТНЫЕ СТРОЕНИЯ СО СПЛОШНЫМИ БАЛКАМИ
22.1. Виды пролетных строений со сплошными балками
В пролетных строениях со сплошными балками глав-
ным несущим элементом служит балка, в которой верхний, нижний
пояс и стенка составлены из листового прокатного металла, причем
23
стенка сделана сплошной. Обычно используют в таких балках
двутавровое или коробчатое поперечное сечение.
По статической схеме пролетные строения со сплошными бал-
ками могут быть разрезными, неразрезными или консольно-балоч-
ной системы (рис. 22.1).
В настоящее время пролетные строения со сплошными главны-
ми балками применяют в очень широком диапазоне пролетов от
20—30 м до 250—300 м. Это наиболее применимая конструкция
металлических мостов. Основным достоинством балок со сплош-
ной стенкой можно считать простоту конструкций и изготовления,
которые значительно дешевле, чем в случае применения ферм или
других типов пролетных строений.
При пролетах до 40—60 м применяют пролетные строения раз-
резной системы (рис. 22.1, а). Конструкция разрезных пролетных
Рис. 22 1 Системы мостов со сплошными балками
24
строений проста и экономически рациональна при относительно
небольших пролетах. Но если основной пролет превышает 60 м,
экономичнее неразрезные пролетные строения (рис. 22.1, б, в, г),
так как они позволяют уменьшить расход металла в пролетных
строениях и материала промежуточных опор.
При перекрытии пролетов 60—80 м применяют главные балки
со сплошной стенкой с постоянной высотой (рис. 22.1, б). Балки
со сплошной стенкой и постоянной высотой позволяют упростить
изготовление и осуществлять монтаж пролетных строений надвиж-
кой с контейнерно-тыловой сборкой в удобных условиях на подхо-
дах к мосту.
При пролетах свыше 80 м над промежуточными опорами возни-
кают настолько большие отрицательные моменты, что приходится
увеличивать высоту опорных сечений. Балки получают нижний пояс
с очертанием его по ломаной (рис. 22.1, в) или по кривой (рис.
22,1, г). В этих случаях осложняется изготовление балок и их мон-
таж. Обычно при ломаном очертании нижнего пояса стараются
сохранить постоянную высоту на большей части длины пролетного
строения.
Криволинейное очертание нижнего пояса значительно услож-
няет изготовление конструкций и поэтому применяется обычно при
очень больших пролетах, превышающих 120—150 м. Необходимо
отметить хорошие архитектурные качества балок с криволинейным
очертанием нижнего пояса.
Значительное увеличение жесткостей приопорных сечений в не-
разрезных балках с ломаным и криволинейным очертанием ниж-
него пояса приводит к заметному перераспределению моментов
и высот сечений: сечения, близкие к промежуточным опорам, тре-
буют больше материала и большие высоты, а средние сечения
могут быть осуществлены с меньшей высотой, что еще более улуч-
шает экономические показатели и внешний вид неразрезных про-
летных строений. Чаще всего проектируют трехпролетные нераз-
резные балочные пролетные строения. Но возможны неразрезные
системы и с большим количеством пролетов. Основным ограниче-
нием неразрезной длины балки обычно служат температурные де-
формации системы и усложнение конструкции деформационных
швов из-за этого.
Соотношение средних и крайних пролетов неразрезных балок
/2 : /1 обычно лежит в пределах 0,7—0,8, когда наибольшие значе-
ния моментов в соседних пролетах получают близкие значения.
Во второй половине XIX в. и в начале XX в. к неразрезным
конструкциям, особенно в случаях плохих грунтов, относились
осторожно из-за больших дополнительных усилий в случае неравно-
мерных или больших осадок опор. Поэтому вместо неразрезной
системы часто применяли балочно-консольную (рис. 22.1, д).
Последняя в настоящее время в мостах со сплошными балками
практически не применяется. Создание современных фундаментов
25
на сваях или мощных оболочках глубокого заложения позволяет
строить вполне надежные опоры и устраивать неразрезные пролет-
ные строения при любых грунтовых условиях.
Пролетные строения со сплошными балками имеют обычно езду
поверху, что позволяет упростить конструкцию проезжей части,
создает защиту несущих конструкций от атмосферных воздействий,
улучшает условия проезда автомобилей по мостам. Высота глав-
ных балок при этом полностью входит в строительную высоту.
Поэтому в случаях жестких ограничений строительной высоты, что
случается крайне редко, могут быть устроены пролетные строения
со сплошными балками и ездой понизу.
Высота главных балок в пролете h и над опорами Н зависит
от многих причин. В первую очередь она определяется требуемой
жесткостью пролетных строений и стремлением к минимальному
расходу металла. Также она может быть ограничена местными
условиями. Серьезное влияние на высоту балок оказывают проч-
ность применяемой стали (класс стали), конструкция поперечного
сечения пролетного строения, количество балок в поперечном сече-
нии и методы возведения моста. Поэтому высота балок при рав-
ных пролетах может заметно различаться в зависимости от кон-
кретных условий. Но приближенно принято назначать высоту про-
летных строений в долях перекрываемого пролета.
Разрезные пролетные строения со сплошной стенкой в автодо-
рожных мостах обычно имеют высоту балок, равную ’/12—715 про-
лета.
В сталежелезобетонных пролетных строениях, когда железобе-
тонная плита проезжей части включается в работу стальных балок,
высота балок может быть снижена до 715—7го пролета.
Высота неразрезных и консольных стальных балок при постоян-
ной высоте обычно составляет 7го—7зо пролета.
Неразрезные балки со сплошной стенкой с переменной высотой
и коробчатым сечением могут иметь очень небольшую высоту в се-
редине пролета (до 7во пролета). Наименьшие высоты в середине
пролета обычно получаются при навесном способе монтажа с двух
сторон с замыканием пролетного строения в середине пролетов.
Высота неразрезных балок с переменной высотой над опора-
ми Н обычно в 1,3—1,8 и более раза больше высоты в пролете Л.
’ 1 .‘И ’
22.2. Конструкция проезжей части д > '
Устройство проезжей части в автодорожных мостах всегда было
существенной деталью проекта потому, что конструкция проезжей
части не только в основном определяет удобство проезда по мосту,
но и оказывает заметное влияние на расход материалов в пролет-
ных строениях и на общую стоимость моста. Но в железобетонных
мостах последние обстоятельства смягчены общей относительно
26
большой массой пролетных строений, которая быстро нарастает
с ростом пролетов. В металлических же автодорожных мостах кон-
струкция проезжей части в заметной степени определяет расход
стали в пролетных строениях. Поэтому проезжая часть металличе-
ских мостов более разнообразна по используемым материалам
и конструкциям, чем в железобетонных мостах.
Конструкция проезжей части в металлических автодорожных
мостах в наибольшей степени зависит от ее уровня расположения
(езда поверху или понизу) и практически не зависит от системы
пролетного строения. В балочных мостах со сплошной стенкой
почти всегда устраивают езду поверху. В этом случае конструк-
ция проезжей части состоит из мостового полотна и несущей кон-
струкции проезжей части. В свою очередь несущая конструкция
опирается либо на балки проезжей части (балочную клетку), не-
сущие нагрузку главным балкам, либо непосредственно на главные
балкн.
В эксплуатации можно встретить металлические мосты с дере-
вянным настилом, который часто применяли в первой половине
XX в.
Чаще всего в металлических мостах делают обычную одежду
ездового полотна (см. § 14.4). В случае устройства металлической
ортотропной плиты проезжей части желательно применение облег-
ченной одежды ездового полотна. По стальному настилу может
быть уложен асфальтобетон толщиной 5—7 см со специальными
добавками или полимерное покрытие толщиной 2—3 см. Любой
тип одежды ездового полотна должен выполнять все основные ее
функции: работать как покрытие (слой износа), обеспечивать хо-
рошие условия движения и служить гидроизоляцией — защищать
нижележащие конструкции от действия атмосферных осадков.
Отвод воды с проезжей части осуществляется поперечным и про-
дольным уклонами. В прошлом поперечный уклон обеспечивали
устройством различной толщины одежды ездового полотна: мень-
шей по краям мостового полотна и наибольшей на середине про-
езжей части. В этом случае средняя толщина одежды, а соответ-
ственно и нагрузка от нее возрастали в 1,2—1,6 раза. В настоящее
время поперечный уклон делают соответствующим наклоном пли-
ты проезжей части, что, практически не создавая конструктивных
осложнений, позволяет уменьшить постоянную нагрузку от элемен-
тов проезжей части на конструкции моста.
Деревянная проезжая часть несложна и имеет небольшой соб-
ственный вес. Конструкция ее подобна устройству проезжей части
в деревянных мостах. В пролетных строениях со сплошными бал-
ками возможны конструкции в виде двойного дощатого настила
по поперечинам (рис. 22.2, а) или в виде клееной деревоплигы
с асфальтобетонным покрытием (рис. 22.2, б) (см. § 8.2). Основ-
ное преимущество деревянной проезжей части в металлических
мостах — ее малый собственный вес. Двойной дощатый настил по
27
поперечинам создает нагрузку 1,5—-1,8 кН/м2, а деревоплита с ас-
фальтобетонным покрытием — 2—3 кН/м2. Вместе с тем деревян-
ная конструкция проезжей части из-за быстрого загнивания и из-
носа требует частого ремонта. Поэтому чаще всего в металличе-
ских мостах несущим элементом полотна проезжей части служит
железобетонная плита, которая может быть выполнена как из
монолитного (рис. 22.2, в), так и из сборного железобетона
(рис. 22.2, г).
В мостостроительной практике разных стран применяют и сбор-
ные, и монолитные плиты. В СССР чаще в мостах устраивают
Рис 22 2 Виды конструкции проезжей части:
/—двойной дощатый настил, 2 — деревянная поперечина; 3 — деревянная подкладка; 4 —
асфальтобетонное покрытие; 5 — деревоплита, 6 — монолитная железобетонная плита; 7 —
сборная железобетонная плнта; 8—одежда ездового полотна, 9 — ортотропный металличе-
ский настил, /(/ — покрытие
28
сборные железобетонные плиты проезжей части. Основное преиму-
щество сборных плит в наших условиях состоит в том, что плиты
доставляют к месту монтажа в готовом виде, устанавливают их
в проектное положение и затем укладывают небольшое количество
бетона или раствора в швы омоноличивания между сборными бло-
ками. Практически все эти виды работ не зависят от погодных
условий. При часто расположенных главных балках в поперечном
сеченни, если расстояние между ними находится в пределах
2—6 м, железобетонная плита может быть оперта непосредственно
на главные балки. Если расстояние между главными балками
большое, то приходится устраивать дополнительные балки проез-
жей части и плита опирается как на главные, так и на дополни-
тельные балки. По железобетонной плите устраивают обычную
конструкцию одежды. В современных балочных мостах со сплош-
ной стенкой железобетонную плиту проезжей части, как правило,
включают в совместную работу со стальными балками. Существен-
ный недостаток конструкции проезжей части с железобетонной пли-
той в металлических мостах — большая постоянная нагрузка на
главные балки от веса плиты, составляющая 7—9 кН/м2 или от 20
до 50 кН/м распределенной нагрузки на каждую главную балку.
Возможно снижение указанных значений, если при изготовлении
плит проезжей части применить бетон на легких заполнителях.
В современных металлических мостах, особенно при перекры-
тии больших пролетов (от 80—100 м и выше), применяют проез-
жую часть с металлическим ортотропным настилом (рис. 22.2, д).
Распределенная нагрузка от веса проезжей части с металлическим
настилом обычно лежит в пределах от 2 до 3,5 кН/м2 в зависи-
мости от типа покрытия. Покрытие ездового полотна, устраивае-
мого по ортотропной плите, должно иметь хорошую связь с поверх-
ностью металла, что может быть достигнуто наваркой на нее арма-
турных стержней. Элементы ортотропного настила состоят из го-
ризонтального стального листа толщиной 12—18 мм, подкреплен-
ного ребрами, приваренными к нему с шагом 25—35 см (рис. 22.3).
Высота ребер может быть принята в пределах '/а—'/ю их пролета,
т. е. расстояния между поперечными балками, поддерживающими
настил.
Прикрепляющие настил ребра могут быть выполнены из прока-
та разного профиля. При этом ребра могут иметь как открытый
профиль, так и замкнутый.
Очень часто применяют ребра из полосовой стали (рис. 22.3, а)
толщиной 12—16 мм и высотой около 200 мм. Это наиболее прос-
той вид ребер ортотропных плит, но он не всегда эффективен из-за
необходимости обеспечения устойчивости свободного края ребра
в сжатой зоне. С этой точки зрения более рациональны швеллер-
ные, уголковые или тавровые ребра жесткости (рис. 22.3, б, в, г).
Но они гораздо менее рациональны по расходу металла на орто-
тропный настил и поэтому их применяют реже.
29
a)
6)
В)
LULL
350-WO
г)
Рис 22 3. Виды ортотропного настила
___WJQ-600 ।
Иногда в ортотропном настиле используют специальный про-
филь из полосовой стали с утолщением на одном крае (рис. 22.3, д).
Этот тип ребер занимает промежуточное положение по показате-
лям между ребрами из полосовой стали и из профильного металла.
В современных конструкциях находят применение ребра зам-
кнутого профиля из прокатных уголков (рис. 22.3, е) или из гну-
того листа (рис. 22.3, ж, з). При этом возрастает жесткость орто-
тропного настила и уменьшается число сварных швов, так как
ребра замкнутого сечения ставят через 50—70 см.
Ортотропный настил опирается на поперечные балки и обычно
входит в сечение главных балок как верхний пояс. Применение
ортотропного настила целесообразно при пролетах более 80—100 м.
, *' 22.3. Балочная клетка проезжей части
В балочных мостах со сплошной стенкой конструкция проезжей
части опирается непосредственно на главные балки или передает
давление на систему дополнительных балок—балочную клетку.
Опирание конструкции проезжей части прямо на главные балки
(рис. 22.4, а, б) обычно устраивают при небольших (до 4—6 м)
расстояниях между ними. Если расстояние между главными балка-
ми превышает 3—4 м для уменьшения пролета несущей части
настила могут быть установлены продольные, поперечные или те
и другие балки проезжей части.
30
В пролетных строениях со сплошной стенкой с железобетонной
плитой проезжей части балочную клетку только из поперечных
балок (рис. 22.4, в) устраивают редко. В этом случае плита проез-
жей части имеет пролет вдоль движения, причем этот пролет бу-
дет равен расстоянию между поперечными балками и может быть
довольно большим. Обычно шаг поперечных балок совпадает с ша-
гом поперечных связей, и они представляют единую конструк-
цию.
В случае применения ортотропного настила основным реше-
нием служит конструкция с поперечными балками (рис. 22.4, г),
которые входят в состав ортотропной плиты и передают нагрузку
на главные балки.
При относительно больших расстояниях между главными бал-
ками и железобетонной плите наиболее распространена балочная
клетка с продольными и поперечными балками (рис. 22.4, д, е).
Расстояние между продольными балками равно 2—3 м. Попереч-
ными балками могут служить поперечные связи (см. рис. 22.4, е).
В мостах со сплошной стенкой продольные балки опирают на верх
поперечных балок (этажное сопряжение). Чтобы уменьшить допол-
нительные напряжения в балках проезжей части от влияния де-
Рис. 22 4. Конструкция балочной клетки:
/— главная балка; 2 — поперечная балка; 3— продольная балка, 4—поперечная балка,
объединенная с поперечными связями пролетного строения
31
Рис. 22.5. Сопряжение продольных балок с поперечными:
/ — поперечная балка, 2— продольная балка; 3 — опорная часть; 4— консольный лист
формаций верха главных балок желательно опирание продольных
балок на поперечные делать продольно подвижным. Такой тип
опирания может быть осуществлен применением специальных
опорных частей, закреплением продольных балок над поперечны- >
ми консольным листом (рис. 22.5, а, б). ;
Последний вид прикрепления обеспечивает возможность не-
больших продольных перемещений продольных балок за счет гиб- ,
кости консольного листа.
Обычно продольные балки делают неразрезными. Если бы про-
дольные балки были жестко закреплены на поперечных, в них
возникли бы дополнительные осевые усилия, а в поперечных бал-
ках— изгиб в горизонтальной плоскости и кручение (рис. 22.6).
Это объясняется тем, что верхние пояса главных балок, находя-
щиеся в уровне установки продольных балок, под действием про-
дольной силы N при изгибе деформируются от вертикальной на-
грузки Р и заметно изменяют свою длину и расстояния между
верхними поясами поперечных балок. При продольно-подвижном
закреплении неразрезных продольных балок балочная клетка
практически не включается в ра-
боту главных балок. Балочная
клетка чаще всего выполняется
из двутавровых сечений со сплош-
ной стенкой. При небольших про-
летах (до 3—4 м) балки могут
быть выполнены из прокатных
двутавров, при больших проле-
тах их сваривают из листового
проката. Высота балок составля-
ет ‘/в—Vi2 их пролета.
Если пролетное строение имеет
большие расстояния между глав-
ными балками, рациональны по-
перечные балки в виде ферм.
1____\ к ?
Рис. 22.6. Схема возможных дефор-
маций элементов балочной клетки от
участия ее в работе главных балок:
/ — главная балка; 2 — продольная балка;
3 — поперечная балка
32
Сквозные поперечные балки могут быть совмещены с попереч-
ными связями пролетного строения или могут входить как верхний
элемент в их конструкцию (см. рис. 22.4, в, е).
22.4. Тротуары и перила металлических мостов
Современный подход к проектированию конструкции тротуаров
н ограждений, так же как и в проектировании элементов проезжей
асти, заключается в максимальном снижении нагрузок от них на
несущие конструкции при обеспечении удобства и безопасности
движения по мосту.
Общие требования к тротуарам и ограждениям металлических
постов такие же, как и в железобетонных мостах (см. § 14.5).
Тротуарные конструкции в металлических мостах опирают
.рис. 22.7) на консольные железобетонные плиты или на специаль-
ые металлические консоли, представляющие продолжение попе-
ечных балок или поперечных связей. Возможно устройство тро-
уаров на специальных тротуарных блоках или в уровне проезжей
шсти. В последнем случае тротуар отделяют от предохранитель-
юй полосы или проезжей части специальным ограждением. Шири-
гу тротуара Ьт принимают кратной 75 см, но не менее 1 м. Уклон
фоезжей части i обычно равен 20%о.
Если железобетонная плита имеет выступающие части (распро-
граненное решение в ряде типовых проектов), то тротуары могут
'•ыть устроены, как показано на рис. 22.7, а, б. Для внутрихозяй-
ственных, IV и V категорий дорог возможно ограждение в виде
'ордюра тротуара высотой 30—35 см (см. рис. 22.7, а). На дорогах
’юлее высокой категории необходимо устраивать парапетные или
.арьерные ограждения.
В настоящее время часто используют в проектах металличе-
ких мостов пониженное расположение тротуара как в случае
стройства железобетонной плиты проезжей части (рис. 22.7, в, г,
), так и на металлической ортотропной плите (рис. 22.7, ж, з).
1ри этом тротуар можно разместить как на специальных железо-
бетонных блоках (см. рис. 22.7, а, б, в, д), так и непосредственно
а плите проезжей части (см. рис. 22.7, г, е, ж, з). В мостах, где
-:е требуется устройство пешеходных тротуаров, делают служебные
ротуары шириной 75 см. В этом случае ограждения и перила
бычно совмещают и делают их из металла (рис. 22.7, е).
В пределах предохранительной полосы перед парапетным или
'арьерным ограждением полезно делать полосу шириной 50 см,
а 4—5 см возвышающуюся над уровнем покрытия.
В зависимости от типа ограждения и уровня расположения
ротуара его поверхности придают уклон 15—20%о в сторону
фоезжей части или в сторону края моста.
На тротуарах рекомендуется предусматривать цементобетон-
Зак. 578 33
Рис. 22.7. Виды тротуаров и ограждений, применяемых в автодорожных метал-
лических мостах:
/ — перильное ограждение; 2 — тротуарный блок; 3 — гидроизоляция; 4 — жесткое огражде-
ние; 5 — ограждение барьерного типа; 6 — карнизный блок; 7 — монолитный тротуар; 5 —
ограждение проезжей части, совмещенное с перильным ограждением; 9 — поручень; 10 —
уголок; 11 — швеллер
34
ное покрытие толщиной не менее 40 мм. Возможно устройство по-
крытия ji3 литого асфальта толщиной не менее 20 мм.
Перильное ограждение в современных металлических мостах
делают из прокатного металла легкой конструкции (рис. 22.7, и).
Подобная конструкция перильного ограждения наиболее распро-
странена. Эта конструкция перил не сложна, проста в изготовле-
нии, а также соответствует современным архитектурным требо-
ваниям.
Все конструкции — тротуарные блоки, ограждения, перила —
должны быть достаточно прочны и надежно закреплены на несу-
щих конструкциях моста. Ограждения должны быть рассчитаны
на удар от наезда автомобиля.
22.5. Конструкции деформационных швов
В местах сопряжения соседних металлических пролетных
строений или пролетных строений и устоев проезжая часть пре-
рывается и конструкции моста разделяются деформационными
швами достаточного размера. Размер деформационного шва опре-
деляется в основном деформациями пролетных строений от изме-
нений температуры и от действия временной нагрузки (рис. 22.8).
Температурная деформация может быть вычислена по обычным
формулам физики (Д«=а/Д/), но при этом нужно учитывать, что
перепад температуры Д/ берут как разность расчетных минималь-
ных и максимальных температур для данной местности, а длину
Itz) —как суммарную длину между соседними неподвижными
опорными частями для шва, расположенного между ними
(рис. 22.8, а). Временная вертикальная нагрузка вызывает изгиб
балки (рис. 22.8, б). В результате длина нижнего пояса увеличится,
Рис. 22.8. Схемы для определения перемещений в деформационных швах
2* 35
подвижная опорная часть переместится на величину At/. При этом
опорные сечения балки наклонятся внутрь пролета на углы ун
и 7п, а в уровне проезжей части получатся перемещения Дн=унЛн
и &n=ynhn—&y.
Исходя из указанных предпосылок можно с достаточной точ-
ностью определить суммарное раскрытие деформационного шва.
В значительно меньшей степени на раскрытие деформационного
шва влияют изгиб балок от неравномерного нагрева пролетного
строения, а также от ползучести, усадки железобетонной плиты
проезжей части, включенной в работу балок.
Для ориентировочных расчетов можно принимать, что полное
раскрытие деформационного шва равно 0,0012 длины, с которой
собираются температурные деформации (в сантиметрах). Так как
металлические пролетные строения обычно применяют для пере-
крытия пролетов от 40 м и выше, в деформационных швах металли-
ческих мостов необходимо обеспечивать перемещения не менее
50 мм. По концам длинных пролетных строений могут понадобиться
деформационные швы, перекрывающие зазор между торцами балок
в несколько десятков сантиметров. И только в случае установки
двух неподвижных опорных частей на одной промежуточной опоре
или над устоем с неподвижной опорной частью, где перемещения
малы, деформационные швы могут иметь простую конструкцию,
подобную описанным в § 14.6.
Любая конструкция деформационного шва должна соответ-
ствовать ряду основных требований:
1) быть надежной и удобной в эксплуатации, т. е. достаточно
прочной, жесткой, удобной для осмотров, очистки и ремонта;
2) не создавать резкие переломы профиля и дополнительные
динамические воздействия на конструкции мостов;
3) по возможности быть герметичной, не пропускать воду и
грязь на нижележащие конструкции.
Эти требования учтены в конструкциях деформационных швов
металлических мостов, обеспечивающих перемещение от 50 мм
и выше. Эти конструкции разработаны и применяются в СССР.
При перемещениях от 50 до 200 мм может быть использована
конструкция шва с резиновыми компенсаторами (рис. 22.9, а).
Каждая неопреновая трубка обеспечивает деформацию 15 мм.
Таким образом, на рис. 22.9, а показан шов для деформаций 45 мм.
Устанавливая в швы большее количество трубок, можно создать
деформационный шов для деформаций до 225 мм. Неопреновые
трубки приклеивают к металлическим пластинам, и шов получа-
ется полностью герметичным, т. е не пропускает воду и грязь на
нижележащие конструкции.
Перемещения 100—300 мм могут быть перекрыты стальным
листом, один конец которого закреплен на одном пролетном строе-
нии, а другой конец может скользить по уголку, установленному
на плите соседнего пролета (рис. 22.9, б). Чтобы перекрываю-
36
Рис 22 9 Конструкция деформационных швов:
/ — окаймление, 2 — крайняя стальная пластина заполнения, 3 — компенсатор, 4 — промежу-
точная стальная пластина заполнения, 5— ребро жесткости, 6 — ниша для опорной балоч
кн, 7 — опорная балочка, 8 — скользящий лист, 9— резиновая прокладка, 10 — гидронзоля
дня, И— переходная плита, 12— мастика, 13 — высокопрочный болт, 14 — гребенчатая пли-
та, 15— пружина в обойме, 16 — прижимная балка 17 — лоток, 18— анкер, 19 — антифрик-
ционный материал, 20 — откатная плита 21 — опорные прокладки
щий лист был всегда плотно прижат к уголку, в шве имеется пру-
жинная оттяжка. Вода, которая может пройти через шов, собира-
ется в поперечный лоток, крепящийся к пролетным строениям.
Лотку придается поперечный уклон не менее 50%о.
Если перемещения составляют 200—300 мм, конструкция шва
становится более сложной (рис. 22.9, в). Перекрывающий лист
не закрепляется с одной стороны, а свободно лежит на уголках,
по которым может скользить. Пружина в обойме и прижимная
балка обеспечивают постоянное касание перекрывающего листа
уголков и одинаковое раскрытие шва с двух сторон. С каждой сто-
37
роны возможно перемещение, равное половине полного. Водоот-
водные лотки, как и в предыдущем случае, защищают конструкции
от попадания на них воды и грязи.
Перекрытие швов в диапазоне от 100 до 400 мм может быть
создано гребенчатыми конструкциями (рис. 22.9, г). Гребенчатые
деформационные швы могут иметь консольные и скользящие пли-
ты. Консольная конструкция гребенчатого шва возможна при
перемещениях до 200 мм, а скользящая — при больших переме-
щениях.
Швы с деформациями 400—600 мм и более имеют наиболее
сложную конструкцию. Вариант шва такого типа (рис. 22.9, д) был
применен в мосту через р. Днепр. Основными элементами конструк-
ции служат перекрывающие листы и откатные плиты, которые
опираются и скользят по опорной балке. Для уменьшения трения
на опорной балке сделано покрытие из антифрикционного материа-
ла (фторопласта). Защита конструкций моста от увлажнения
и загрязнения достигается устройством резинового водоотводного
лотка. Все элементы деформационных швов должны быть рассчи-
таны на воздействие временной нагрузки с учетом динамики.
22.6. Типы поперечных сечений пролетных строений
В мостах со сплошной стенкой применяют два основных типа
сечения: с двутавровыми главными балками и коробча-
тыми.
Вид поперечного сечения пролетного строения, а также коли-
чество главных балок в нем в значительной степени зависят от
перекрываемых пролетов и ширины проезжей части. Но также
конструкция поперечного сечения зависит и от конструкции плиты
проезжей части. В настоящее время в основном проектируют ме-
таллические мосты с железобетонной или стальной ортотроп-
ной плитой проезжей части. Железобетонную плиту проезжей
части в современных мостах практически всегда включают в рабо-
ту главных балок, особенно в зоне положительных моментов, где
плита проезжей части оказывается в сжатой зоне сечения.
В мостах с железобетонной плитой проезжей части вид попереч-
ного сечения в значительной степени определяется разумным про-
летом плиты (2—6 м).
Исходя из стремления уменьшить нагрузку от веса железобе-
тонной плиты проезжей части и упрощения конструкции часто
в проектах принимали расстояние между главными балками 2—
3,5 м, что соответствует рациональному пролету железобетонной
плиты (рис. 22.10, а, з). В такой конструкции поперечного сечения
плита может быть оперта прямо на главные балки, а высота
балок принята относительно небольшой, так как постоянная и вре-
менная нагрузки распределяются на большое количество балок.
38
Рис 22 10. Поперечные сечения пролетных строений со сплошной стенкой и же-
лезобетонной плитой проезжей части
Но если строительная высота пролетного строения не ограничена,
а ширина проезжей части не очень велика, устраивают поперечное
сечение с двумя главными балками с опиранием плиты только на
главные балки (рис. 22.10, б). Расстояние между главными бал-
ками в таком типе поперечного сечения обычно не превышает
6 м.
При большей ширине проезжей части, если в сечение входят
только две главные балки, для уменьшения пролета, а значит,
и толщины железобетонной плиты проезжей части устраивают б а-
лочную клетку (рис. 22.10, в, г). Расстояние между главны-
ми балками в этом случае зависит от количества продольных
балок в поперечном сечении. Пролет плиты в таких конструкциях
не превышает 3,5 м, поэтому расстояние между главными балками
при одной продольной балке обычно составляет 6—7 м, а при не-
скольких соответственно увеличивается.
39
Поперечные сечения с двумя главными балками становятся
более эффективными с увеличением перекрываемых пролетов.
Возможно опирание плиты проезжей части не только на про-
дольные элементы поперечного сечения, но и на поперечные
балки (см. рис. 22.10, з). При достаточно часто расположенных
поперечных балках в такой конструкции плита работает как опер-
тая по контуру, что позволяет уменьшить ее толщину.
В последние десятилетня все чаще мосты с железобетонной
плитой проезжей части делают с коробчатыми балками. Ко-
робчатые балки хорошо сопротивляются кручению и более равно-
мерно, чем двутавровые, распределяют временную нагрузку, что
обычно позволяет уменьшить строительную высоту сечения.
При перекрытии небольших пролетов (до 40—50 м) в европей-
ских странах часто применяют сечения с небольшими трапециевид-
ными коробчатыми балками (рис. 22.10, е). Ширина таких балок
равна 2—2,5 м, а расстояние между ними составляет обычно 4—5 м
по осям балок. Плита при этом имеет небольшую толщину. Про-
летные строения для перекрытия больших пролетов обычно имеют
в поперечном сечении одну или несколько коробчатых балок
(рис. 22.10, д, е, ж). Ширина коробчатых балок обычно 5—7 м,
а расстояние между ними не превышает 7 м. Железобетонная пли-
та опирается непосредственно на стенки коробчатых балок без
устройства балочной клетки. При небольшой ширине проезжей
части устраивают обычно одну главную коробчатую балку (см.
рнс. 22.10, д), а в широких мостах число главных балок увеличи-
вается (см. рнс. 22.10, ж).
Железобетонная плита проезжей части составляет заметную
часть постоянной нагрузки на главные балки. Поэтому в послед-
нее время часто проектируют пролетные строения с металлической
ортотропной плитой, особенно при перекрытии пролетов, превы-
шающих 80—100 м. Ортотропная плита проезжей части может
входить как верхний пояс в состав как двутавровых, так и короб-
чатых балок.
Пролетные строения для перекрытия пролетов от 20—30 м до
100—150 м обычно имеют поперечные сечения с двумя двутавро-
выми главными балками (рис. 22.11, а, б). Если ширина моста
небольшая, поперечная балка ортотропной плиты опирается прямо
на главные балки и не имеет дополнительных точек опирания (см.
рис. 22.11, а). Расстояние между главными балками в этом случае
5—7 м. В мостах с многополосным движением расстояние между
главными балками возрастает до 12—14 м и поперечную балку до-
полнительно опирают на узлы поперечных связей (см. рис. 22.11, б).
Пролеты примерно от 100—150 м и выше обычно перекрывают
коробчатыми балками. Часто в поперечном сеченни устраивают
только одну главную коробчатую балку шириной 6—10 м
(рис. 22.11, н, г, д). Так как коробчатое сечение обладает большой
жесткостью на кручение, вылет консолей может достигать 7—8 м,
40
ttJciTT
5-7 м
Рис 22 11 Поперечные сечения пролетных строений со сплошной стенкой и
стальной ортотропной плитой проезжей части
а в случае установки дополнительного подкоса и больших значе-
ний (см. рис. 22.11, г).
Возможно устройство коробчатых балок с наклонными стен-
ками (см. рис. 22.11, д). Наклон стенок позволяет уменьшить ши-
рину поперечного сечения понизу, а значит, ширину и стоимость
опор. Кроме того, такой тип поперечного сечения имеет лучшие
аэродинамические показатели, что становится важным при пере-
крытии больших пролетов. В особенно широких мостах попереч-
ное сечение может иметь две и более главных коробчатых балок
(рис. 22.11, е). Ширину балок в этом случае делают несколько
меньшей (3—7 м), а расстояние между ними обычно бывает
4—12 м.
В современных коробчатых мостах с ортотропной плитой проез-
жей части стенки и нижнюю плиту выполняют также орто-
тропными.
22.7. Конструкции балок пролетных строений
Стальные балки со сплошной стенкой могут быть клепаными
или сварными (рис. 22.12). Большая часть существующих балоч-
ных металлических мостов имеет клепаные конструкции, так
как первоначально мосты были только клепаными. Но с развитием
электросварки все большее число мостов строили со сварными
сечениями. В настоящее время мосты со сплошными балками
проектируют только сварной конструкции, т. е. все заводские
41
соединения выполняют сварными, а монтажные стыки обычно де-
лают с использованием высокопрочных болтов. Реже приме-
няют монтажные сварные соединения.
Пролеты примерно до 80 м перекрывают сплошными балками
двутаврового сечения, при перекрытии больших пролетов, кроме
двутаврового сечения, возможно устройство коробчатых балок,
а для самых больших пролетов (более 100—150 м) проектируют
коробчатые сечения.
Двутавровые клепаные сечения балок состоят из горизонталь-
ных поясных листов, вертикального листа (стенки) и пояс-
ных уголков, соединяющих стенку с поясами (рис. 22.12, а, б).
Рис. 22.12 Конструкция двутавровых стальных балок:
/ — пояс; 2 — поясной уголок; 3 — стенка; 4 — вертикальный уголок жесткости; 5 — проклад-
ка под уголком жесткости; 6 — вертикальное ребро жесткости; 7 — горизонтальное ребро
жесткости; 8 — подкладка под ребром жесткости; 9 — дополнительный поясной лист; ij —
для растянутых элементов 1 : 8, для сжатых 1 : 4; t2=l : 4
42
В клепаных балках толщину вертикального листа, размеры пояс-
ных уголков и поясных листов принимают постоянными по длине
балки. Изменения сечений по ее длине и соответственно моментов
инерции получают за счет изменения числа листов в верхнем и ниж-
нем поясах. Площадь сечения поясных уголков принимают около
30—40% полной площади сечения пояса. Обычно выбирают равно-
бокие уголки. Толщину листов в поясах следует назначать 10—
20 мм.
Толщину стенки при проектировании назначают возможно
меньшей в соответствии с расчетом. Обычно толщина стенки со-
ставляет '/wo—7зоо ее высоты, но не менее 10—12 мм. Тонкая
стенка может потерять устойчивость. Если ее толщина tw относи-
тельно велика (twlhw>x/50—7во), можно считать устойчивость
стенки обеспеченной. При меньших соотношениях twlhw стенки
клепаных балок необходимо усиливать уголками жесткости,
которые ставят во всех местах, где на балку передаются сосредо-
точенные силы (например, над опорными частями), а также на
равных расстояниях по длине балки. Иногда около опор уголки
жесткости ставят чаще. По расходу материала всегда выгоднее
ставить чаще уголки жесткости, чем утолщать стенку.
В высоких балках для обеспечения устойчивости клепаных
балок возможна установка и горизонтальных уголков жесткости
в сжатой части сечения. Часто необходимость устройства горизон-
тальных уголков жесткости возникает в надпорных участках нераз-
резных балок. В клепаных балках уголки жесткости обычно устраи-
вают парными, обжимая стенку с двух сторон (см. рис. 22.12, а).
Но возможна и односторонняя установка уголков жесткости, что
иногда делают в крайних балках для создания гладкой фасадной
поверхности.
Для лучшей работы конструкции уголки жесткости заводят
на поясные. В невысоких балках уголки жесткости делают прямы-
ми, заполняя зазор между стенкой и уголком жесткости проклад-
кой по толщине полки поясного уголка (см. рис. 22.12, а). В высо-
ких балках расход металла на нерабочие прокладки становится за-
метным и концы уголков жесткости высаживают, чтобы уго-
лок жесткости плотно примыкал и к поясным уголкам, и к стенке
(см. рис. 22.12, б). Высадка уголков требует кузнечной работы.
Двутавровые сварные балки имеют обычно пояса из листов
большой толщины и тонкую стенку, которые соединяют поясными
сварными швами. Желательно в сечении пояс изготовлять из од-
ного листа (рис. 22.12, в). Если необходимая толщина листа пре-
вышает 60 мм в конструкциях обычного исполнения, 50 мм —
в конструкциях северного А исполнения и 40 мм в конструкциях
северного Б исполнения, возможно изготовление поясов из двух
листов в виде сварных пакетов. Ширину листов, составляющих
пояс, в этом случае делают разной (не менее чем на 100 мм) для
удобного соединения их сварным швом (рис. 22.12, г). В виде
43
исключения пакет листов пояса может быть составлен из листов
одинаковой ширины (рис. 22.12, д). В последнем случае необходи-
ма обработка краев листов под сварку.
Стенку балки, как и в клепаных конструкциях, выполняют
возможно более тонкой, но не менее 10 мм. Устойчивость такой
стенки обеспечивают устройством ребер жесткости из полосовой
стали (рис. 22.12, е). Чаще всего стараются создать надежную
конструкцию, устанавливая вертикальные ребра жесткости, кото-
рые ставят в соответствии с расчетом устойчивости стенки, но
не реже удвоенной высоты стенки.
Но в высоких сечениях, особенно в надопорных участках балок,
возможна установка горизонтальных ребер жесткости, которые
ставят в сжатой зоне сечения. Обычно, если необходима установка
Одного горизонтального ребра жесткости, его располагают на рас-
стоянии, равном 0,2—0,25 высоты стенки балки от сжатого пояса.
При устройстве двух горизонтальных ребер жесткости первое
ставят на расстоянии 0,15—0,20, а второе 0,40—0,50 высоты стенки
балки от сжатого пояса. Допускается устройство ребер жесткости
только на одной стороне балки. Также возможно устройство го-
ризонтальных и вертикальных ребер жесткости с разных сторон
стенки балки, чтобы избежать их взаимного пересечения.
В местах присоединения вертикальных ребер жесткости к поя-
сам балки в них делают скругленные вырезы высотой 140 мм и ши-
риной 50 мм, чтобы не пересекать поясные швы (см. рис. 22.12, е).
Обычно в местах пересечения вертикальных и горизонтальных
ребер жесткости прерывают вертикальные. Ребра жесткости при-
крепляют к стенке и поясам сплошными двусторонними сварными
швами. Вертикальные ребра жесткости приваривают к сжатым
поясам непосредственно. Такое прикрепление к растянутым поясам
нежелательно, так как сварные швы, расположенные поперек рас-
тянутого элемента, могут быть причиной концентрации напряже-
ний, перенапряжений растянутого пояса, развития усталости в ме-
талле и появления в нем трещин. Поэтому чаще всего конец ребра
жесткости в месте примыкания к растянутому поясу приваривают
к прокладке, которая крепится продольными сварными швами
к поясу или плотно забивается между поясом и ребром жесткости
(см. рис. 22.12, е).
Изменение сечения двутавровых балок со сплошной стенкой
создают за счет изменения сечения листов поясов: только по ши-
рине или за счет изменения обоих размеров сразу (рис. 22.12, ж, з).
Размеры более мощного листа уменьшают постепенно с уклоном
1:4 для сжатых поясов и 1:8 — для растянутых. Если пояс
составлен из двух листов, то сначала обрывают внешний (для се-
чения балки) лист, создавая переходный участок с постоянным
уменьшением сечения: в плане с уклоном 1 : 4 (рис. 22.12, и) и по
толщине листа с уклоном 1 :4 для сжатых поясов и 1 :8 — для
растянутых (рис. 22.12, к).
44
Пролетные строения с ортотропным металлическим
настилом могут иметь два основных типа сечения: с раздель-
ными главными балками со сплошной стенкой (рис. 22.13, а) или
с коробчатыми балками (рис. 22.13, б). В любом случае ортотроп-
ная плита проезжей части'бывает включена в работу сечения балок
как верхний пояс. В современных пролетных строениях с ортотроп-
Рис. 22.13. Конструкция балок с ортотропным настилом:
1— нижний пояс балки; 2 — стейка балки; 3 — вертикальное ребро жесткости; 4 — горизон-
тальное ребро жесткости; 5 — поперечные связи; 6 — ортотропный настил проезжей части;
7— поперечная балка; 8 — монтажный стык; 9 — нижний поясной лист коробчатой балки;
— ортотропный элемент нижнего пояса; //— верхний поясной лист балки с ортотропным
настилом; 12— продольное ребро; 13— сварной шов; 14 — лист настила; 15 — лист стеикн
45
ным настилом проезжей части все сечения разбивают на отдель-
ные монтажные элементы, все детали которых на заводе соеди-
няют сваркой и которые имеют обычно небольшую толщину, что
облегчает их перевозку. Во время монтажа эти элементы соеди-
няют друг с другом как в поперечном, так и в продольном направ-
лении высокопрочными болтами или сваркой (см. рис. 22.13, а, б).
Обычно все элементы сечения (настил, стенки, нижняя плита
коробчатого сечения) имеют ортотропную конструкцию, т. е. укреп-
лены системой продольных и поперечных ребер. Элементы настила
имеют более часто расположенные продольные ребра, так как он
воспринимает значительные местные нагрузки от колес автомо-
билей. Стенки балок могут иметь продольные и поперечные ребра,
расположенные как с одной стороны стенки (обычно с внутренней
для сечения пролетного строения), так и с разных сторон. В по-
следнем случае конструкция и изготовление стенки становятся
проще, потому что это позволяет избежать сложных в осуществле-
нии мест пересечения продольных и поперечных ребер (см.
рис. 22.13, б).
Монтажные элементы ортотропного настила присоединяют
к верхнему поясу балки внахлестку (см. рис. 22.13, в) или
встык (рис. 22.13, г). Последний тип соединения в настоящее
время признан лучшим, так как он позволяет упростить и облег-
чить конструкцию проезжей части. Соединение монтажных плит
ортотропного настила обычно выполняют на сварке, но вполне
возможно фрикционное соединение на высокопрочных болтах.
Чтобы не было нежелательных деформаций и концентраций на-
пряжений в местах пересечения сварных швов и резких изменений
сечения при приварке продольных ребер к плитам и поперечным
ребрам, около продольных швов, концов и резких изменений сече-
ния продольных ребер в поперечных делают специальные скруглен-
ные проемы, а сварку выполняют только на части периметра про-
дольных ребер (см. рис. 22.13, д, е, ж, з). При этом в нижних пли-
тах коробчатых балок часто продольные ребра пропускают сквозь
поперечные без сварки (см. рис. 22.13, ж).
При изготовлении на заводе конструкции пролетных строений
разбивают на монтажные блоки. В пролетных строениях со сплош-
ной стенкой эти блоки обычно имеют длину до 21 м, что определя-
ется в основном возможностями перевозки железнодорожным
транспортом. Ширину монтажных блоков также в большинстве
случаев назначают в соответствии с габаритными требованиями
на железных дорогах. Толщину блоков обычно делают небольшой
для большего удобства перевозки и монтажных работ. Так как
прокат имеет ограниченные размеры по длине и ширине, завод при
изготовлении монтажных блоков устраивает заводские стыки
в соответствии с имеющимся на заводе прокатом. В современных
сварных конструкциях все заводские стыки делают сварными.
При этом завод гарантирует равнопрочность стыка и основного
46
металла. Поэтому при проектировании не рассматривают завод-
ские стыки.
Монтажные стыки, которыми соединяют блоки заводского изго-
товления на строительной площадке, должны перекрывать все эле-
менты сечения пролетного строения. Их конструкция должна обес-
печивать прочность соединения, а также быть удобной при мон-
таже.
В клепаных конструкциях монтажные стыки выполняли на за-
клепках. Их конструкция была достаточно сложной и требовала
соблюдения ряда правил. В современных сварных мостах монтаж-
ные стыки выполняют на высокопрочных болтах или на сварке.
Пока соединения с применением монтажной сварки делают реже,
чем фрикционные соединения на высокопрочных болтах. Это
объясняется трудностью обеспечения требуемого качества сварки
на монтаже, особенно при плохих климатических условиях (ветер,
дождь, мороз).
Конструкция и порядок выполнения сварного монтажного сты-
ка (рис. 22.14, а) должны учитывать использование сварочных ав-
томатов. Сначала с применением автоматической сварки делают
шов 1 нижнего пояса балки. Для обеспечения свободного движения
сварочного автомата по нижнему поясу в стенке делают проем.
Затем в проем стенки вставляют лист и сваривают автоматом
с вертикальным движением швы 2 и 3. В верхнем поясе также
в это время существует проем для прохода сварочного автомата.
Далее устанавливают в проеме верхнего пояса стыковой лист
и выполняют швы 4 и 5. После этого делают поясные швы 6 и 7.
Чаще всего в сварных балках устраивают монтажные швы
с передачей усилий через трение (фрикционное соединение) на вы-
сокопрочных болтах. В таких соединениях силы трения, достаточ-
ные для передачи усилий в стыке, создают за счет обжатия стыка
болтами из высокопрочной стали.
Монтажные стыки на высокопрочных болтах перекрывают на-
кладками. Вертикальную стенку перекрывают накладками с двух
сторон, а стык листов поясов односторонними или двухсторонними
накладками (рис. 22.14, б). В районе стыка сварочное сечение по-
лучает ослабление отверстиями для болтов, которое не предусма-
тривается при подборе сечений балок. Поэтому около монтажных
швов часто устраивают компенсаторы (см. рис. 22.14, б, в, г). Ком-
пенсаторы должны создавать ослабленную отверстиями площадь
сечения около стыка, равноценную сварным сечениям без ослабле-
ний. Утолщение поясных листов около стыков (компенсаторы) осу-
ществляют или наваркой дополнительных листов на лист пояса
(рис. 22.14, в), или приваркой более толстого листа к поясу по
концам монтажного блока (см. рис. 22.14, б, г). Возможно устрой-
ство стыка на высокопрочных болтах без компенсаторов в поясах,
если стык расположен в сечении с достаточным запасом прочности,
превышающим потери за счет создания отверстий для болтов.
47
Рис 22 14 Монтажные стыки сварных балок
/—7 — порядок выполнения сварных швов на монтаже, 8 — пояс балки, 9 — компенсатор,
10— сварной шов 11— верхняя стыковая накладка, 12— нижняя стыковая накладка, *3—
стыковая накладка стенки
Вертикальная стенка практически всегда не требует устройства
компенсаторов, так как обычно ее размеры назначают из условия
устойчивости и по прочности она имеет вполне достаточные запасы.
22.8. Особенности конструкции балок
сталежелезобетонных пролетных строений
Среди пролетных строений с балками со сплошной стенкой
наибольшее распространение имеют сталежелезобетонные,
в которых железобетонная плита проезжей части объединена со
стальными балками. Применение сталежелезобетонных балок наи-
более эффективно в разрезных пролетных строениях, где главные
балки на всей длине работают на положительные моменты и же-
лезобетонная плита проезжей части попадает в сжатую зону. Ста-
48
лежелезобетонные балки могут быть применены и в неразрезных
пролетных строениях или на части длины, где действуют только
положительные моменты, или на всей длине, когда в зоне отрица-
тельных моментов (над промежуточными опорами) плиту делают
предварительно напряженной, чтобы она могла воспринимать рас-
тягивающие напряжения.
Включение железобетонной плиты проезжей части в совмест-
ную работу со стальными балками уменьшает расход металла на
пролетные строения, позволяет уменьшить их строительную высоту,
а также увеличивает жесткость пролетных строений.
Для дополнительных продольных балок балочной клетки, попе-
речных балок, а также в главных балках при перекрытии неболь-
ших пролетов в качестве стальной части железобетонной балки
могут быть использованы прокатные двутавры (рис. 22.15, а).
Рис 22 15 Виды сечений сталежелезобетониых балок
/— железобетонная плита проезжей части, работающая совместно со стальной балкой, 2 —
прокатной двутавр, 3 — клепаная балка, 4—сварная балка, 5 —стальная U образная бал
ка, 6 — коробчатая балка с вертикальными стенками, 7 — коробчатая балка с наклонными
стенками, 8 — железобетонная плита работающая совместно с ннжним поясом стальной
балки
49
Рис. 22.16. Способы объединения железобетонной плиты и стальной балки:
/ — железобетонная плита; 2 — упор; 3 — стальная балка; 4 — наклонная планка; 5 — ребро
Жесткости
Клепаные или сварные главные балки сталежелезобетонных про-
летных (рис. 22.15, б, в) по конструкции подобны обычным сталь-
ным двутавровым балкам, но имеют стальной верхний пояс мень-
шего сечения, чем нижний. Включение в работу балки железобе-
тонной плиты проезжей части позволяет заметно уменьшить сече-
ние стального верхнего пояса. В надопориых участках неразрез-
ных балок (в зоне отрицательных моментов) для еще большего
снижения расхода металла возможно устройство железобетонной
плиты, объединенной со стальными балками, в уровне нижних
поясов балок (рис. 22.15, г). Подобное решение было применено
в Калининском мосту в Москве.
50
Кроме двутавровых балок, в сталежелезобетонных мостах могут
быть применены и коробчатые сечения. Такие конструкции
(рис. 22.15, д, е, ж) находят все большее применение в стальных
мостах, особенно при перекрытии больших пролетов (более 80 м).
В ряде стран сечения со стальными балками корытообразного про-
филя, объединенными с железобетонной плитой проезжей части
(см. рис. 22.15, д), применяют при перекрытии и небольших проле-
тов (20—30 м).
В сталежелезобетонных коробчатых балках возможно примене-
ние как балок с вертикальными (см. рис. 22.15, е), так № с наклон-
ными (см. рис. 22.15, ж) стенками. Цельносварные сталежелезобе-
тонные балки использованы в мосту через канал им. Москвы
в Москве.
В сечениях сталежелезобетонных балок, находящихся в зоне
положительных моментов, железобетонная плита проезжей части
воспринимает сжимающие напряжения и служи! верхним поясом
балки, а стальная часть работает на растяжение (рис. 22.16, а).
Совместная работа железобетонной плиты и стальной части бал-
ки должна быть надежно обеспечена. Объединение обычно дости-
гается установкой жестких упоров (рис. 22.16, б, в, г, д),
гибких арматурных связей (рис. 22.16, е, ж, з) или вы-
сокопрочных болтов (рис. 22.16, и).
Жесткие упоры прикрепляют к верхнему поясу стальной
балки заклепками, высокопрочными болтами или сваркой. Послед-
ний тип соединения наиболее распространен в современных мостах.
Жесткие упоры могут быть сделаны из профильного прокатного
металла, например уголков (см. рис. 22.16, б), или могут быть
сварены из листового проката (см. рис. 22.16, в, д).
Существенным недостатком жестких упоров можно считать зна-
чительные местные сжимающие напряжения в бетоне и эксцен-
тричное приложение сдвигающей силы относительно центра тя-
жести плиты. Для уменьшения этих недостатков возможно приме-
нение упора типа 22.16, в. Но он сложнее и дороже упоров из угол-
кового проката. Для жестких упоров в виде уголков часто в соот-
ветствии с расчетом требуется слишком большая толщина профиля,
так как стенка, передающая усилия на бетон, работает как кон-
соль (см. рис. 22.16, б). Для уменьшения потребной толщины про-
катного металла можно усилить стенку приваркой наклонной
планки (см. рис. 22.16, г) или ребер жесткости (см. рис. 22.16, д).
Гибкие арматурные связи устраивают из наклонных
арматурных стержней с крюками на концах (см. рис. 22.16, е) или
в виде петель (см. рис. 22.16, ж), приваренных к верхнему поясу
металлических балок и входящих в бетон плиты. Желательно их
располагать по направлению главных растягивающих напряжений
в бетоне плиты.
Приварка многочисленных отдельных гибких арматурных свя-
зей к поясу стальной балки многодельна. Кроме того, они могут
51
быть повреждены при транспортировке и монтаже балок. Поэтому
гибкие арматурные связи обычно объединяют в группы и прива-
ривают к металлическим листам (см. рис. 22.1, ж), которые во
время монтажа крепят к балкам высокопрочными болтами или
сваркой. В качестве гибких связей за рубежом достаточно часто
используют короткие вертикальные стержни, имеющие головки
(см. рис. 22.16, з). Приварку таких упоров выполняют группами
сваркой сопротивления специальными приборами.
В современных мостах распространено объединение железобе-
тонных плит со стальными балками высокопрочными болтами (см.
рис. 22.16, и). Передача сдвигающих усилий между плитой и бал-
кой осуществляется в таких конструкциях силами трения (фрик-
ционное соединение). Важным достоинством гибких арматурных
связей и соединений на высокопрочных болтах по сравнению
с жесткими упорами является хорошее восприятие вертикальных
растягивающих усилии между железоиетонной плитой и стальной
балкой, возникающих при работе сталежелезобетонных пролетных
строений.
В СССР чаще всего в сталежелезобетонных мостах применяют
сборные железобетонные, плиты проезжей части, за рубежом чаще
делают монолитные. Для бетонирования монолитной плиты необ-
ходимы установка опалубки, производство арматурных работ на
месте строительства, укладка бетонной смеси. Выполнение всех
этих работ трудоемко, а уход за бетоном во время твердения сло-
жен в климатических условиях большей части Советского Союза.
Но монолитная плита обеспечивает надежную связь с упорами
и хорошо работает в объединенном сечении.
Сборные железобетонные плиты позволяют значительно уско-
рить темпы строительства, особенно в местностях с суровым кли-
матом, но требуют дополнительных конструктивных мер для
устройства упоров и объединения плит в продольном и попереч-
ном направлениях. Чтобы можно было объединить плиты с балка-
ми, в плитах устраивают окна в местах установки упоров, которые
после монтажа плит заполняют бетоном (рис. 22.17, а). Продоль-
ные и поперечные швы между сборными блоками плит также
должны быть качественно заполнены бетоном.
Необходимо отметить, что стыки сборных плит и надежность
работы упоров в окнах сборных плит являются слабым местом та-
ких конструкций. Для улучшения связи сборных железобетонных
плит с балками в последнее время все чаще применяют сварку
(рис. 22.17, б, в, г). Возможна установка закладных деталей по
краям плит, приварка которых к поясу балки улучшает связь
сборных плит с балками. Верхняя арматура плит в стыках в этом
случае также сваривается.
В ряде мостов последних лет постройки применены петлевые
гибкие упоры, приваренные к металлической обойме (см. рис. 22.17,
в). Сборные плиты в такой конструкции изготовляют вместе с упо-
52
Рис. 22.17. Соединение блоков сборной железобетонной плиты со стальными бал-
ками:
/ — окно в плите; 2— паз в плите; 3— упор; 4 — стальная закладная деталь; 5 — сварной
шов; 6—сварной стык арматуры; 7 — стальная балка; 8 — П образная железобетонная пли-
та; 5— стальной лист; 10 — окаймляющие листы — упоры; 11 — верхний окаймляющий лист;
12 — отверстия для болтов; 13— уголки, объединяющие железобетонную плиту и стальную
балку; 14 — высокопрочные болты
53
рами, а при монтаже объединение выполняют сваркой листов
обоймы с верхним поясом стальной балки. Удачным можно счи-
тать решение, предложенное ЦНИИ «Проектстальконструкция»,
где ребристые железобетонные плиты имеют стальные диафрагмы,
расположенные по осям балок (см. рис. 22.17, г) и заделанные
в бетон ребер.
Объединение плит с балками делают на высокопрочных болтах
с помощью уголков, крепящихся к диафрагмам плит. Удачно так
же то, что поперечные стыки плит в данном случае выполняют
с перевязкой арматуры и омоноличиванием шва.
Для более полного включения в работу сталежелезобетонных
балок железобетонной плиты проезжей части, особенно в надопор-
ных участках неразрезных балок, часто применяют искусственное
регулирование усилий. В разрезных пролетных строениях возмож-
но устройство временной опоры в середине пролета, опираясь на
которую, можно домкратами придать стальным балкам выгио
вверх, т. е. создать в сечении стальных балок отрицательные мо-
менты по всей длине. Затем укладывают и объединяют железобе-
тонные плиты.
После набора прочности бетоном в местах омоноличивания
домкраты и временную опору убирают. В этом случае железобе-
тонная плита включается в работу балок на все виды нагрузок,
включая собственный вес балок и плиты. Подобный способ приме-
няют и в отношении неразрезных балок: поддомкрачивание в сере-
динах пролетов балок позволяет создать в сечениях моменты об-
ратных знаков по сравнению с эксплуатационными. Определенный
порядок монтажа плит дает возможность и в этом случае эффек-
тивнее включить в работу на постоянные и временные нагрузки
железобетонную плиту в работу сталежелезобетонных балок, осо-
бенно в надопорных участках.
Искусственное регулирование усилий в сталежелезобетонных
пролетных строениях позволяет довести экономию металла до
20—25% по сравнению с обычными стальными.
Контрольные вопросы
1. Какие пролеты могут быть перекрыты пролетными строениями со сплош-
ными балками?
2. Какие материалы могут быть применены дл'я устройства проезжей части
стального моста?
3. Какие элементы составляют балочиую клетку пролетного строения со
сплошными балками?
4. Какие типы деформационных швов применяют при деформациях порядка
200—300 мм?
5. Каковы достоинства коробчатых поперечных сечеиий?
6. Из каких элементов состоит сечение балки со сплошной стенкой?
7. Какие виды упоров применяют в сталежелезобетонных пролетных строе-
ниях?
54
Глава 23
РАСЧЕТ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ СО СПЛОШНОЙ СТЕНКОЙ
23.1. Определение усилий в элементах проезжей части
и главных балках
В общем случае любое пролетное строение со сплошной стен-
кой состоит из плиты проезжей части, балочной клетки (продоль-
ных, поперечных балок) и главных балок (см. гл. 22). Все эти эле-
менты вместе с ветровыми связями представляют собой сложную
пространственную конструкцию, распределение усилий в частях
которой зависит от их жесткостей и соединений. В настоящее вре-
мя существует большое количество методов пространственных
расчетов: метод балочного ростверка, различные модификации ме-
тода конечных элементов и др.
Все подобные способы расчета предполагают упругую работу
материала, реализованы в виде программ для ЭВМ. и широко при-
меняются в проектировании и исследованиях мостовых конструк-
ций. Точность и достоверность результатов в таких расчетах
в большой степени зависит от правильности выбора расчетной
схемы сооружения. При назначении расчетной схемы в настоящее
время приходится пренебрегать многими особенностями и дета-
лями конструкции, вводить те или иные допущения. Поэтому
создание расчетной схемы пролетного строения — наиболее важ-
ный этап реализации любого пространственного метода при опре-
делении усилий в конструкциях моста и требует тщательного ана-
лиза соответствия расчетной схемы проектному решению.
В случае недостаточной адекватности математической модели
и рассчитываемой конструкции результаты могут оказаться доста-
точно далекими от истины. Кроме того, индустриальное изготов-
ление металлических мостовых конструкций требует максималь-
ной стандартизации многих элементов. Поэтому во многих случаях
проектировщика не интересует точное распределение усилий
между подобными частями конструкций (например, между не-
сколькими параллельными продольными балками). Для проекти-
рования ему бывает достаточно найти максимальные значения
усилий и по ним назначить расчетные сечения.
Учитывая все вышесказанное, при проектировании часто поль-
зуются упрощенными приближенными методиками определения
усилий, при которых конструкцию пролетного строения разделяют
на плоские системы, а взаимодействие и особенности работы от-
дельных частей конструкции учитывают простейшими методами,
часто введением коэффициентов, которые определены в большин-
стве случаев по опыту проектирования и исследовательским ра-
ботам.
55
Плита проезжей части. В современных пролетных строениях со
сплошной стенкой обычно устраивают железобетонную плиту про-
езжей части или ортотропный металлический настил. Определение
усилий в железобетонной плите и подбор ее сечений выполняют
теми же методами, что и в железобетонных мостах (см. гл. 16).
Определение усилий в элементах ортотропного настила достаточно
сложно и может быть выполнено на основе методов строительной
механики и теории упругости. Обычно при расчете ортотропного
настила используют метод конечных разностей, метод балочного
ростверка или метод конечных элементов. Но при расчетах на
местную нагрузку с достаточной точностью можно определить уси-
лия в покрывающем листе, продольных и поперечных ребрах до-
вольно простым способом с использованием таблиц *, рассматри-
вая ортотропный настил как систему балок на упругих опорах
(рис. 23.1). Расчеты выполняют с учетом распределения давлений
от временной нагрузки через покрытие (рис. 23.1, а, б):
для распределенной части нагрузки АК (v)
Ь = 0,6+2/г (23.1)
и давлений от колес нагрузок АК и НК
0 = 0,24-2/1, (23.2)
b = bK + 2h, (23.3)
где Ьк — ширина колеса нагрузки (для нагрузки АК Ьк=0,6 м, для нагрузки
НК 6к = 0,8 м); h — толщина одежды ездового полотна.
Сечения элементов (покрывающего листа, продольного ребра
и поперечного ребра) и их размеры принимают в соответствии
1Гибшман М. Е. Проектирование транспортных сооружений. М.: Транс-
порт, 1980. 391 с.
Рис. 23.1. Схемы для расчета ортотропной плиты проезжей части
56
с рис. 23.1, в, г, д. Чтобы воспользоваться таблицами, необходимо
вычислить коэффициент а, характеризующий жесткости пересекаю-
щихся балок:
a-s^i&EIf, (23.4)
где s — расстояние между упругими опорами; I — момент инерции рассчиты-
ваемого элемента (неразрезного); Е— модуль упругости стали; f — прогиб упру-
гой опоры от груза, равного 1.
Для расчета листа принимаем:
at3 (d2—х}2 х2
s = c<; I —--; / =-------------,
12 ' ЗЕ/пр</2
а при расчете продольного ребра
где с, а, I, с,—см. рис. 23.1; х — расстояние от поперечной балки до груза;
/пр — момент инерции продольного ребра с сечением, показанным иа рис. 31,1, г;
у — расстояние от главной балки до рассчитываемого продольного ребра; /поп—
момент инерции поперечной балки с сечением, показанным на рис. 23.1, д.
В соответствии с рекомендациями ВНИИ транспортного строи-
тельства Минтрансстроя СССР толщину покрывающего листа
ортотропного настила /т,п (но не менее 12 мм) назначают из усло-
вия трещиностойкости покрытия:
/щ1пy'kp/E, (23.5)
где С] —расстояние между продольными ребрами (см. рис. 23.1 а); р— интен-
сивность давления временной нагрузки с учетом распределения давления через
одежду ездового полотна; k — эмпирический коэффициент, принимаемый равным
7,8 и 15,6 соответственно для продольных ребер полосового и фасонного про-
филя
Продольные балки балочной клетки. Обычно продольные бал-
ки балочной клетки в пролетных строениях со сплошной стенкой
устраивают неразрезными, и они проходят над поперечными бал-
ками (этажное опирание). В этом случае усилия в них определяют
по следующей приближенной методике (рис. 23.2). Постоянная
нагрузка, приходящаяся на продольную балку, может быть опре-
делена с учетом трапецеидального распределения (рис. 23.2, а).
Тогда расчетные значения £пр и go? эпюры постоянной нагрузки
(рис. 23.2, б) могут быть вычислены так:
gon=Ug; (23.6)
gnp = lJ (g+gi) + 1 -3g2 + 1 >5ёз, (23.7)
где g — нагрузка от собственного веса продольной балки иа 1 м; gb g2, g3 —
нагрузки соответственно от веса плиты проезжей части, слоев одежды ездового
полотна без покрытия, покрытия на 1 м балки, причем gi — qdnn', q\, qi, qs —
соответствующие нагрузки на 1 м2; /пп—пролет плиты поперек моста; 1,1; 1,3;
1.5 — соответствующие значения коэффициентов надежности по нагрузке.
57
Коэффициенты поперечной установки могут быть определены по
приближенной линии влияния, показанной на рис. 23 2, а. Значения
ординат в серединах пролетов 1ВЛ, т. е. в четвертях линии влияния
давления на продольную балку.
Z3
fer=0,5-------. (23.8)
/31 /з ' '
4 £пл
Продольную балку рассчитывают как неразрезную по прибли-
женным формулам, определяя моменты в середине пролета и на
опорах. Моменты от постоянных нагрузок могут быть вычислены
для сечения в середине пролета как
Л4Р 5 = 0,05gnp/2 (23.9)
и над опорой
Mgn = 0,08gnp/2. (23.10)
Моменты от временных нагрузок (АК и НК) получают условно
как долю моментов в середине пролета разрезной балки (см.
рис. 23.2, б) с учетом коэффициентов поперечной установки ц,
коэффициента многополосности для равномерно распределенной
части нагрузки АК $ь коэффициентов надежности по нагрузке у/
и динамического коэффициента (l-J-ju), который для продольных
Рис 23 2 Схемы для определения усилий в продольных балках
58
балок металлй^ес^йх мостов и нагрузки АК определяют по фор-
муле > *•
15
' 14-11 = 14-------. (23,11)
Т г 37,54-/
Таким образом, условный момент от временной нагрузки АП,
имеющей давление на каждую ось 108 кН (у/= 1,5) и равномерно
распределенную нагрузку v= 10,8 кН/м (у/=1,2).
Мо" = (1 + ц) [108 (Утах+/М Пр Y/,p + 10.8t)vyfv Z^/8j «
« (14-ji) [40,5(2/ - 3)T)P4- 1,6/2t}v], (23.12)
а для нагрузки НК-80 с давлениями на ось 196 кН, коэффициен-
том надежности по нагрузке у/=1 и динамическим коэффициен-
том (1 + ц) = 1,1
4 4
М»к= 1,1 • 196Т)НК 2У1 = 216Пнк 2У1, (23.13)
1 1
4
где 2i/,—сумма ординат влияния Мо,5 для разрезной балки (рис. 23.2,6)
под осями нагрузки НК-80 при положении одной из средних осей иад серединой
пролета.
Для дальнейшего расчета выбирают большее значение момента
от временных нагрузок АН или НК-80. Окончательно вычисляют
полные моменты в середине пролета
-К,5 = Ч'.5-'~ О’7-^оР (23.14)
и над промежуточными опорами
Моп = К,-0,9,И«р. (23-15)
Наибольшие значения поперечных сил в сечениях продольной
балки можно приближенно определить как и значения моментов.
Поперечные силы от постоянной нагрузки для сечений в середине
пролета и над опорами
<?S,5 = 0-°3gnp/; Qon = --0-55gnp l. (23.16)
Аналогично расчету значений моментов от нагрузки АН для по-
перечных сил получим в надопорном сечении:
Qo" = (Ч-И) I*08 0 +э'1 Пл Y/,p+ 10,8t)v Vf,v z/2] «
« (1 4-Н) I’62 (2-1,5//) iip4-6,5T)v /] (23.17)
И в середине пролета
QoS' = (1Д-М-) [И® (0,54-//') Пр Y/,p+ 10,8t]v v //8] «
« (14-НИ81 (Z—3) Пр//-Н 1,6T)V /]. (23.18)
59
От нагрузки НК-80 значения поперечных сил подобно момен-
там
4 4
@оп = 1 -1 • 19СПнк 2 У1 = 216т)нк 2 Vi (23-19)
1 1
И
4
@0,5 = 111 ’ 196т)нк y 't, (23.20)
1
где yi и y’j — ординаты соответственно линий влияния Qon и Q0,s под осями
нагрузки НК-80 при положении крайнего груза над наибольшей ординатой
Значения наибольших поперечных сил в пролете и над опорой
Qo,5 = QS,5 : 1МР5; @on-QSn-l,15QX (23.21)
где и Q”p—соответственно большие по абсолютному значению попе-
речные силы от нагрузок АП и НК-80.
Поперечные балки балочной клетки. Поперечные балки обычно
прикрепляют к главным балкам уголками или накладками, обжи-
мающими только их вертикальные стенки. Поэтому с учетом по-
датливости прикреплений моменты и поперечные силы в них опре-
деляют, как в разрезных балках. Если поперечные балки имеют
консоли, то за опорные моменты принимают моменты от загруже-
ния консолей. Постоянную нагрузку g принимают равномерно
распределенной и собирают с расстояния между поперечными бал-
ками (рис. 23.3, б)
g=l^f,iqi, (23.22)
где q, — нагрузки от веса покрытия, остальных слоев одежды ездового по-
лотна, плиты проезжей части, балочной клетки иа 1 м2 (при балочной клетке из
продольных и поперечных балок ее можно принять в пределах 800—1200 кН/м2,
а при устройстве только поперечных балок — 200—600 кН/м2).
Рис. 23.3. Схемы для определения усилий в поперечных балках
60
Продольное загружение линии влияния давлений на попереч-
ную балку (см. рис. 23.3, б) позволяет определить отдельный груз
при загружении поперечной балки нагрузкой АП с учетом коэф-
фициентов надежности по нагрузке
/\и= 108(1 4 --р—1 1,5+ 10,8 —--- 1,2=162(2 —1,5/) + 13/ (23.23)
и нагрузкой НК-80
Рнк =196 (yi + j/2) 2 = 784 (1-1,2//). (23.24)
При загружении линии влияния грузами (рис. 23.3, а) получим
моменты от нагрузки АН
Л4д] ] = (1-рр) 1 " (23.25)
и от нагрузки НК ~ -
Л4нК=1,1Рнк(с/4+1/). (23.26)
Для дальнейшего расчета принимаем большие значения усилий
от временной нагрузки АП или НК-80. Полные значения усилий
получим, суммируя усилия от постоянной и временной нагрузок.
Аналогично можно получить и значения поперечных сил в сечениях
около главной балки и в середине пролета поперечной балки, за-
гружая линии влияния (см. рис. 23.3, а). Если поперечная балка
имеет несколько пролетов, то за расчетный момент в середине
пролета принимают момент в разрезной балке Л40,5, а опорный мо-
мент определяют, умножая Al0,5 на коэффициент 0,6.
Главные балки. Усилия в главных балках металлических мос-
тов определяют так же, как и при расчете железобетонных мостов
(см. гл. 16). Необходимо учитывать при определении усилий от по-
стоянной нагрузки способ монтажа пролетного строения. Например,
в случае навесного уравновешенного монтажа неразрезного про-
летного строения (рис. 23.4, а) собственный вес балок на части
длины, очевидно, будет восприниматься в консольной схеме и вы-
зывать на большей части пролетного строения только отрицатель-
ные моменты Мсв (рис. 23.4, б).
Предположим, что после уравновешенной навесной сборки кон-
соли в середине главного пролета замкнуты: получилась двухкон-
сольная балка, к концам консолей которой при завершении сборки
крайних пролетов будет приложена нагрузка Р от половины веса
последних блоков 1 и 2 (рис. 23.4, в). Вес этих блоков создает
дополнительные моменты от собственного веса М'св- Затем про-
летное строение станет неразрезным, и все остальные нагрузки
(от плиты проезжей части, мостового полотна и временных нагру-
зок) будут восприняты в неразрезной схеме Л4Пост и мвр
(рис. 23.4, г).
Окончательную эпюру моментов получим, суммируя все четыре
эпюры Л4с'в, Л4'св, АДост и Л4вр (рис. 23.4, д). Таким образом,
61
Рис. 23 4 Эпюры моментов от постоянных нагрузок в неразрезной балке при
навесном монтаже
л в
даблений
на балку 1
Рис 23 5 Схемы для определения ко
эффициеитов поперечной установки в
металлических балочных мостах
приложение нагрузок и определение усилий от них в рассмотрен-
ном случае происходит в три стадии, причем на каждой стадии
конструкция работает с разными статическими схемами: консоль,
двухконсольная балка, трехпролетная неразрезная балка. Если
проектом предусмотрено регулирование усилий, то необходимо
учитывать перераспределение усилий во время регулирования
и количество стадий при определении усилий от постоянной нагруз-
ки возрастет.
Другим распространенным методом монтажа является продоль-
ная надвижка. В этом случае пролетное строение во время эксплуа-
тации воспринимает все виды нагрузок (все постоянные и времен-
ные) в основной статической схеме (например, разрезная или не-
разрезная балка).
При определении усилий от временных нагрузок необходимо
учитывать их поперечное распределение. Конечно, оптимальным
методом при этом является учет пространственной работы пролет-
ного строения Но во многих случаях вполне допустим и способ
расчета по коэффициентам поперечной установки. В металлических
мостах при двух двутавровых главных балках в поперечном сече-
нии может быть использован метод рычага (рис. 23.5, а).
Если пролетное строение имеет одну коробчатую балку в попе-
речном сечении, можно считать, что все нагрузки, находящиеся
на проезжей части, при любом их положении воспринимаются пол-
ностью и равномерно балкой. Если поперечное сечение содержит
две или более коробчатых балок, го можно предположить, что гру-
зы, стоящие над коробчатой балкой (с консолью, если она есть
63
у балки), передаются на балку полностью, а грузы над промежут-
ком между балками распределяются по правилу рычага (рис. 23.5,
б). В многобалочных пролетных строениях также можно восполь-
зоваться методом внецентренного сжатия (рис. 23.5, в) или мето-
дом балки на упругих опорах с учетом или без учета работы на
кручение балок.
23.2. Проверка прочности стальных сечений
Прочность стальных сечений, работающих на изгиб, проверяют
по нормальным, касательным и приведенным напряжениям.
Проверку по нормальным напряжениям ах выполняют с учетом
ограниченного развития пластических деформаций в сечении:
ax = M/xWn-CRym, (23.27)
где Л1 — наибольший расчетный изгибающий момент в сечении; 1ГП — момент
сопротивления сечения нетто (т. е. с учетом ослаблений сечения); x=f(xi) —
коэффициент, учитывающий ограниченные пластические деформации в сечении;
— расчетное сопротивление металла балки (см табл. 21.1); т — коэффициент
условий работы, равный 1,0 для автодорожных и городских мостов и 0,9 — для
пешеходных.
Коэффициент х зависит от касательных напряжений в сечении:
если средние касательные напряжения в стенке балки тт не пре-
вышают четверти расчетного сопротивления на сдвиг металла
стенки /?s (rm^0,25/?s), то
х = х1( (23.28)
где Xi — коэффициент, зависящий от отношений площади сечения меньшего
пояса балки к площади сечения стенки (Аятш/Аю) и суммы площадей сечений
Atimm и А» к площади сечения всей балки ((A(1min+Aw/A) и определяемый по
СНиП 2.05 03-84.
Если тт превышает 0,257?s, но менее
х = 1,155х, Vl—Q/Qu, (23.29)
где Q — расчетное значение поперечной силы в сечении; Qu—предельная по-
перечная сила;
Qu = тх2 It/S, (23.30)
I-—момент инерции сечения брутто, т. е. без учета ослаблений; t — толщина
стенки; S—статический момент части сечения до центра тяжести сечеиия;
х2= 1,25 0,25тт1п>е//ттах,е/.
Минимальные и максимальные касательные напряжения
(ттш.е/ и Tmax,₽f) в сечении стенки вычисляют в предположении
упругой работы по известной формуле
^=QSmaK/It, (23.31)
min mln
где S— соответствеиио статические моменты части сечения до уровня
центра тяжести сечеиия и до уровня, соответствующего наименьшим касательным
напряжениям в стенке (в месте примыкания к поясу)
64
Рис. 23.6. Схемы для определения расчетной ширины ортотропных плит
Среднее касательное напряжение в стенке балки
Tm —, (23.32)
где Л„, tw — высота и толщина стенки балки.
Проверку стенки балки по касательным напряжениям выпол-
няют тоже с учетом пластических деформаций по условию
QS
х2 Н
С Rsm,
(23.33)
[обозначения см. в пояснениях к формуле (23.30)].
Формулы (23.27) — (23.33) действительны для любых сечений:
двутавровых, коробчатых, тавровых. Но при определении геометри-
ческих характеристик двутавровых или коробчатых балок пролет-
ных строений с ортотропной плитой проезжей части в расчетное
сечение вводят ширину ортотропных плит bej с учетом неравномер-
ности распределения нормальных напряжений по ширине поясов
балок (рис. 23.6, а). Определение величин b(:j достаточно сложная
задача, требующая обычно пространственного расчета пролетного
строения с построением эпюр ах по ширине ортотропных поясов
балок. Однако вполне достаточную точность дает следующая прос-
тая методика. Пролетное строение разбиваем на пролеты в соот-
ветствии с рис. 23.6, б. Далее в каждом пролете определяют отно-
шение ширины рассматриваемой пластины к пролету Ь/1 (см.
3 Зак. 578 65
Таблица 23.1
Схемы пролетов иа рнс. 23.6, б Положение сечеиия xi'll Значение коэффициента k в зависимости от Ь/1
0 0,04 0,10 0,20 0,40 0,80 1,20 1 ,60 2,00
1 0 1 0.91 0,80 0,65 0,45 0,27 0,18 0,14 0,10
0,25 1 0,98 0,97 0,90 0,70 0,39 0,24 0,17 0,13
0,50 1 0,99 0,98 0,92 0,74 0,42 0,26 0,18 0,14
2 0 1 0,78 0,58 0,42 0,24 0,12 0,08 0,08 0,07
0,25 1 1 1 1 0,84 0,40 0,22 0,18 0,17
1 1 0,88 0,74 0,58 0,38 0,20 0,14 0,10 0,08
3 0 1 0,74 0,54 0,36 0,20 0,10 0,08 0,07 0,06
0,25 1 0,92 0,80 0,62 0,36 0,18 0,11 0,09 0,08
0,50 1 0,98 0,94 0,79 0,49 0,21 0,14 0,12 0,11
4 0 1 0,90 0,79 0,64 0,48 0,32 0,24 0,19 0,16
0,25 1 1 1 1 1 0,82 0,57 0,42 0,32
1 1 0,96 0,89 0,80 0,65 0,45 0,34 0,27 0,22
рис. 23.6, б, в). По табл. 23.1 определяют значение коэффициен-
та k в зависимости от вида схемы пролета (см. рис. 23.6, б), поло-
жения рассматриваемого сечения в пролете и отношения Ь/1. Коэф-
фициент k характеризует неравномерность распределения нормаль-
ных напряжений по ширине ортотропной пластины при упругой
работе стали. Чтобы перейти к упруго-пластической работе мате-
риала с ограниченными пластическими деформациями, вычисляем
величину а, представляющую отношение минимальных и макси-
мальных нормальных напряжений в рассматриваемой части орто-
тропной плиты (рис. 23.6):
а = nmin/<Tmax == 1,5fe 0,5. (23.34)
Коэффициент v, учитывающий неравномерность включения в ра-
боту главных балок ортотропных поясов, получаем в зависимости
от величины а:
а........... 1,0—0,70 0,50 0,38 0,25 0,20 0,10 0,00
v........... 1,00 0,85 0,72 0,65 0,60 0,52 0,43
66
Рис. 23.7. Схемы для определения давления колес автомобилей на стенку балки
Окончательное значение эффективной ширины пояса, включае-
мого в расчетное сечение балок (bef),
bef = Zvibt. (23.35)
Кроме проверок прочности по нормальным и касательным на-
пряжениям, стенки балок должны удовлетворять условия
сту + ст^+Rytn; x^.Rsm, (23.36)
где Ox — нормальные напряжения в проверяемой точке стенки, направленные
вдоль оси балкн; ау — нормальные напряжения в проверяемой точке стенки, пер-
пендикулярные осн балки; хху — среднее касательное напряжение в стенке балки,
т. е. Txi/=Tm; у'—коэффициент, зависящий от величины ау (если ov=0; у' = 1,15;
если Oj^O, -/=1.10).
Нормальные напряжения ау, возникающие от давления колес
временной нагрузки, можно определить как
ву~ p/tw* (23.37)
где р — распределенная нагрузка на стенку балки от давления колеса;
р — Р/а. (23.38)
Величину а определяют с учетом распределения давления Р на
стенку вышележащими конструкциями по рис. 23.7. В формуле
(23.36) сжимающие нормальные напряжения ох и приняты по-
ложительными.
Расчет элементов ортотропного настила представляет некото-
рую сложность, так как он работает как верхний пояс главных
балок и как плита проезжей части, воспринимая давление колес
временной нагрузки. Расчетные сечения элементов ортотропного
насгила показаны на рис. 23.1, в, г, д. Зная усилия от действия
местной нагрузки (от работы как плиты проезжей части) (см.
§ 23.1), по формуле (23.27) можно получить напряжения ахр
3* 67
Таблица 232
ахс/ахр «1 т2
0 0,55 1,40
0,25 0,40 1,50
0,45 0,25 1,60
в листе настила и продольных
ребрах и аур в листе настила и
поперечных ребрах. По общим
усилиям в главных балках с по-
мощью формулы (23.27) получим
напряжения ахс в листе настила
и продольных ребрах от совмест-
ной работы в составе главных
балок.
Прочность продольных ребер по растяжению в нижней фибре
сечения в середине пролета между поперечными балками про-
веряют по условиям
ПХс + ml ^l^xp Ry >4", (ТхсН- Охр Ryn т*
(23.39)
где ffli, т2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл 23 2; %] —
коэффициент, учитывающий влияние остаточных напряжений от сварки; при
продольных ребрах из полосовой стали или уголков xi = 0,9, а из сварных тавров
Х1= 1,1; Rv< Ryn — расчетное и нормативное сопротивление металла продольного
ребра.
Нижние сжатые волокна продольных ребер проверяют в сече-
нии над поперечной балкой, обязательно в зоне положительных
моментов главных балок:
Oxc+Xi—^Rym, (23.40)
X
где %2 — коэффициент, принимаемый для продольных ребер нз полосовой ста-
ли или уголков равным 1,1, а из сварных тавров — 0,9; х —см. пояснения к
формуле (23.27)
Лист настила по прочности проверяют в областях сжимающих
и растягивающих усилий в нем от совместной работы с главными
балками по формуле
^Ч-Зт^ < Ry ту', (23.41)
где Сх = Схс+т'оХр', ov = ovc+fn'cvp; 1ху = 1хус+т;хур', т'— коэффициент ус-
ловий работы, принимаемый при проверке в точке иа верхней кромке листа по
середине его пролета (между продольными ребрами) равным 1,05, а в остальных
случаях 1,0
Расчет прочности сварного соединения листов пояса или пояса
со стенкой выполняют по металлу шва
т/=1<Г|/'(‘^')2+₽2 <Rwfm - (23 42)
и по металлу границы сплавления < >.
1 / / QS \2
Tz= \ Rwim> ' (23.43)
где if, tz — расчетные размеры шва, = tz = pzkf (см рис. 237); £/,
Pz—коэффициенты расчетных сечений швов, принимаемые по таблицам (см.
СНиП 2 05.03-84); р— давление от колеса временной нагрузки на стенку, опреде-
68
ляемое по формуле (23.38); Rwf, RWz — расчетные сопротивления при расчете
сварных соединений, равные в данном случае 7?™/=Я™г=0,45Яип.
Проверки прочности стальных сечений, работающих на изгиб,
обычно дают возможность определить их размеры. Как к все ин-
женерные расчеты, эти проверки выполняют с точностью ±5%.
Необходимо отметить, что сортамент прокатного металла влияет
на точность выполнения расчетов.
23.3. Проверка прочности сечений металлических балок,
объединенных с железобетонной плитой
Поперечное сечение объединенных (сталежелезобетонных) ба-
лок состоит из разнородных материалов: стальной (обычно свар-
ной) балки, бетона и арматуры плиты, работающих совместно.
Эти материалы расположены в разных частях сечения, имеют раз-
ные характеристики и могут находиться в упругой, упруго-пластич-
ной или пластичной стадиях работы. Точный учет всех особен-
ностей работы сечения достаточно сложен. Поэтому в настоящее
время при расчетах по прочности считают, что стальная часть
балки работает упруго, а в бетоне и арматуре плиты напряжения
могут не достигать расчетных сопротивлений (упругая работа)
или быть им равными (пластическая стадия).
Кроме того, при расчетах сталежелезобетонных сечений необ-
ходимо учитывать стадийность приложения постоянных и времен-
ных нагрузок и соответственно различать сечения, воспринимаю-
щие эти нагрузки по стадиям. Обычно можно считать, что стале-
железобетонное сечение работает в две стадии. На первой стадии
стальная часть сечения (стальная балка) воспринимает усилия,
вызываемые действием собственного веса стальной балки и желе-
зобетонной плиты. На второй стадии сталежелезобетонное сечение
воспринимает все остальные нагрузки. Таким образом, в железо-
бетонной плите возникают напряжения от усилий второй стадии,
а стальная часть балки работает на все нагрузки
Так же, как и в случае расчета балок в пролетных строениях
с ортотропными плитами, распределение нормальных напряжений
по ширине плит неравномерное. Поэтому прежде всего необходимо
определить расчетную ширину железобетонной плиты, вводимую
в расчет при определении гео-
метрических характеристик ста-
лежелезобетонного сечения (рис.
23.8). Допускается вычислять ра-
счетную ширину плиты как сум-
му расчетных участков справа и
слева от балки с учетом части
плиты над балкой, ограниченной
концом вута (величина Ь' на
рис. 23.8)
Рнс 23.8. Схема для определения
расчетной ширины плиты сталежеле-
зобетонных балок
69
Ширина расчетного участка плиты между балками (Ь) часто
составляет
/>==/п/2. (23.44)
Но если пролет балки, в состав которой входит плита, меньше че-
тырехкратного расстояния между балками 1„, то
b = b' + 6h, (23.45)
но не более /п/2 и не менее 1/8.
Расчетная ширина консольной части плиты Ьк зависит от отно-
шения вылета консоли 1К и пролета балки I, с которой работает
плита. Если пролет балки превышает двенадцатикратный вылет
консоли,
6к=/к, (23.46)
если же не превышает, то
h _Л I ДА [W
"К— с* | ^»*к,ср> (40.41)
но не более вылета консоли /к и не менее //12. Затем необходимо
вычислить геометрические характеристики сечений стальной части
балки и сталежелезобетонной в предположении их упругой работы.
Приведение геометрических характеристик бетона и арматуры
к стали делают с учетом соотношения их модулей упругости:
nb = Est/Eb; nr = E„t/ET. (23.48)
На рис. 23.9 даны основные размеры и обозначения для стале-
железобетонной балки (рис. 23.9, а), эпюра относительных дефор-
маций в сечении (рис. 23.9, б) и эпюры напряжений, соответствую-
Рис. 23.9. Сечение сталежелезобетоиной балки и эпюры относительных деформа-
ций и нормальных напряжений:
/ — центр тяжести стальной балки; 2 — центр тяжести железобетонной плиты; 3 — центр
тяжести сталежелезобетонной балки
70
щие различным случаям работы железобетонной плиты, а значит,
и всего объединенного сечения.
Для сечения с железобетонной плитой, находящейся и" сжатой
зоне, различают три случая работы сечения, определяемых напря-
женным состоянием плиты. Первый случай соответствует упругой
работе железобетона плиты, когда напряжения и в бетоне плиты,
и в арматуре не достигают расчетных сопротивлений (рис. 23.9, в).
Второй случай (рис. 23.9, г) предполагает, что напряжения в бе-
тоне плиты превысили расчетное сопротивление Rt>, а напряжения
в арматуре меньше расчетного сопротивления. В третьем расчетном
случае (рис. 23.9, д) плита работает в пластической стадии, напря-
жения и в бетоне и в арматуре выше расчетных сопротивлений.
Напряжения в бетоне оь и арматуре аг плиты вычисляют на уров-
не центра тяжести железобетонной плиты, предполагая упругую
работу сечения балки, от нагрузок на второй стадии работы стале-
железобетонного сечения с учетом изменения напряжений от пол
зучести, усадки бетона, перепадов температур и обжатия попереч-
ных швов:
М2 М2
°ь— — аЫ’ °г— .„. +
nb"/b,stb nrWb,stb
(23.49)
где М2 — момент на второй стадии работы сталежелезобетонного сечения;
пь, пг — коэффициенты приведения материалов плиты к стали по формулам
<23 48); IFb.stb — момент сопротнвлеиня сталежелезобетонного сечения для уров-
ня центра тяжести железобетонной плиты; сь,, сьч—напряжения в бетоне и ар-
матуре от ползучести, усадки бетона плиты, обжатия поперечных швов и изме-
нения температуры.
Если и or<iRr, дальнейший расчет ведем по первому
случаю работы сечения балки; если аь^Аъ^ъ, a or<Rr, получаем
второй случай расчета сечения балки; при оь^ть/?ь и or>Rr —
третий случай расчета сталежелезобетонного сечения.
Зная напряжения в бетоне и арматуре плиты из формул (23.49),
можно вычислить значение продольных сил в сталежелезобетон-
ном сечении:
в первом случае
N = N^r = Ль О{,+ Аг аг:
во втором случае при проверке нижнего пояса стальной балки
N = NbRtr = AbRb + ArOr-, (23.50)
во втором случае при проверке верхнего пояса и в третьем случае
N — ^br,R — Ав RB-[- Аг Rr-
Проверку напряжений в верхнем поясе стальной балки выпол-
няют по формулам внецентренного сжатия
М—гЬз N
°®2 — СЦ7
L W 82,8
——^m1mRy,
где М — полный изгибающий момент в сталежелезобетонной балке (А4=
=Mt+M2); Zbs — расстояние между центрами тяжести железобетонной плиты и
71
стальной балки (см. рис. 23.9, а); jV — продольная сила в железобетонной плите
по формулам (23.50); с — поправочный коэффициент, в первом расчетном случае
c = z3/zn1> во втором — с = х3=1+т](и—1); г]—табличный коэффициент, завися-
щий от Л,2/Л,| и NJAamRy (см СНиП 2.05.03-84); х — коэффициент, учитываю-
щий ограниченные пластические деформации в стальном сечении (см. § 23.2),
Щ| — коэффициент условий работы верхнего пояса стальной части балки, учнты-
mbRb— оь Аь
вающий разгрузку недонапряжеиным бетоном плиты (т,= +---------=g:l,2),
mRy As2
во втором и третьем расчетных случаях /П| = 1,0; Ws2,s— момент сопротивления
для верхних волокон стальной балки; 4,—площадь сечения стальной балки;
т — см. пояснения к формуле (23.27).
Напряжения в нижнем поясе проверяют подобно проверке верх-
него пояса
—
М —zbsN Л'
«3^1,4 + As
(23.521
< mRy
где W'si.s — момент сопротивления для нижних волокон стальной балки
В третьем расчетом случае в железобетоне плиты могут воз-
никнуть чрезмерные пластические деформации. Поэтому кроме
проверок напряжений в стальной части балки в этом случае необ-
ходимо деформацию плиты сравнить с предельным значением от-
носительной деформации для бетона, принимаемым равным 0,0016:
k [ Л42—zbaN N \
66 = ТГ - ~Г с[еь1 ’ (23 •53)
*--st \ w bs /
где k — коэффициент, учитывающий увеличение относительных деформаций
бетона за счет пластических деформаций плиты (см. СНиП 2.05.03-84); — ус-
ловный момент сопротивления стальной балки на уровне центра тяжести железо-
бетонной плнты (Fi,=/s/Zt,8).
Подбор сечения по формулам (23.45) — (23.49) трудоемок.
Поэтому для ориентировочных расчетов или для первоначального
определения сечения можно воспользоваться приближенной мето-
дикой, по которой сначала вычисляют упругие геометрические ха-
рактеристики стального и сталежелезобетонного сечений в соответ-
ствии с двумя стадиями работы, а затем определяют напряжения
в верхнем и нижнем поясах стальной балки и по верху плиты
в предположении упругой работы сечения:
, , „ Ml , М2
Ost — asi+osl— Г zsl,sT . zsi,stb^ mRy,
' is i.sib
Ml M2
as2 = as'2 + as2=-— zs2,s-j---zs2.stb^ m'mRy; ] (23.54)
is i stb
M2
’ >f* • ob = ob= z'b^tb<mbRb,
i stb
где а', а" — нормальные напряжения в элементах сечения, соответствующие
работе на первой и второй стадиях; Л4Ь Л42 — моменты в сечении по стадиям ра-
боты; Istb—моменты инерции стальной части балкя и объединенного сечения,
Z.18, zs2,s — расстояния от центра тяжести до нижиих и верхних волокон сталь-
ной балкн; Zsi.e«&, Zi.stb, z’b,stb — расстояния от центра тяжести сталежелезобе-
72
тонной балкн до ннжннх н верхних волокон стальной части балкн и до верха же-
лезобетонные плиты; т' — коэффициент, учитывающий поддерживающее влия-
ние железобетонной плнты на работу верхнего пояса стальной балкн. принимае-
мый в пределах 1,0—1,2 в зависимости от отношения аь и Rb-
После подбора сечения по формулам (23.50) и определения
размеров балки необходимо выполнить проверки (23.45) — (23.49).
Кроме проверки прочности сечений в сталежелезобетонных балках,
делают расчеты на выносливость и проверяют трещиностойкость
железобетонной плиты по раскрытию трещин.
23.4. Расчет сопряжения железобетонной плиты
с металлической балкой
Для обеспечения совместной работы железобетонной плиты со
стальной балкой в объединенных сталежелезобетонных сечениях
необходимо восприятие сдвигающих усилий, возникающих при ра-
боте на изгиб. Для этого устанавливают упоры или делают фрик-
ционные соединения (см. § 22.8). На работу упоров также влияют
ползучесть и усадка бетона и изменения температуры, особенно
в концевых участках балок, где необходимо проверять упоры
не только на сдвигающие, но и на отрывающие усилия.
Сдвигающее усилие, действующее на один упор, равно разности
усилий в железобетонной плите на длине между упорами ау
(рис. 23.10, а):
Sc~(OfycAb °rc Ar) -4ь . (23.55)
где <7бс, Qbk — напряжения в бетоне в центре тяжести железобетонной плиты
в сечениях по концам участка ау ближе к середине илн к опорному сечению бал-
ки, определяемые по формулам (23.49); огс, — напряжения в арматуре иа
уровне центра тяжести железобетонной плиты в сечениях по концам участка ау
ближе к середине или к опорному сечению балки, определяемые по формуле
(23 49); Аь, Аг — площади бетона и арматуры плнты, соответствующие расчетной
ширине плиты bef (см. § 23 3).
На концах балок полное сдвигающее усилие определяют для
участка длиной а (рис. 23.10, б),
о---0,36 (H-^bef), (23.56)
где И— расчетная высота сталежелезобетонной балкн; Ье/ — расчетная ши-
рина плнты, равная bef=b + bh по формулам (23.44) — (23.47), принимая ом = 0
И ОгЛ = 0.
Кроме сдвигающих усилий, в концевых участках балок необхо-
димо учитывать усилия, отрывающие железобетонную плиту от
стальных балок So:
SO = 5,6——Sc, (23 57)
° Н-\--Ье,
где 2ь,и2 — расстояние от центра тяжести железобетонной плнты до верха
стальной балкн
73
Отрывающее усилие So принимают приложенным на расстоя-
нии 0,024 (//+&<>/) от конца балки.
В автодорожных и городских мостах площадь жестких упоров
назначают из проверки упоров по смятию бетона:
ScsSSy, (23 58)
где Sy= 1,6 RbAYmY (23 59) —усилие, допустимое на один упор по смятию
бетона; 4У •—расчетная площадь упора (рис 23.10, в); ту—коэффициент усло-
вий работы упора; если упор расположен в железобетонном ребре плнты нлн
вуте, то щу=0,7 при bp^ 1,35у, ту=0,9 при 1,55У>5Р> 1,ЗЬУ н ту=1,0 в осталь-
ных случаях; bv — ширина ребра нлн вута плнты на уровне центра тяжести 4У;
Ьу—ширина упора.
Из неравенства (23.58) можно получить ч 1
Ау min ~ SC/1 ,6Rb (23.60)
По требуемой плошали контакта упора и плиты Ay>mi„ назна-
чают размеры упора Ьу и hy (см. рис. 23.10, в) и получают размеры
упора. После этого проверяют прочность упора
o = Mc/W = 3Schy/byt*^Ry. (23.61)
Из формулы (23.61) получим
/у > 1/3SC йу/5у/?у. (23.62)
Рис 23 10. Схемы для расчета упоров сталежелезобетонных балок
74
Часто необходимая величина ty получается слишком большой.
В этом случае для уменьшения необходимой толщины ty упор
укрепляют ребрами жесткости, причем их устанавливают так, что-
бы прогибы по концам консолей и в середине пролета условной
балочки (рис. 23.10, г) от равномерно распределенной нагрузки
были равны. Из этого условия получим b2~0,22by. Тогда
М,. » 0,025асЬ2; (23.63)
/у> УбМг//?у. (23.64)
Петлевые гибкие упоры из арматурной стали проверяют по
следующим формулам:
Sc Sn; 1
Sn sg 0,2.4,, <os a j d2 }/ 10/?b sin a; 1 (23.65)
Sn + 0,24o mRr (cos a+0,8 sin a), )
где Sn — усилие, которое может воспринять одни петлевой упор, кН
(рис. 23.10,0); Аа—площадь одной ветви петлевого упора, см2; da — диаметр
стержня, из которого сделан петлевой упор
Кроме жестких и гибких упоров, в настоящее время часто для
объединения железобетонной плиты со стальными балками исполь-
зуют высокопрочные болты. Усилие, которое может воспринять
одни высокопрочный болт, можно определить как
Sb = 0,77/P (0,77 + 0,0025/), (23.66)
где f — коэффициент трения, равный 0,6, если плита монолитная или сборные
плиты укладывают иа цемеитио-песчаиый раствор, и равный 0,45, если сборные
плиты кладут непосредственно на стальную балку; t — толщина плиты и раство-
ра, см, ио ие более 50 см; Р — усилие натяжения высокопрочного болта;
P = 0,95RM Abh- (23.67)
Рьк — расчетное сопротивление высокопрочного болта растяжению, равное 0,7
наименьшего временного сопротивления болтов разрыву (0,7/?6un); Аы> — пло-
щадь сечения болта.
Величина в скобке формулы (23.66) учитывает потери усилия
натяжения от усадки и ползучести бетона плиты и слоя раствора
между плитой и стальной балкой. Количество болтов в одном се-
чении балки
nbh>Sc/Sb. (23.68)
Обычно при проектировании соединений расчет прикрепления
железобетонной плиты к стальной балке выполняют не по сече-
ниям, а для участков балки с равномерным расположением при-
крепляющих элементов (гибких, жестких упоров или высокопроч-
ных болтов) по длине участка. Для каждого участка в соответ-
ствии с его длиной ау определяют по формуле (23.55) сдвигающую
силу Sc. По усилиям, которые может воспринять один прикрепляю-
щий элемент (формулы (23.59), (23.65) и (23.66)), получим их ко-
личество и распределим их равномерно по длине участка.
75
Рис. 23.11 Разбивка балок на участки при расчете упоров
Следует принимать разбивку на участки, как показано на
рис. 23.11. Длину первого участка принимают /1=0.18г, второго
/2=0,36/, третьего /з^0,8/ и четвертого /4^1,6/, где l—H-{-bef
[см. пояснения к формуле (23.56)].
23.5. Проверка общей и местной устойчивости балок
Кроме расчетов по прочности при проектировании балок со
оплошной стенкой, необходимо выполнить проверки, результаты
которых позволят убедиться, что при действующих в балке напря-
жениях балка не потеряет общую устойчивость или не потеряют
устойчивость отдельные ее элементы. После достижения нагрузкой
определенного предела сжатый пояс балки может выпучиться
в плане из плоскости изгиба, а балка скручивается — происходит
Рис. 23.12. Схемы потери общей ус-
тойчивости балки
общая потеря устойчивости
балки (рис. 23.12). При этом
меняется работа сечения, рез-
ко возрастают напряжения и
быстро наступает разрушение.
Если сжатый пояс главной бал-
ки или балок проезжей части
закреплен на всем протяжении
плитой проезжей части (желе-
зобетонной или ортотропной),
общая потеря устойчивости ис-
ключена. В случае когда сжа-
тые пояса связаны только си-
стемой продольных или попе-
речных связей, общая устойчи-
вость зависит от отношения
расстояния между узлами свя-
зей и ширины сжатого пояса.
Если это отношение не превы-
шает 15, общая устойчивость
также обеспечена. Если же по-
следнее условие не соблюдает-
ся, сжатый пояс может поте-
рять устойчивость, как показа-
76
но на рис. 23.12. При постепенном нагружении балки сначала она
деформируется (рис. 23.12, а, б, г,д) в плоскости изгиба (в верти-
кальной плоскости). Затем при достижении сжимающими напряже-
ниями критической величины начинается смещение верхнего пояса
в горизонтальной плоскости, закручивание всего сечения балки
(рис. 23.12, в). Очевидно, чтобы не произошла общая потеря устой-
чивости балки, необходимо, чтобы напряжения в сжатом поясе
не превосходили определенное значение, которое зависит от раз-
меров пояса и расстояний между точками его закрепления в гори-
зонтальной плоскости
М
—sge(pb/?ym, (23.69)
"'с
где М — наибольший расчетный изгибающий момент в пределах расчетной
длины lef сжатого пояса балкн (между точками закрепления в горизонтальной
плоскости); IP'c — момент сопротивления сечення балкн для наиболее удаленного
от осн волокна сжатого пояса; е — коэффициент, зависящий от гибкости балки
из плоскости стенки Av и коэффициента х, учитывающего допущение ограничен-
ных пластических деформаций в сечении (см. формулу (23 27)]; фь—коэффици-
ент продольного изгиба, зависящий от Ху, принимаемый для случая, когда приве-
денный относительный эксцентриситет е«/=0, по приложению 15 СНиП 2.05.03-84
(«Мосты и трубы»)
Значение гибкости балки из плоскости стенки
Ху = л1/£1Гс/МсГ( (23.70)
где Е — модуль упругости стали; Мсг — критический изгибающий момент в
пределах расчетной длины сжатого пояса балки, определяемый по теории тонко-
стенных упругих стержней для заданных условий закрепления и нагружения
балкн.
Если величина Ху<285, коэффициент е вычисляют по формуле
/ Xw \
е=1 + (х-1) 1 —-М, (23.71)
\ OD /
а при Ач/^85 гибкость балки (Ху) принимают равной 85 и величи-
на е получается равной 1.
Критический изгибающий момент, при котором появляется опас-
ность потери общей устойчивости, допустимо определять по фор-
муле
(И72)
lef
где G — модуль сдвига стали, равный 0,4 £; /9, lh — момент инерции сечения
относительно вертикальной оси и момент инерции при чистом кручении; lef — рас-
четная длина сжатого пояса между точками закрепления его в горизонтальной
плоскости; с — коэффициент, характеризующий приложение нагрузки к верхнему
или нижнему поясу и закрепление балки на опорах; k — коэффициент, зависящий
от расположения нагрузки по длине балки; а — коэффициент, рассчитываемый по
формуле
h — высота балки.
77
Для двутавровых балок (незамкнутый профиль, состоящий из
пластин) •
Ih = 0,4326;/?, ‘ '
где Ь, —ширина листов поясов и высота стенки; /, —толщина листов поясов
и стенкн.
Коэффициенты с и k, учитывающие положение нагрузки, можно
принять для случая приложения нагрузки к верхнему поясу балки
и при расположении ее равномерно по длине балки. Их значения
определяют в соответствии со СНиП 11-23-81.
Произведение b~kc^\-\-n2la. ориентировочно можно определить
в зависимости от величины а = 4GJk(leilh)ilEJy-.
а......... 0,1 1 2 4 8 16 32 100 оо
b......... 31 10,4 7,7 5,9 4,7 4,0 3,6 3,3 3,14
С учетом коэффициента b
Ь ---------- ЬЕ ,---------
Mcr--=~—yElyGlh=-—yO,4IyIll. (23.73)
4/ ief
Усилия, действующие на сплошностенчатые конструкции, могут
вызвать местные деформации (выпучивание) тонких листов, из ко-
торых составлены балки. Такое явление называется потерей мест-
ной устойчивости. В двутавровых балках на местную устойчивость
необходимо проверять стенку, а в коробчатых проверяют и стенки,
и листы верхнего и нижнего поясов.
Потеря местной устойчивости стенки балки может произойти
от действия нормальных ох и оу и касательных напряжений
(рис. 23.13, а), которые, суммируясь, создают большие сжимаю-
щие напряжения. Проверка местной устойчивости заключается
в сравнении действующих нормальных и касательных напряжений
с критическими, превышение которых вызывает потерю устойчи-
вости.
Рис. 23 13 Схемы для расчета на местную устойчивость стеиок балок
78
Критические напряжения зависят от конструкции балки, толщи-
ны стенки и размеров отсека стенки, ограниченного поясами, вер-
тикальными и горизонтальными ребрами жесткости (см. рис. 23.13,
а, б).
В общем случае напряжения ох, и тху вычисляют в предполо-
жении упругой работы материала по сечению брутто (без учета
ослаблений сечений) и без учета коэффициентов продольного
изгиба.
Нормальные напряжения, действующие по верхней и нижней
границе стенки с высотой hef,
N Мт N Мт
°тах — А ± , Утах! °mln— . ± . f/mln- (23 74)
/1 1 х /1 1 х
где N, Мт — продольная сила н среднее значение изгибающего момента в
пределах отсека, если или среднее значение изгибающего момента на бо-
лее иапряжеииой части длины отсека, равной если a>he/t или на участке с
моментом одного знака, если момент меняет знак в пределах длины отсека; утат,
Утт — наибольшее и наименьшее расстояние от нейтральной осп до границ отсе-
ка по вертикали.
Действие касательных напряжений характеризуется средним ка-
сательным напряжением в отсеке хху. Если горизонтальные ребра
жесткости отсутствуют,
2 Qm 'Srnax
3 1X tw
(23.75)
(23 76)
по вер-
но фор-
где Qm —среднее значение поперечной силы в пределах отсека, определяемое
подобно Мт [см пояснения к формуле (23 74)].
а если в отсеке имеются горизонтальные ребоа жесткости,
__ т14-та
2
где Т|, т2 — значения касательных напряжений на границах отсека
тикали (например, на рис 23 13,6 по краям высоты hx), вычисляемые
муле Т|= ——
1 Xlw
Сжимающие поперечные нормальные напряжения считаются
положительными. Их определяют на внешней кромке крайнего от-
сека от подвижной нагрузки,
oy = P/tw. (23.77)
где р — давление на внешнюю кромку крайнего отсека, определяемое по фор-
муле (23.38),
или от сосредоточенного давления
o4 = Fltwl, (23.78)
где F— сила давления передаваемая иепосредственио через пояс балки, I—
условная длина распределения нагрузки;
79
/ — Су J/twt
(23.79)
с — коэффициент, принимаемый для сварных и прокатных элементов равным 3,25,
для элементов с соединением иа высокопрочных болтах — 3,75, для элементов с
соединением иа обычных болтах — 4,50; / — момент инерции пояса балки.
Поперечные напряжения оу на границе второго и последую-
щего отсеков можно определить по формулам:
при нагрузке, распределенной по всей длине отсека,
o^=oy (1—3v2 + 2v3), (23.80)
а при сосредоточенной нагрузке
Г а / 2 '
а'и = Оу/л arctg — —3v2 11 —
где а=//2Лм; v = h!hw (h — расстояние от оси нагруженного
ближайшего горизонтального ребра жесткости, ограничивающего
отсек).
(23.81)
пояса до оси
проверяемый
Соответствующие критические напряжения зависят от ряда фак-
торов и, в частности, от величин:
ь / / \3
5 ~ 1 amax/aminJ — а/hef\ у- р ~ I — | , (23 82)
М \ iw /
где Л, Ь\ — для стеики толщина и расчетная ширина листа сжатого пояса;
р - коэффициент, характеризующий закрепление сжатого пояса конструкцией
проезжей части.
В автодорожных мостах наиболее характерные значения 0 сле-
дующие: при свободном поясе —0,8; если к поясу приварен лист
ортотропной плиты — 2,0; если к поясу по всей длине пролета при-
креплена высокопрочными болтами железобетонная плита проез-
жей части — 20,0; если к поясу присоединена сборная железобетон-
ная плита проезжей части с помощью закладных деталей— 1,5.
Значения критических напряжений ах, сг, о,Лсг и тХу,сг определя-
ют по соответствующим приведенным критическим напряжениям,
которые в основном зависят от соотношения толщины стенки tw
и размеров отсека (hef или а):
У /
^xy,cr,ef = СП-с Р020“1
(23.83)
где та =0,905 Et^, тТ — 0,476- 10~2Et^; у* — коэффициент упругого защем-
ления стеики, принимаемый для элементов с болтовыми соединениями равным 1,4;
для сварных балок в зависимости от у:
у........... 0,25 0,50 1,0 2,0 4,00 10,0 >10
Хх.......... 1,21 1,33 1,46 1,55 1,60 1,63 1,65
е — коэффициент, зависящий от ц и принимаемый по таблице в приложе-
нии 16 СНиП 2.05.03-84; £—коэффициент, равный 1,0, если нагрузка равномерно
распределена по всей длине отсека, и по таблице в приложении 16 СНиП
80
Таблица 23 3
ц Значения Ху при у, равном
0,25 0,50 | 1,0 1 4.0 | >10,0
0,4 1,19 1,24 1,28 1,32 1,34
0,6 1,19 1,29 1,36 1,45 1,49
0,8 1,20 1,30 1,41 1,57 1,65
1,0 1,20 1,32 1,47 1,73 1,88
1.5 1,19 1,32 1,52 1,97 2,51
>2,0 1,18 1,32 1,56 2,21 2,95
Таблица 23.4
ц Значения х при V. равном
0, 25 | 0,50 | 1,0 | 2,0 5,0 10,0 >10, 0
0,50 1,014 1,016 1,017 1,018 1,018 1,018 1,018
0,67 1,063 1,075 1,081 1,085 1,088 1,088 1,089
1,00 1,166 1,214 1,252 1,275 1,292 1,298 1,303
2,00 1,170 1,260 1,358 1,481 1,496 1,524 1,552
>2,50 1,192 1,300 1,416 1,516 1,602 1,636 1,680
2 05.03-84 в зависимости от ц и р= 1,04//Ле/; — коэффициент упругого защем-
ления, принимаемый в зависимости от р и у по табл. 23.3; % — коэффициент упру-
гого защемления стенки, зависящий от ц и у (табл. 23.4); d — меньшая сторона
отсека (а или hef) \ щ —коэффициент, равный ц, если а больше hef, и равный
1/р, если а меньше hCf, z — коэффициент, зависящий от ц:
р........... 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 '2,5
z........... 4,88 5,37 5,80 6,26 6,87 7,69 8,69 9,86 11,21 15,28
По значениям приведенных критических напряжений ох, сг, е/.
О//, сг, и Тху, ст, ef вычисляют соответствующие критические напря-
жения, причем функции ох, сг ОТ Ох, сг, ef, Gy, сг ОТ Gy, cr, ef И txy, cr ОТ
Txy, cr,ef зависят от марки стали и значений приведенных критиче-
ских напряжений. Переход от приведенных критических напряже-
ний Ox, cr, ef, Oy,cr,ef И Тху, cr, ef К КрИТИЧвСКИМ НЭПрЯЖеНИЯМ МОЖНО
осуществить с помощью графика на рис. 23.14. Кривая, соответ-
ствующая стали 10ХСНД, также характеризует и стали 15ХСНД-40,
14Г2АФД и 15Г2АФДпс.
Определив значения действующих напряжений ох, оу и тху,
а также соответствующих критических напряжений, выполняют
проверку местной устойчивости для стенки, имеющей только вер-
тикальные ребра жесткости:
/(
Gx
^Х,СГ
+
Ру
Gx,cr
0>9тху
Ы2 ^ху,СГ
< 1,0,
(23.84)
81
Рис. 23.14 Графики перехода от при-
веденных критических напряжений к
критическим напряжениям:
/—для стали марки 16Д, 2 — для стали
марки 15ХСНД, 3 — для стали марки
10ХСНД
hw
0,5 ;
где ы, = 1,0+0,1g; со2 — коэффици-
ент, вводимый при расчете автодорож-
ных и городских мостов; если величина
/гю//ю>100,
со, = 1 + 0,5 .
2 \ 200/а,
hw — высота стенки балки
Если стенка балки, кроме вер-
тикальных ребер жесткости, под-
креплена и горизонтальным, то
проверку выполняют по отсекам
с корректировкой величин
Ox, cr, eft Oy,cr,ef и Хху, cr, ef, В пер-
вом отсеке (между сжатым поя-
сом и горизонтальным ребром
жесткости)
Ох
(01 СГх.СГ
(23 85)
Во втором отсеке (между гори-
зонтальным ребром жесткости и
растянутым поясом) проверку
выполняют по формуле (23.84).
Ох, оу и Хху вычисляют с учетом
коэффициентов перегрузки и ди-
намических коэффициентов, т. е.
по расчетным значениям усилий.
Если проверка местной устойчивости не выполняется, то необхо-
димо уменьшить расстояние между вертикальными ребрами жест-
кости, установить горизонтальные ребра жесткости или увеличить
толщину стенки. Иногда бывает необходимо одновременное изме-
нение как толщины стенки, так и расстояния между вертикальны-
ми ребрами или установка горизонтальных ребер жесткости.
Расчет поясных листов коробчатых балок на местную устойчи-
вость выполняют подобно расчету стенки.
23.6. Расчет стыков балок
При расчете монтажных стыков балок определяют количество
заклепок или высокопрочных болтов, а в случае применения свар-
ки на монтаже — размеров сварных швов. Стыковое соединение
должно обеспечить передачу усилий, действующих в стыке. Провер-
ка прочности стыковых накладок стенок обычно не требуется.
В настоящее время в стальных мостах со сплошными балками
наиболее распространены сварные конструкции с фрикционными
82
монтажными соединениями на высокопрочных ио^иах. о 1аких
стыках сечение балки около стыка получает ослабление за счет
устройства отверстий для высокопрочных болтов в поясах и стен-
ке. Поэтому часто бывает необходимо устройство компенсаторов
в поясах по концам монтажных блоков — приварка более толстых
листов к концам поясов. Накладки, перекрывающие стык пояса,
должны иметь площадь сечения, не меньшую площади пояса или
компенсатора, если он есть. Так как применение листового проката
толщиной менее 10 мм не допускается, а стыковые накладки стеи-
ки устанавливают обычно с обеих сторон, чаще всего бывает
достаточно в стыке стенки накладок с минимальной толщиной
10 мм. Также стенка имеет достаточный запас прочности, поэтому
компенсаторы в стенке практически не устраивают. При проверке
накладок растянутых поясов по прочности вводят коэффициент
условий работы /п=0,9, на который умножают площадь сечения
накладок или расчетное сопротивление металла накладок. В общем
случае в стыке могут действовать изгибающий момент М, попереч-
ная сила Q и продольная сила N.
При расчете стыков можно считать, что момент М и продоль-
ная сила N передаются на пояса и стенку пропорционально их раз-
мерам и напряжениям, действующим в них (рис. 23.15, а), тогда
в поясе будет действовать продольная сила
Nj=NAf/A, (23.86)
где А и А/ — соответственно площади всего сечеиия и рассчитываемого поя-
са,
а в стенке
NW = HAW/A. (23.87)
где Aw — площадь стенки балки.
83
Соответственно получим усилие от момента, приходящееся
на пояс:
. м
NM = °f Af = — yf Af, (23.88)
где О/ — напряжение от действия изгибающего момента в центре тяжести
сечения пояса; yf — расстояние от центра тяжести сечения балки до центоа тяже-
сти сечения пояса.
На стенку передается доля полного момента
MW = MIW/I , (23.89)
где lw — момент инерции сечения стенки балки.
С достаточной степенью точности можно считать, что стенка
воспринимает поперечную силу Q полностью, т. е. QW = Q.
Таким образом, продольная сила, приходящаяся на стык пояса
балки,
Nf = Nf + ^M- (23.90)
Количество болтов в полунакладке стыка пояса
nf = Nf/Qbhns, (23.91)
где Qbh—расчетное усилие на одну плоскость трения; п,— количество плос-
костей трения, при перекрытии стыка пояса одной накладкой па=1,0; при пере-
крытии стыка двумя накладками (сверху и снизу от листа пояса) п»=2,0.
Расчетное усилие Qbh, которое передается одной плоскостью
трения, от одного болта
Qbh = Py/Vbh, (23.92)
где Р — усилие натяжения высокопрочного болта, которое можно определить
по формуле (23.67); ц— коэффициент трения по контактным поверхностям, рав-
ный 0,58 при пескоструйной или аналогичной (дробеструйной, дробеметиой) обра-
ботке двух поверхностей без последующей консервации, 0,50 — при обработке
кварцевым песком или дробью одной поверхности с консервацией полимерным
клеем при посыпке его карборундовым порошком и стальными щетками без кон-
сервации— другой поверхности; 0,42—при газопламенной обработке обеих по-
верхностей без консервации, 0,36 — стальными щетками обеих поверхностей без
консервации; уьк— коэффициент надежности, принимаемый из табл. 23 5.
Таблица 23 5
Значения ybh при обработке контактных поверхностей способом
Число высоко- прочных болтов в соединении песко- или дробеструйным дробеструйным с нанесением покрытия газопламенным стальными щетками
2—4 1,57 1,25 1,96 2,51
5—19 1,36 1,16 1,58 1,85
>20 1,18 1,07 1,29 1,41
84
При расчете стыка стенки продольную силу Nw и поперечную
силу Qw можно считать равномерно распределенными между всеми
болтами в полунакладке (с одной стороны стыка). Тогда усилие
на один болт от продольной силы и поперечной силы в стенке
У'q~Qw /п, (23.93)
где п — количество болтов иа полуиакладке.
Усилия от изгибающего момента в стенке Afw, приходящиеся
на один болт, распределяются неравномерно, и их можно опреде-
лить, считая, что они пропорциональны расстояниям от центра бол-
тового поля (рис. 23.15, б). Если балка высокая и болтовое соеди-
нение вытянуто, причем, в каждом горизонтальном ряду установ-
тено небольшое количество болтов (1—3), можно считать, что
распределение усилий пропорционально вертикальным расстояниям
от центра тяжести болтового поля до рядов болтов. Если балка
невысока и соединение развито вдоль оси бяпки, т р в каждом
ряду установлено несколько болтов, приходится при расчете учи-
тывать расстояние до каждого болта (см. рис. 23.15, б). Обозначив
через Nm,w усилие, действующее на болт в крайнем, наиболее уда-
ленном от центра тяжести заклепочного поля ряду с расстоянием
(/max, можно записать:
= wDi IУтах > (23.94)
где У, и уг — усилие, приходящееся иа i-й болт, и расстояние до него от цен-
тра тяжести болтового поля.
Все болты в полунакладке должны воспринимать момент, при-
ходящийся на стенку. Из этого условия получим
Mw = ^Niyi= ^tyf. (23.95)
(/max
откуда
NM,w = Mwymax/^. (23.96)
Результирующее усилие, приложенное к наиболее нагруженно-
му болту, получим как равнодействующую сил Nn, Nq и Nm, w,
которая для высокой балки со стыком, развитым по вертикали,
составит
'Vmax= ]/(Л'?/ + Л'м,ш)2 + Л'§. (23.97)
При проверке стыка усилие (Vmax не должно превышать расчет-
ного усилия nsQbh'
^max ns Qbh, (23.98)
где ns — число плоскостей трения, в стыках стенки чаще всего равное 2;
Qbh — расчетное усилие, которое может быть воспринято одной плоскостью тре-
ния от одного болта, вычисленное по формуле (23.92).
Сварные монтажные стыки очень часто выполняют встык с пол-
ным проваром на всю толщину листов. Их можно не рассчитывать,
85
так как современная технология выполнения таких швов автомати-
ческой, полуавтоматической и даже ручной сваркой гарантирует
равнопрочность стыка и основного металла.
В болто-сварных соединениях, когда пояса балок стыкуют с при-
менением сварки (в стык), а стенку на высокопрочных болтах,
распределение усилий между поясами и стенкой и соответствую-
щие расчеты можно выполнять подобно расчету стыка только на
высокопрочных болтах.
\ Контрольные вопросы
1 Какие существуют методы определения коэффициентов поперечной уста-
новки?
2. Как учитывают возможные пластические деформации сечений при расчетах
прочности изгибаемых элементов?
3 Каковы особенности расчета по прочности сечений сталежелезобетонных
балок?
4. Учитывают лн усадку и ползучесть бетона при расчете упоров сталежеле-
зобетоиных балок?
5. В чем заключается проверка устойчивости стенок стальных балок?
Глава 24 !
БАЛОЧНЫЕ ПРОЛЕТНЫЕ СТРОЕНИЯ С ФЕРМАМИ
24.1. Компоновка пролетных строений с фермами.
Основные схемы ферм
Балочные пролетные строения с фермами применяют для пере-
крытия пролетов от 30—40 до 300—550 м. Обычно пролетные
строения с фермами при пролетах, превышающих 50 м, менее
металлоемки, чем балочные со сплошной стенкой. Но они сложнее
по конструкции, изготовлению и монтажу. Поэтому пролетные
строения с фермами экономически целесообразны для пролетов
более 70—80 м. В диапазоне пролетов 60—80 м пролетные строе-
. ния со сплошными балками и с решетчатыми фермами примерно
равноценны.
Пролетные строения с решетчатыми фермами могут быть как
с ездой поверху, так и с ездой понизу. Если отметки проезда
гозвсляют (имеется достаточная строительная высота), лучше
устраивать езду поверху. Однако при перекрытии больших проле-
те з строительная высота становится настолько большой, что далеко
не всегда ее можно разместить на существующем профиле. В этом
случае целесообразнее пролетные строения с фермами и ездой по-
низу, позволяющие свести к минимуму строительную высоту про-
летных строений.
86
Рис 24 1. Схема пролетного строения с фермами при езде понизу:
/ — главная ферма, 2 —поперечная балка; 3 — продольная балка; 4 — плита проезжей части;
5 —тротуарная консоль, 6 — тротуар; 7 — ветровые связи
При езде поверху компоновка пролетных строений с фермами
подобна общему устройству пролетных строений со сплошной
стенкой (см. гл. 22) с заменой балок со сплошной стенкой на
фермы.
Устройство пролетных строений с решетчатыми фермами с ездой
понизу сложнее, чем при езде поверху. Обычно они имеют в попе-
речном сечении только две главные фермы; обязательно устраива-
ют балочную клетку, которая в случае использования глав-
ных ферм с гибкими поясами,
состоит из поперечных и
продольных балок; тротуа-
ры выносят на внешнюю сторо-
ну ферм; в пределах мостового
полотна предусматривают защит-
ные полосы шириной не менее
0,5 м около каждой фермы (рис.
24.1). Балочная клетка и система
ветровых связей объединяют
фермы в единую пространст-
венную конструкцию пролетного
строения.
Балочные пролетные строения
с фермами могут быть разрез-
ными, неразрезными и балочно-
консольными. В настоящее время
фермы чаще всего имеют простую
треугольную решетку и только
при перекрытии больших проле-
тов устраивают простейшие
шпренгели (рис. 24.2).
Фермы разрезных пролетных
строений с ездой поверху практи-
Рис 24 2 Виды разрезных балочных
ферм
87
чески всегда в автодорожных и городских мостах делают с парал-
лельными поясами (рис. 24.2, а). Устройство параллельных поясов
дает возможность упростить конструкцию ферм, сделать стандарт-
ными элементы ферм и узлы, создать одинаковые по длине эле-
менты поясов и решетки. Чаще всего разрезные фермы с ездой
поверху применяют для перекрытия пролетов 40—60 м. При этом
высоту ферм назначают исходя из опыта проектирования и из
условия минимума затраты материала на пролетное строение при
обеспечении требуемой вертикальной жесткости, равной V?—
'/io пролета.
Пролетные строения с ездой понизу при перекрытии пролетов
до 100 м делают с параллельными поясами. В фермах автодорож-
ных мостов используют простую треугольную решетку' или треуголь-
ную решетку с дополнительными вертикальными элементами
(рис. 24.2, б, в). Высота таких ферм составляет 7б—7ю пролета.
Большие пролеты имеет смысл перекрывать фермами с ездой пони-
зу с переменной высотой, т. е. полигональным очертанием верхнего
пояса (рис. 24.2, г). Увеличение высоты ферм в середине пролета
позволяет получить более равномерное распределение усилий по
длине поясов, а также уменьшить длину раскосов в приопорных
участках. В результате фермы с переменной высотой имеют мень-
ший расход металла по сравнению с фермами с параллельными
поясами, но более сложную конструкцию. Так же как и в случае
ферм с параллельными поясами, полигональные фермы имеют
обычно треугольную решетку с дополнительными стойками и под-
весками. Подвески, примыкающие к нижнему поясу, создают до-
полнительные узлы для опирания балочной клетки, а примыкаю-
щие к верхнему поясу стойки позволяют уменьшить свободную
длину верхнего пояса, а значит, и его сечение.
Пролеты более 120 м целесообразнее перекрывать фермами со
шпренгельной решеткой (рис. 24.2, д). Дополнительные раскосы,
стойки и подвески шпренгелей служат, так же как и дополнитель-
ные стойки и подвески, для уменьшения свободной длины длин-
ных сжатых раскосов и поясов, а также для создания дополнитель-
ных узлов по нижнему поясу для передачи нагрузки с проезжей
части. Чаще применяют нижнее расположение шпренгелей (см.
рис. 24.2, д). Фермы с полигональным верхним поясом имеют не-
сколько большую высоту, равную 7s—7в пролета.
Высота ферм, определенная из условия минимальной затраты
стали или по необходимой жесткости, при перекрытии небольших
пролетов может оказаться недостаточной для вписывания в преде-
лах уровня верхнего пояса габарита проезда. Поэтому для неболь-
ших пролетов характерны большие значения отношения высоты
ферм к пролету. Тем не менее часто высоту небольших ферм назна-
чают большей, чем она получается по рациональным соотноше-
ниям. .. . , „ , .
88
Длина панели d (см. рис. 24.2, а—д) связана с конструкцией
проезжей части и решеткой ферм. С одной стороны, примыкание
раскосов к поясам или стойкам под углом, меньшим 30—35°, неже-
лательно из-за заметного усложнения конструкции узлов. С другой
стороны, если эти углы будут близки к 45° при треугольной решет-
ке, получим большое расстояние между узлами нижнего пояса,
что утяжелит конструкцию проезжей части, или потребуется уста-
новка дополнительных элементов решетки. Оптимальная длина
панели ферм с треугольной решеткой равна 1,0—1,2 высоты фермы,
если поставлены дополнительные стойки, и 0,6—0,8 высоты при
простой решетке. Обычно в пролетных строениях с ездой поверху
длину панели назначают в пределах 2—6 м, а при езде понизу —
6—12 м.
Пролетные строения с обычными фермами (с гибким нижним
поясом) имеют довольно сложную балочную клетку, состоящую
из продольных и поперечных балок, расход материалов на которую
достаточно велик (см. рис. 24.1). В пролетных строениях с ферма-
ми с ездой понизу возможно решение, позволяющее заметно упрос-
тить конструкцию проезжей части и снизить расход стали на нее.
Чтобы можно было опирать поперечные балки проезжей части
не только в узлах ферм, но и по длине панелей, нижний пояс ферм
делают жестким, способным воспринимать н продольные силы,
и изгибающие моменты. При такой конструкции ферм проезжая
часть может быть устроена с оптимальным шагом поперечных
балок, а решетка также может иметь лучшее расположение рас-
косов. Частое размещение поперечных балок позволяет в автодо-
рожных мостах обойтись без продольных балок (рис. 24.2, е).
Фермы с такой конструкцией называют фермами с жестким
нижним поясом. Пролеты ферм с жестким нижним поясом
до 80 м делают с параллельными поясами. Фермы с жестким ниж-
ним поясом при пролетах от 100 м и выше делают с переменной
высотой и часто устраивают решетку со шпренгелями для умень-
шения свободной длины верхнего сжатого пояса и длинных раско-
сов (рис. 24.2, ж). Высота ферм с жестким нижним поясом обычно
составляет ‘/б—’/? пролета. При этом высоту жесткого пояса назна-
чают равной 1,5—2,0 м.
Существенным недостатком ферм с полигональным верхним
поясом можно считать то, что длины панелей верхнего пояса
и раскосов получают разными, что осложняет изготовление ферм.
Этот недостаток может быть в значительной степени устранен,
если расположить все узлы верхнего пояса на круговой кривой.
Тогда длины панелей верхнего пояса могут быть сделаны одина-
ковыми, а углы перелома в узлах будут равны. Такая стандарти-
зация помогает упростить заводское изготовление. К достоинствам
ферм с жестким нижним поясом можно отнести и упрощение их
продольной надвижки, так как жесткий пояс позволяет проводить
надвижку ферм без усиления.
89
Неразрезные пролетные строения с фермами при езде поверху
(рис. 24.3, а) применяют редко, так как они не имеют заметных
преимуществ перед пролетными строениями со сплошными бал-
ками. Чаще применяют неразрезные пролетные строения с ферма-
ми при езде понизу (рис. 24.3, б, в). Такие пролетные строения
более эффективны при больших пролетах. Это обстоятельство
можно объяснить увеличением экономии металла по сравнению
с разрезными фермами с ростом пролета, а также и тем, что расче-
ты на выносливость сильнее сказываются при подборе сечений эле-
ментов неразрезных ферм, чем разрезных, из-за больших перепа-
дов напряжений в них и знакопеременности усилий.
Неразревные пролетные строения обычно устраивают двух-,
трехпролетными. При не очень больших пролетах наибольшие по-
ложительные и отрицательные моменты близки по значению.
Поэтому становятся возможными фермы с параллельными пояса-
ми (рис. 24.3, б), имеющие более простую конструкцию в связи
с большей стандартностью элементов. С ростом пролетов отрица-
тельные моменты над промежуточными опорами увеличиваются
быстрее, чем моменты в пролетах. Поэтому высоту ферм над опо-
рами увеличивают, и верхний пояс становится полигональным
(рис. 24.3, в).
Неразрезмые фермы с параллельными поясами перекрывают
обычно пролеты 80—150 м, а фермы с увеличением высоты над
промежуточными опорами используют при пролетах 100—250 м.
Высота h неразрезных ферм составляет 1/8—V12 пролета. Над про-
межуточными опорами высота в случае ее увеличения равна 1,2—
1,5 высоты в пролете.
90
В конце XIX в. и первой половине XX в. часто не решались
устраивать неразрезные пролетные строения, не имея достаточной
уверенности в надежности работы оснований и фундаментов опор.
Поэтому довольно часто применяли близкую к неразрезной по
распределению усилий в элементах ферм балочно-консольную
систему, особенно при перекрытии очень больших пролетов, таких
как в Фортском мосту в Англии (521 м) и в Квебекском мосту
в Канаде (548 м). В настоящее время фундаменты глубокого за-
ложения позволяют обеспечить необходимую надежность опор,
и обычно предпочитают строить неразрезные пролетные строения,
а не балочно-консольные, имеющие ряд конструктивных осложне-
ний. Однако в сложных условиях (сейсмика, слабые грунты) и те-
перь для больших пролетов иногда применяют балочно-консольные
пролетные строения с решетчатыми фермами.
24.2. Конструкция элементов ферм
Клепаные фермы имеют составные сечения элементов, которые
изготовляют из листового и уголкового проката с соединениями
на заклепках. Редко в элементах клепаных ферм используют швел-
леры. Примеры сечений поясов и элементов решетки даны на
рис. 24.4. Фермы под легкие нагрузки при перекрытии пролетов
до 30—40 м часто делали с одностенчатыми сечениями (с од-
ним вертикальным листом). Более тяжелые нагрузки не могут быть
восприняты такими сечениями. Поэтому обычно клепаные сечения
имеют две вертикальные стенки, которые объединяют горизонталь-
ными листами, а для менее нагруженных элементов применяют
соединительные решетки или планки.
В старых мостах пояса делали коробчатого сечения
(рис. 24.4, а, г). Верхний пояс имел окаймляющие уголки на ниж-
них кромках вертикальных уголков (см. рис. 24.4, а), а нижний
Рис. 24.4 Основные виды сечений элементов клепаных ферм:
/—соединительные элементы, 2—соединительная решетка из уголков, 3 — соединительные
планки
91
пояс обычно устраивали без окаймляющих уголков (см. рис. 24.4,г).
В этом типе сечения металл концентрировали в виде горизонталь-
ных листов, и изменение сечений в соседних панелях происходило
в основном за счет уменьшения количества горизонтальных листов.
В каждой панели сечения верхнего и нижнего поясов были асим-
метричны относительно горизонтальной оси. Кроме того, положения
центров тяжести в панелях поясов менялись, а это приводило
к появлению дополнительных моментов в узлах.
В более современных клепаных фермах постепенно перешли
к сечениям полностью симметричным относительно горизонтальной
оси или почти симметричным (рис. 24.4, б, в, д, е, ж). В сечениях
этого типа материал концентрировали в вертикальных стенках
сечения. Для верхнего пояса часто применяли П-образное сечение
типа 24.4, б. Обычно ему соответствовало в нижнем поясе сечение,
показанное на рис. 24.4, д, где совсем не применяли горизонталь-
ных листов. Для ферм с пролетами до 80 м наиболее применимым
было Н-образное сечение для всех элементов формы (см. рис. 24.4,
в, е). Элементы решетки часто выполняли из четырех крупных
уголков (см. рис. 24.4, е), а иногда в ненагруженных элементах
использовали двухшвеллерное сечение (см. рис. 24.4, ж).
Существенный недостаток Н-образного сечения, так же как
и коробчатого сечения нижнего пояса (см. рис. 24.4, г), — наличие
корытообразного пространства, где может задерживаться вода
и грязь, что способствует быстрой коррозии элементов. Кроме
того, Н-образные сечения имеют относительно малую жесткость
в плоскости фермы, осложняющую проектирование таких сечений.
Важная особенность проектирования клепаных элементов —
совмещение по возможности осей элементов поясов с осями поясов
геометрической схемы фермы. Коробчатые сечения не позволяют
сделать это во всех панелях из-за смещения центров тяжести, при
симметричных относительно горизонтальной оси сечениях это легко
осуществимо. Кроме того, линия поясных уголков (соединительных
и окаймляющих) должна быть непрерывной. Также необходимо
для всех элементов фермы выдерживать определенное расстояние
по ширине для удобства объединения их в узлах.
Стержни ферм, состоящие из двух отдельных ветвей, должны
иметь соединительные элементы (решетку или планки). В более
современных конструкциях с этой целью используют перфориро-
ванные листы. Соединение ветвей сечения необходимо для обеспе-
чения совместной работы всего сечения и создания достаточной
жесткости элемента. Особенно велика роль соединительных эле-
ментов при проектировании сжатых сечений. В растянутых эле-
ментах соединительные элементы ставят по конструктивным сооб-
ражениям, в сжатых и сжато-растянутых — по расчету.
Ветви легких элементов в одностенчатых фермах (например,
составленных из уголков, близко расположенных друг к другу)
могут быть объединены заклепками с постановкой в этих местах
92
между ветвями металлических прокладок типа шайб. Более мощ-
ные сечения имеют соединительные решетки из уголков
(рис. 24.4, з) или соединительные планки (рис. 24.4, и).
Конструкция с соединительными планками более проста. Толщи-
ну планок необходимо делать не менее V45 расстояния между при-
креплениями планок к ветвям и не менее 8 мм. Длина планок
должна быть не менее 3/4 их ширины. Последние планки на кон-
цах стержней рекомендуется делать длиннее промежуточных
в 1,7 раза в сжатых и в 1,3 раза в растянутых стержнях
Эти планки необходимы для выравнивания усилий в ветвях
элементов.
Соединительные решетки могут иметь треугольную (см.
рис. 24.4, з) и раскосную решетки. Для соединительной ре-
шетки обычно использовали уголки сечением не менее 63X63X6 мм.
В современных мостах запрещено применение уголков сечением
менее 80X80x7 мм. Кроме соединшельных элементов, ветви
стержней соединяют поперечными диафрагмами из листов толщи-
ной 8—10 мм, закрепляемых внутри стержня перпендикулярно
его оси. Диафрагмы ставят без расчета на расстояниях не более
3 м друг от друга и обязательно в концевых сечениях. Они служат
для обеспечения неизменности поперечного сечения элемента как
при эксплуатации, так и при транспортировке и монтаже.
Современные фермы делают только со сварными элементами.
В мостах небольших пролетов применяют Н-образные сечения
(рис. 24.5, а), при тяжелых нагрузках и больших пролетах — ко-
робчатые (рис. 24.5, б, в, г, д). Сварка элементов из листов на за-
водах выполняется двухдуговыми автоматами, которые одновре-
менно сваривают два симметричных шва элемента (рис. 24.5, е)
Это необходимо для уменьшения деформаций при сварке и уско-
рения производства работ. В соответствии с этим внутренние раз-
меры сечений должны обеспечивать проход сварочного автомата
с размерами 440X460 мм.
В коробчатых элементах для обеспечения возможности осмотра,
очистки и окраски сечений один (см. рис. 24.5, б, д) или оба (см.
рис. 24.5, г) горизонтальных листа делают перфорированными.
Сечения поясов могут иметь выпуски горизонтальных листов: верх-
него для верхнего пояса (см. рис. 24.5, б) и нижнего для нижнего
пояса (см. рис. 24.5, д), которые удобны для прикрепления узловых
фасонок ветровых связей. Однако такая конструкция не является
обязательной, и могут быть применены сечения без выпусков (см.
рис. 24.5, в, г).
Фермы больших пролетов обычно имеют коробчатые элементы
в поясах и наиболее нагруженных раскосах. Раскосы, в которых
возникают небольшие усилия, могут иметь и Н-образное сечение.
Но при больших длинах, даже если в элементе решетки возника-
ют совсем небольшие усилия, часто приходится делать коробчатое
сечеиие, чтобы обеспечить необходимую гибкость элемента: в поя-
93
Рис. 24.5. Сечения сварных элементов ферм:
/ — перфорация горизонтальных листов; 2— отгнб горизонтальных листов; 3—подковооб-
разная заглушка; 4 — сварочный автомат
сах и сжатых элементах решетки гибкость должна быть не более
120, а для растянутых элементов решетки —не более 150.
В сварных коробчатых элементах ферм диафрагмы не ставят,
так как такие сечения вполне надежны при работе на сжатие
и не получают деформаций при транспортировке и монтаже.
Соединения элементов ферм в узлах чаще всего выполняют
на высокопрочных болтах. Поэтому на концах элементов прихо-
дится делать отверстия, которые ослабляют сечение. Так как под-
бор сечений сварных элементов выполняют по неослабленной
площади, на концах растянутых элементов приходится делать
компенсаторы — приваривать встык короткие более толстые верти-
кальные листы, толщину которых назначают так, чтобы площадь
ослабленного отверстиями сечения по компенсатору была равно-
ценна площади сечения без ослаблений на остальной длине
стержня.
Выполнять надежный контроль состояния внутренних поверх-
ностей коробчатых элементов и их окраску через отверстия перфо-
рированных листов достаточно сложно. Поэтому в современных
мостах все чаще применяют герметизированные коробчатые эле-
менты.
94
Герметизация внутренней полости коробчатых сечений в доста-
точной степени обеспечивает защиту от коррозии и может быть
создана вваркой по концам элементов глухих диафрагм, сведением
горизонтальных листов в середину сечения и сваркой (рис. 24.5, ж)
или вваркой подковообразных заглушек (см. рис. 24.5, а).
В герметизованных сечениях сложно выполнять сварку внутренних
швов, поэтому чаще всего объединение листов сечения произво-
дится только наружными швами (см. рис. 24.5, в). Подковообраз-
ные заглушки при необходимости могут быть одновременно ком-
пенсаторами.
24.3. Конструкция узлов ферм
В реальных конструкциях соединения в узлах выполняют жест-
кими несмотря на то, что при расчете ферм предполагают шарниры
в узлах. Реализация в узловых соединениях шарниров практи-
чески не дала удовлетворительных результатов.
Сопряжения элементов ферм в узлах осуществляют прикрепле-
нием их к листам специального очертания — фасонным лис-
там, или фасонкам. Форма и размеры фасонного листа опреде-
ляются размещением прикреплений элементов на нем (болтов или
заклепок). Полностью сварные узлы пока практически не приме-
няются в мостах из-за трудности обеспечения качества сварки на
монтаже в сложных условиях узла. В мостах применяют узловые
соединения с фасонными вставками, фасонными
накладками и фасонными приставками (рис. 24.6).
Если фасонный лист входит в сечение пояса на место одного
из вертикальных листов, то его называют фасонной вставкой
(рис. 24.6, а). Передача усилий с прерванного листа на фасонку
производится через накладки, перекрывающие этот стык. Фасон-
ный лист может быть наложен на вертикальные листы сечения поя-
са. В этом случае его называют фасонной накладкой (рис. 24.6, б),
и он входит в состав накладок, перекрывающих стык пояса.
Можно прикрепить фасонные листы к низу верхнего пояса или
к верху нижнего. Такая фасонка называется фасонной приставкой
(рис. 24.6, в). Стык пояса в такой конструкции перекрывается вне
узла. Фасонные приставки в основном применяют в фермах
с жестким нижним поясом.
Узлы одностенчатых ферм обычно делали без фасонных листов,
заводя элементы решетки на стенку пояса. В клепаных двухстен-
чатых фермах под легкие нагрузки с небольшими пролетами часто
применяли узлы с фасонными накладками, но для узлов, соеди-
няющих мощные элементы, обычно использовали фасонные вставки,
которые оказывались в таких условиях целесообразнее накладок.
Расстояние между фасонными листами делают постоянным для
всех узлов одной фермы.
95
В сварных фермах, в основном в узлах, применяют фасонные
накладки и стык элементов поясов располагают в пределах узла.
Однако в современных мостах все чаще применяют вварные фа-
сонные вставки (рис. 24.6, г), которые вваривают на место верти-
кальных листов, а стык пояса выносят в панель.
В клепаных фермах элементы решетки также присоединяли
к узлу, используя фасонный лист как фасонную вставку или как
фасонную накладку. Но в фермах со сварными сечениями элемен-
тов, а также в узлах с фасонными приставками ферм с жестким
нижним поясом элементы решетки обычно прикрепляют к фасон-
кам внахлестку.
Соединение элементов ферм в узлах фасонками не отражается
на расчетной шарнирной схеме фермы, если высота сечений поясов
фермы не превышает '/is панели. Если же сечения поясов имеют
большую высоту, при определении усилий в элементах ферм необ-
ходимо учитывать жесткость уз^ов
Все элементы решетки фермы прикрепляют к фасонкам на мон-
таже Пояса, примыкающие к узлу, могут прикрепляться к фасонке
Рис 24 6 Схемы узлов ферм:
7 — фасонная вставка, 2 — стыковая накладка; 3 — фасонная накладка, 4 — фасонная при
ставка, 5 — перекрытие стыка пояса
96
по-разному: оба — на монтаже или один на заводе, а другой на
монтаже. В последнем случае элемент пояса с фасонкой представ-
ляет собой единый монтажный элемент. Монтажное соединение
стараются сделать со стороны более слабого элемента. В сварных
фермах с вваренными фасонными листами монтажный стык может
быть вынесен за пределы узла в панель более слабого элемента
пояса. При проектировании ферм желательно с точки зрения стан-
дартизации монтажных элементов обе половины делать одинако-
выми с симметричным расположением монтажных стыков. Однако
это не всегда можно выполнить как по конструктивным соображе-
ниям, так и по условиям монтажа.
24.4. Пролетные строения с включением в работу ферм
плиты проезжей части
Фермы пролетных строений с ездой поверху могут быть так
же, как в пролетных строениях со сплошными балками, объедине-
ны с плитой проезжей части. Если плита проезжей части железобе-
тонная, сталежелезобетонную конструкцию в пролетных строениях
с фермами делают не часто. В этом случае заметно снижается рас-
ход стали на пролетное строение (до 10—15%), но и возникают
серьезные конструктивные и расчетные осложнения.
Если пролетные строения с фермами имеют стальную ортотроп-
ную плиту проезжей части, ее практически всегда имеет смысл
включать в работу ферм.
Плита проезжей части (и железобетонная, и ортотропная) мо-
жет быть включена в работу ферм в разрезных, неразрезных
и балочно-консольных пролетных строениях.
Наиболее эффективно включение железобетонной плиты проез-
жей части в работу разрезных ферм, так как в этом случае она
на всей длине пролета попадает в сжатую зону сечения (рис. 24.7,
а, б). В неразрезных и балочно-'консольных пролетных строениях
железобетонную плиту объединяют с фермами только на участках
с положительными моментами. В зоне отрицательных моментов
железобетонная плита может участвовать в работе ферм, только
если в ней заранее создадут сжимающие напряжения (предвари-
тельно напряженная железобетонная плита), погашающие растя-
жение от работы вместе с растянутым поясом ферм. Чтобы в па-
нелях верхнего пояса ферм не возникали изгибающие моменты
от местного действия временной нагрузки, связь железобетонной
плиты с фермами устраивают только в узлах (рис. 24.7, в), а на
протяжении панелей плиту отделяют от ферм.
Реже применяют конструкции, в которых железобетонная плита
объединена с фермами по всей длине пояса. В этом случае упро-
щается работа объединяющих элементов, но верхний пояс стано-
вится более тяжелым, так как он участвует в работе плиты под
4 Зак 578 97
местными нагрузками. Балки проезжей части, если они есть в про-
летном строении, всегда следует делать сталежелезобетонными,
включая в их работу железобетонную плиту проезжей части. Кон-
струкция их аналогична конструкции сталежелезобетонных балок
в пролетных строениях со сплошной стенкой (см. § 22.8).
При перекрытии больших пролетов в металлических пролетных
строениях все чаще применяют ортотропные плиты проезжей части.
В такой конструкции значительно снижается постоянная нагрузка
от конструкций проезжей части на главные фермы, что позволяет
снизить и расход материалов на пролетное строение в целом по
сравнению с подобными пролетными строениями, имеющими желе-
зобетонную плиту проезжей части. Чаще ортотропную плиту вклю-
чают в работу верхнего пояса ферм с ездой поверху (рис. 24.7, г, д),
но есть проекты, где ортотропная плита работает совместно с ниж-
ним поясом ферм с ездой понизу. Стальная ортотропная плита рав-
ноценно может участвовать в работе ферм как в зоне положитель
ных, так и отрицательных моментов. Поэтому решение с участием
ортотропной плиты проезжей части в работе главных ферм приме-
няется и в разрезных, и в неразрезных конструкциях.
Рис. 24.7. Пролетные строения с включением в работу ферм плиты проезжей
части:
1 — железобетонная плита; 2 — упоры; 3 — поперечная балка ортотропной плиты проезжей
части, 4 — продольное ребро ортотропного настила; 5 — лист ортотропного настила
98
Обычно верхним поясом ферм с ортотропной плитой проезжей
части в пролетных строениях с ездой поверху служит сама орто-
тропная плита, имеющая более мощные сечения продольных ребер.
В плоскости ферм в местах расположения узлов в стенку продоль-
ных ребер вваривают фасонные листы (вваренные фасонные встав-
ки), к которым и прикрепляют раскосы ферм (см. рис. 22.7, д).
В узлах также опираются на фермы и поперечные балки ортотроп-
ной плиты проезжей части. В подобных конструкциях с фермами
с ездой понизу обычно делают сечение нижнего пояса, которое
через горизонтальный лист объединяют с ортотропной плитой
проезжей части. Поперечные балки в этом случае также распола-
гают в узлах. Необходимость узловой передачи нагрузок проезжей
части через поперечные балки ортотропной плиты вынуждает
устраивать решетку с небольшими панелями по нижнему поясу.
24.S. Связи в балочных пролетных строениях
Главные балки или фермы объединяют в единую пространствен-
ную неизменяемую конструкцию системой связей, причем связи
одновременно воспринимают и все горизонтальные нагрузки: дав-
ление ветра, боковые удары временной нагрузки и др. Также связи
участвуют в распределении временной нагрузки на главные несу-
щие конструкции. Система связей состоит из продольных, рас-
положенных вдоль поясов, и поперечных связей, кото-
рые размещают между главными балками или фермами в плос-
костях, перпендикулярных им (рис. 24.8).
В общем случае пролетное строение имеет верхние и нижние
продольные связи, идущие вдоль верхнего н нижнего поясов, по-
перечные связи в опорных сечениях и промежуточные поперечные
связи, устанавливаемые равномерно по длине пролетного строения
(рис. 24.8, а). Продольные и опорные поперечные связи вполне
обеспечивают пространственную неизменяемость пролетного строе-
ния и восприятие ветровых нагрузок. Промежуточные поперечные
связи устраивают для лучшего распределения вертикальных на-
грузок.
Поясами ферм горизонтальных связей служат пояса главных
балок или ферм. Нижние связи передают нагрузки на опоры
через опорные закрепления главных несущих конструкций, а гори-
зонтальные давления, приходящиеся на верхние продольные связи,
переходят на опоры через опорные поперечные связи. Поперечные
связи располагают обычно в плоскостях вертикальных элементов
ферм или балок: стоек ферм или ребер жесткости балок. Относи-
тельно редко поперечные связи устанавливают наклонно, в плос-
костях раскосов.
Если главные балки пролетного строения с ездой поверху име-
ют хорошую связь с плитой проезжей части (железобетонной в ста-
4* 99
лежелезобетонных пролетных строениях или стальной ортотроп-
ной), то верхние продольные связи не нужны, так как плита
проезжей части легко воспримет все горизонтальные нагрузки
и возьмет на себя функции верхних продольных связей. Нет необ-
ходимости в этом случае ставить и нижние продольные связи.
В таких пролетных строениях вполне достаточно установки только
системы поперечных связей (рис. 24.8, б), но продольные связи
йогут понадобиться во время монтажа. Эти связи можно снять
после окончания строительства моста.
Пролетные строения с ездой понизу, как правило, имеют две
плоскости продольных связей: вдоль верхнего и нижнего поясов
ферм. Особенностью системы связей пролетных строений являются
жесткие портальные (опорные) рамы вдоль раскосов по концам
пролетных строений (рис. 24.8, г). Они нужны для передачи усилий
с верхних продольных связей на опоры. Их устройство осложняется
необходимостью обеспечения размещения габарита приближения
конструкций между фермами пролетных строений в пределах их
Рис. 24.8 Расположение связей в пролетных строениях:
1 — верхние продольные связи; 2 —опорные поперечные связи; 3 — промежуточные попереч-
ные связи; 4 — нижние продольные связи; 5—главные фермы; 6 — главные балки; 7 — по-
перечные ребра жесткости; 8 — портальная рама
100
высоты. По той же причине не всегда удается разместить промежу-
точные поперечные связи (ом. рис. 24.8, г, д), которые повышают
поперечную жесткость пролетного строения.
При перекрытии небольших пролетов высота ферм часто ока-
зывается недостаточной для устройства верхних продольных свя-
зей, так как они оказались бы в пределах высоты габарита при-
ближения конструкций. В этом случае верхние пояса оставляют
открытыми без верхних продольных связей (рис. 24.8, в), работа
сжатого верхнего пояса осложняется из-за значительного увеличе-
ния свободной длины. Поэтому горизонтальную устойчивость верх-
него пояса в такой конструкции обеспечивают работой поперечных
полурам, составленных из стоек ферм и поперечных балок балоч-
ной клетки.
Фермы с ездой понизу могут иметь верхний пояс, очерченный
по кривой (рис. 24.8, д). Тогда верхние продольные связи, идущие
вдоль верхнего пояса, размещают в той их части, где высота ферм
достаточна для размещения габарита приближения конструкций,
а приопорная часть поясов ферм служит стойками поперечной пор-
тальной рамы.
Поперечные связи устраивают также в пределах высоты ферм
над габаритом приближения конструкций. В портальной раме,
если возможно, ригель делают в виде сквозной фермы (рис. 24.8, г).
Если высота ферм не позволяет сделать сквозную конструкцию
ригеля, то его выполняют в виде мощной распорки, часто исполь-
зуя для этого двутавровые сечения, с устройством жестких узлов
в местах сопряжения ригеля портальной рамы с опорными раско-
сами ферм или участками их поясов, которые служат стойками
портальных рам (см. рис. 24.8, д).
Фермы продольных связей могут, так же как и главные фермы,
иметь различные виды решеток. Но решетку главных ферм обычно
в наше время делают треугольной, а реально используемые
решетки связей более разнообразны (рис. 24.9). Часто в связях
применяют крестовую решетку (рис. 24.9, а), которая обеспе-
чивает наиболее жесткую связь между поясами.
Достаточно часто встречается в связях ромбическая схема
решетки (рис. 24.9, б), которая близка к крестовой по распреде-
лению усилий между раскосами решетки, но несколько менее
жестка и может вызывать поперечный изгиб поясов. Ромбическую
решетку с распорками в каждой панели устраивают в уровне рас-
положения балочной клетки проезжей части, где распорками слу-
жат поперечные балки. В связях вдоль поясов, где нет проезжей
части, делают ромбическую решетку с одной дополнительной рас-
поркой в средних панелях или двумя по краям фермы продольных
связей для обеспечения геометрической неизменяемости решетки.
Если расстояние между соединяемыми связями фермами боль-
ше панели связей, применяют полураскосную решетку
(рис. 24.9, в), которая позволяет сократить длину раскосов из
101
плоскости фермы. Работа раскосов в этом случае вызывает изгиб
распорок. Чтобы избежать этого, можно в каждой панели менять
натр Явление- раскосов (см. рис. 24.9, в). Кроме перечисленных ви-
дов решеток, возможны также раскосная и треугольная решетки
(рис. 24.9, г, д'), которые часто применяют, если фермы пролетного
строения расположены на небольших расстояниях друг от друга.
В пролетных строениях с тремя фермами продольными связями
соединяют все фермы, устраивая решетку со встречными направ-
лениями раскосов в каждой панели связей (рис. 24.9, е). При боль-
шем количестве главных несущих конструкций их связывают про-
дольными связями попарно (рис. 24.9, ж, з). В очень широких
пролетных строениях полезно в крайних панелях продольные связи
устраивать на всей ширине моста (см. рис. 24.9, з).
Поперечные связи обычно делают с крестовой, раскосной или
полураскосной решеткой. Реже применяют ромбическую решетку.
Рис 24 9 Схемы решетки продольных связей:
/ — поперечные балкн, 2 — дополнительная распорка
102
Рис 24 10. Сечения элементов связей и узлы прикрепления связей к главным не-
сущим конструкциям:
1 — фасонка прикрепления связей, 2 — соединительные элементы ветвей в сечениях связей
3 — главная балка, 4 — пояс фермы
Обычно сечение связей назначают по гибкости, которая для
элементов связей не должна превышать 150 (сжатые элементы)
и 180 (растянутые элементы). Исключением являются распорки по-
перечных связей, для которых гибкость должна быть меньше 100.
Это необходимо, чтобы связи не провисали от собственного веса
и не вибрировали при проходе по мосту временных нагрузок.
Чаще всего элементы связей делают из уголков. При небольшой
длине их выполняют из одного или двух уголков (рис. 24.10, а, б, в).
Длинные элементы связей должны иметь более мощное сечение,
и их составляют из четырех раздвинутых уголков (рис. 24.10, г),
швеллеров или двутавров. Особенно мощные сечения должны
иметь распорки портальных рам, где могут быть применены эле-
менты, сваренные из листового металла.
Если сечение элементов связей позволяет (см. рис. 24.10, а, б, в),
их прикрепляют к поясам одиночными фасонками. При необходи-
мости (см. рис. 24.10, г) узлы ферм связей делают с двойными фа-
сонками, крепящимися к поясам.
103
Центровку элементов связей в узлах желательно делать на ось
пояса (рис. 24.10, д). Однако в связях пролетных строений с фер-
мами в этом случае фасонки связей могут получиться очень боль-
шими. Поэтому центровку часто смещают на наружную грань
пояса (рнс. 24.10, е).
Крепление связей к поясам делают с помощью фасонок. В со-
временных мостах фасонки приваривают на заводе к главным
балкам, поясам ферм в уровне расположения горизонтальных
листов или накладкам (фасонкам) углов главных ферм.
В портальных рамах со сплошным ригелем он должен жестко
соединяться со стойками. Поэтому их объединение делают с по-
мощью развитых угловых фасонок. Узлы решетчатого ригеля пор-
тальной рамы выполняют так же, как и остальные узлы связей.
24.6. Опорные части балочных мостов
В соответствии с теоретической схемой опорных закреплений
балок для металлических мостов балочных систем применяют н е-
подвижные и подвижные опорные части (рис. 24.11, а, б).
Опорные части передают на опоры давления пролетных строений
моста. Неподвижные опорные части обеспечивают углы поворота
опорных сечений пролетного строения и противодействуют гори-
зонтальным (продольным и поперечным) перемещениям пролетных
строений (см. рис. 24.11, а). Соответственно они передают на опо-
ры как вертикальные, так и горизонтальные силы. Если давления
пролетного строения велики, то неподвижные части состоят из
верхнего и нижнего балансиров и шарнира, обыч-
но цилиндрического (см. рис. 24.11, а).
Подвижные опорные части позволяют повороты опорных сече-
ний и продольные перемещения (см. рис. 24.11, б). Они передают
на опоры в основном вертикальные давления пролетных строений.
В мостах больших пролетов подвижные опорные части имеют верх-
ний и нижний балансиры, шарнир, обеспечивающий возможность
углов поворота, катки, дающие возможность горизонтальных пе-
ремещений, и нижнюю подушку (см. рис. 24.11, б).
Теоретически необходимо в пролетных строениях ставить одну
неподвижную опорную часть, а во всех направлениях от неподвиж-
ной опорной части к остальным местам установки опорных частей
обеспечивать подвижность, чтобы были возможны свободные тем-
пературные деформации пролетного строения в любом направле-
нии. Однако в узких пролетных строениях с двумя главными бал-
ками (фермами), когда длина пролета гораздо больше расстояния
между балками, а ширина моста небольшая, можно пренебречь
деформациями по ширине пролетного строения и на одном конце
каждой балки поставить неподвижную опорную часть, а на дру-
гом— продольно подвижную (рис. 24.11, в, г).
104
Рис. 24.11. Схемы опорных частей и их расположение в балочных пролетных
строениях:
/ — шарнир; 2 — верхний балансир; 3—нижний балансир; 4 — катки; 5 — иижняя плита;
6 — неподвижная опорная часть; 7 — подвижная опорная часть; 8 — опорная часть подвиж-
ная в двух направлениях
Когда расстояние между балками большое, ставят под одним
из концов балки неподвижную опорную часть, под соседней бал-
кой в этом же сечении—подвижную опорную часть, обеспечиваю-
щую температурные деформации поперек моста, на других же
концах балок ставят подвижные опорные части, создающие свобо-
ду деформаций в направлении от неподвижной опорной части
(рис. 24.11, д). Еще лучше решение, когда под одним концом балки
ставят неподвижную опорную часть, а по диагонали от нее —
подвижную опорную часть, обеспечивающую подвижность в двух
перпендикулярных направлениях (рис. 24.11, ж). Остальные две
опарные части делают продольно подвижными с подвижностью по
направлениям от неподвижной опорной части. Это решение наибо-
лее дорогое и редко применяемое, так как конструкция подвижных
опорных частей с подвижностью в двух направлениях и шаровым
шарниром очень сложна.
В неразрезных пролетных строениях применяют аналогичные
решения (см. рис. 24.11, г, е). Если в поперечном сечении моста
105
несколько главных балок с небольшими расстояниями между ни-
ми, можно под двумя средними балками поставить неподвижные
опорные части, а во всех остальных местах установки опорных
частей ставить подвижные опорные части по направлениям от соот-
ветствующих неподвижных опорных частей (см. рис. 24.11, е).
Размещение подвижных и неподвижных опорных частей по дли-
не моста серьезно отражается на конструкциях пролетных строе-
ний и опор. В зависимости от того, где будут поставлены неподвиж-
ные опорные части в пролетных строениях, выбирают конструкции
деформационных швов, так как их положение меняет размер рас-
крытия шва. Так как через неподвижные опорные части переда-
ются на опоры большие горизонтальные силы, их положение отра-
жается на работе опор. Очевидно, не рационально сосредоточивать
две неподвижные опорные части на одной высокой опоре или опоре
на слабых грунтах, потому что это сильно осложнит ее проекти-
рование.
На наиболее высоких опорах моста вообще нежелательно
ставить неподвижные опорные части. По возможности, лучше раз-
мещать неподвижные опорные части на устоях, так как устои
в большей степени, чем промежуточные опоры, приспособлены для
восприятия горизонтальных сил.
Конструкция подвижных и неподвижных опорных частей ме-
таллических мостов при перекрытии небольших пролетов подобна
конструкциям опорных частей балочных железобетонных мостов
малых и средних пролетов (см. § 15.9): тангенциальных и одно-
катковых подвижных.
Опорные части мостов больших пролетов должны воспринимать
значительные усилия и одновременно обеспечивать большие пере-
мещения, особенно на концах длинных неразрезных пролетных
строений. Так как опорные части в большинстве случаев стоят
на бетонных опорах, необходимо иметь достаточно большую пло-
щадь опирания на опору, чтобы не создавать чрезмерных напря-
жений в бетонной кладке опоры.
В большепролетных мостах обычно ставят неподвижные опор-
ные части балансирного типа (рис. 24.12, а). Верхнюю и
нижнюю подушки таких опорных частей называют балансирами.
Между балансирами располагают цилиндрический шарнир со сво-
бодным (см. рис. 24.12, а) или плотным касанием (рис. 24.12, в).
Для восприятия горизонтальных усилий в неподвижных опорных
частях устанавливают планки с зубом, входящим в паз верхнего
балансира (см. рис. 24.12, а).
При относительно небольших реакциях, чтобы не делать слиш-
ком высоких подвижных опорных частей, в металлических мостах
применяют секторные опорные части (рнс. 24.12, б).
Секторные опорные части позволяют вдвое уменьшить необходи-
мую высоту катков, но имеют и существенный недостаток: в отли-
чие от катковых опорных частей перемещение сектора по нижней
106
1 — верхний балансир; 2 — ниж-
ний балансир; 3 — планка с зу-
бом; 4 — анкерный болт; 5 —
ннжняя подушка; 6 — продоль-
ный гребень; 7 — стальная
шпонка против поперечных сме-
щений балансиров; 8 — сектор;
9 — валок; 10 — противоугонная
планка; 11 — металлическая
схватка для обеспечения совме-
стного перемещения катков; 12—
цилиндрический шарнир; 13 —
стальной вкладыш с цилиндри-
ческой верхней поверхностью;
14 — дополнительный балансир
(подушка второго яруса); 15 —
каток; 16 — металлический ко-
жух
подушке опорной части равно полному перемещению конца пролет-
наго строения. Для уменьшения объема литья и экономии металла
секторы делают обычно ребристыми. В современных конструкциях
предпочитают опирание верхней подушки на сектор со свободным
касанием, а не в виде цилиндра с плотным касанием. Такая кон-
струкция шарнира значительно упрощает обработку шарнира
и уменьшает сопротивление повороту в шарнире. Поперечным сме-
щениям верхней подушки по сектору противодействует металли-
ческая шпонка.
При больших давлениях применяют подвижные балансирные
опорные части, которые кроме верхнего и нижнего балансиров
и шарнира имеют обычно еще катки и нижнюю подушку (см.
рис. 24.12, в, г). Если каткн имеют большой диаметр, для экономии
стали их делают обрезанными по бокам, т. е. применяют валки
(см. рнс. 24.12, в). Валки дают возможность сделать опорную часть
уже. Если толщина балансиров или нижней подушки не слишком
велика, их делают из листового проката. При больших вертикаль-
ных размерах балансиров их выполняют из литой стали ребристой
конструкции (см. рис. 24.12, а).
В многокатковых подвижных опорных частях очень важно обес-
печить равномерное распределение давлений на катки, так как де-
формации катков и подушек соизмеримы с точностью их обработки.
Эта проблема хорошо решена в типовой подвижной четырехкатко-
вой опорной части (см. рис. 24.12, г), где три яруса подушек над
107
катками обеспечивают равномерную передачу вертикальных давле-
ний на все катки.
Во время эксплуатации за счет случайных сопротивлений воз-
можны перекосы в плане катков, а также постепенное их смеще-
ние в одну сторону. Чтобы этого не происходило, в подвижных
опорных частях устраивают противоугонные планки, го-
ризонтальные планки для обеспечения совместного перемещения
катков и продольные гребни (см. рис. 24.12, б, в, г). Про-
дольные гребни фиксируют направление перемещений катков и не
дают им разворачиваться в плане, противоугонные и горизонталь-
ные планки фиксируют положение катков и не дают им смещаться
в одну сторону. Подвижные опорные части нужно защищать от за-
сорения, поэтому их закрывают металлическими кожухами (см.
рис. 24.12, г), которые должны легко открываться или сниматься
при осмотрах. Необходимо регулярно очищать и смазывать все
трущиеся поверхности опорных частей, чтобы не увеличивать со-
противление угловым и горизонтальными перемещениями пролет-
ных строений.
Закрепление опорных частей на поверхности опор осуществля-
ют с помощью анкерных болтав (см. рис. 24.12, а).
Контрольные вопросы
, 1. В каких случаях применяют шпренгелн и фермах автодорожных мостов?
2. Какие сечения элементов ферм используют в фермах небольших пролетов’
I 3. Какие виды узлов применяют в фермах пролетных строений автодорож-
ВНХ мостов?
, - 4 Для чего включают конструкции проезжей части в работу ферм?
5. Какие решетки применяют в связях автодорожных мостов?
6 Какие усилия должны воспринимать неподвижные опорные части?
Н
Глава 25
РАСЧЕТ ФЕРМ, СВЯЗЕЙ И ОПОРНЫХ ЧАСТЕЙ
25.1. Проверка прочности и устойчивости элементов ферм
Балочное металлическое пролетное строение с фермами пред-
ставляет собой сложную пространственную систему, состоящую
из работающих как единое целое ферм, связей, элементов проез-
жей части. Расчет такой системы относительно сложен. Поэтому,
учитывая достаточную точность расчетов по упрощенным схемам,
допустимо рассмотреть работу плоских систем. Коэффициенты по-
перечной установки можно определять в пролетных строениях
с двумя фермами в поперечном сечении по методу рычага, а при
большем количестве ферм — по методу внецентренного сжатия.
Усилия в элементах ферм определяют обычными методами строи-
108
Рис. 25.1. Расчетные схемы ферм при определении усилий в элементах
теЛьной механики, полагая в большинстве случаев узлы ферм шар-
нирными (рис. 25.1, а).
В действительности узлы не конструируют как шарниры, а де-
лают жесткими, так как все элементы ферм соединяют жесткими
в плоскости ферм фасонками (см. § 24.3). Реальная жесткость
узлов практически не отражается на продольных силах в элемен-
тах ферм, но создает дополнительные изгибающие моменты в них.
Изгибающие моменты вызывают увеличение напряжений на кром-
ках сечений элементов. Значение этих напряжений зависит от по-
гонной жесткости элемента, т. е. чем больше высота сечения при
постоянной длине элемента, тем больше доля напряжений от из-
гиба. Обычно считают, что при отношении высоты сечения элемен-
та к его длине, меньшем 715, напряжения от влияния жесткости
узлов незначительны и ими вполне можно пренебречь. Если в фер-
мах относительная высота элементов превышает Vis, при расчете
усилий необходимо учитывать жесткость узлов.
Наиболее податливы узлы клепаных ферм. В цельносварных
фермах (с присоединением всех элементов ферм к фасонкам в уз-
лах на сварке) узлы обладают наибольшей жесткостью при прочих
равных условиях. Поэтому при сварных узловых соединениях
в расчетах на выносливость необходимо учитывать изгибающие
моменты от жесткости узлов независимо от отношения высоты
элементов к их длине. Узловые соединения на высокопрочных бол-
тах близки к сварным, но жесткость узлов в этом случае при расче-
те усилий учитывают на общих основаниях.
Пространственность конструкции пролетных строений не сильно
отражается на работе элементов ферм. Однако в продольных свя-
зях и балочной клетке возникают заметные дополнительные уси-
лия, так как их элементы принимают участие в работе главных
ферм. Если некоторым разгружением поясов ферм от участия в их
работе связей и несущих конструкций проезжей части вполне мож-
109
но пренебречь, дополнительные усилия в элементах связей и ба-
лочной клетке (Необходимо учитывать.
В фермах с жестким нижним поясом при определении усилий
в элементах ферм считают нижиий пояс непрерывно жестким,
а узлы примыкания к нему раскосов и все остальные узлы — шар-
нирными (рис. 25.1, б).
Необходимо отметить, что в расчетных схемах ферм с жесткими
или шарнирными узлами продольные силы в элементах получаются
практически равными и речь идет только об учете или неучете до-
полнительных напряжений от изгибающих моментов из-за действи-
тельной жесткости узлов.
Все элементы ферм, кроме продольных сил и моментов, вызван-
ных жесткостью узлов ферм, воспринимают еще и поперечные из-
гибающие моменты от действия собственного веса самих элемен-
тов. Чаще всего напряжения от изгиба под действием собствен-
ного веса невелики, и ими, так же как и моментами от жесткости
узлов, можно пренебречь. Но в длинных элементах, особенно с ма-
лой жесткостью в вертикальной плоскости (например, крайние
длинные панели поясов, пологие раскосы в средней части ферм,
элементы связей), действие дополнительных моментов от собствен-
ного веса элементов необходимо учитывать. Моменты от собствен-
ного веса в элементах ферм можно вычислить, полагая за расчет-
ную схему элемента балку с условными упругими заделками по
концам. Наибольший момент в пролете и около узла
М — 0,6gl2 cos а/8, (25.1)
где g — распределенная нагрузка от действия собственного веса элемента;
I — теоретическая длина (между узлами) элемента; а — угол между осью эле-
мента и горизонталью
Кроме того, в фермах с треугольной решеткой и дополнитель-
ными вертикальными элементами нужно учитывать изгиб нижнего
пояса, вызываемый изменением длины подвесок под действием
возникающих в них сил (см. рис. 25.1). Можно определить изме-
нение длины подвески через напряжения в ее сечениях от продоль-
ной силы в ней:
& = aahlE, (25.2)
где <тп — напряжение в подвеске; h — высота фермы.
За расчетную схему пояса примем балку с пролетом 2d и за-
щемлениями на концах. Прогиб такой балки под действием силы
в середине пролета
(25.3)
. Nn d3 Md3
д=------=-------,
24Е/у 6EIf
где I/ — момент ннерцни сечення пояса.
Приравнивая значения А из формул (25.2) и (25.3), получим
M — 6hIf<jn/d3. (25.4)
Пй"
После определения усилий в элементах ферм необходимо по-
добрать их сечения исходя из проверок прочности и устойчивости.
Современные фермы имеют сварные сечения элементов. По-
этому на всей длине любого элемента нет ослаблений. Ослабления
могут быть только на концевых участках элементов, где обычно
имеются отверстия для установки высокопрочных болтов. Поэтому
проверки и прочности и устойчивости сварных сечений элементов
можно делать по полной площади сечения в средней части эле-
мента. При необходимости на концах элементов вертикальные
стенки утолщают, устанавливая компенсаторы. В клепаных мостах
расчет на прочность выполняли по ослабленной отверстиями для
заклепок площади поперечного сечения элемента (площади нетто).
Растянутые элементы подбирают по условию прочности
a = N/An т, (25 5)
где — действующее в элементе усилие; Ап—площадь сечения элемента с
учетом ослаблений, если они есть; т — коэффициент условий работы, равный для
ферм автодорожных и городских мостов 1,0, а пешеходных — 0,9.
Сжатые элементы обычно подбирают по условию общей устой-
чивости стержня
a = N/tfA < Ry т, (25.6)
где А — полная площадь сечения без учета ослаблений; <р — коэффициент
продольного изгиба, зависящий от гибкости элемента Z и приведенного относи-
тельного эксцентриситета ее/=0, определяемый по таблицам приложения 15 СНиП
2 05 03-84; Ry — расчетное сопротивление стали
Так как гибкость элементов ферм ограничена и в сжатых и в
растянутых элементах, делают проверку гибкости:
Л.<Л,Цт,
где Хнт — предельное значение гибкости дли данного вида элемента.
Гибкость элемента
(25.7)
где lef — расчетная длина элемента; I — радиус инерции сечеиия, равный
« = У//Л.
Если в элементе учитывают действие изгибающего момента, то
его прочности проверяют по формулам внецентренного действия
продольной силы (сжимающей или растягивающей)
М'
(25‘8)
где ф — коэффициент, получаемый для элементов Н-образного и коробча-
того сечений по формуле ty=N'/AnRym; для других видов сечений (кроме коль-
цевых ф=1,0; М'— абсолютное значение приведенного изгибающего момента;
111
ЛГ = .М/(1-|-1У/ЛГв);
при Х^60 можно принять М'=М\ N — продольная сила в элементе с учетом зна-
ка; Ne — эйлерова критическая сила в плоскости действия момента для данного
элемента; N’ — абсолютное значение продольной силы в элементе.
Сжато-изогнутые элементы проверяют на общую устойчивость
по формуле (25.6) с учетом приведенного относительного эксцен-
триситета продольной силы в плоскости изгиба:
eef = r\e,ei; erei = e/p; e — M/N; p = Wt/A, (25.9}
где p — расстояние до ядровой точки в плоскости изгиба; — момент со-
противления сечения для наиболее сжатого волокна; т] — коэффициент влияния
формы сечения (см. приложение 15 СНиП 2.05.03-84).
Все расчеты по общей устойчивости выполняют по геометри-
ческим характеристикам сечений брутто, т. е. без учета ослаб-
лений.
Расчетные значения продольной силы с учетом изгибающих мо-
ментов от жесткости узлов или действия подвесок на нижние пояса
ферм следует принимать для одного и того же сочетания нагрузок.
Расчетную длину lef поясов, опорных раскосов и стоек в плос-
кости фермы принимают равной расстояниям между соответствую-
щими центрами узлов, а для остальных элементов решетки — 0,8
этого расстояния. При проверках в направлениях, перпендикуляр-
ных плоскости фермы, расчетную длину всех элементов принимают
равной расстоянию между узлами, закрепленными от смещения
из плоскости фермы (например, для поясов расстоянию между уз-
лами связей).
Обычно при проверке гибкости поясов и элементов решетки
расчет гибкости делают как в плоскости, так и из плоскости фер-
мы Затем для сжатых элементов выполняют проверку устойчи-
вости по большему значению гибкости.
Расчет на общую устойчивость элементов, состоящих из двух
ветвей, объединенных соединительными решетками, планками или
перфорированными листами, выполняют по-разному в плоскости,
перпендикулярной плоскостям соединительных элементов, и в плос-
кости соединительных элементов. В первом случае расчет ведут,
как для обычного стержня, и гибкость определяют по формуле
(25.7). Во втором случае расчет делают с учетом приведенной гиб-
кости составного элемента Хе/:
М= + Ла- (25.10)
где X — гибкость всего стержня в плоскости соединительных планок, опреде-
ляемая как для целого стержня по формуле (25.8); Ха— гибкость ветви; Ха =
= /а/»а; 1а—свободная длина ветви, равная расстоянию между ближними края-
ми или между крайними заклепками (болтами) соседних планок или 0,8 длины
отверстия в перфорированных листах; i — радиус инерции сечения ветви стерж-
ня относительно осн, проходящей через центр тяжести перпендикулярно планкам.
112
Кроме проверок по прочности, гибкости и устойчивости, эле-
менты ферм проверяют на выносливость:
°тах е/ — N/А yw Ry т> (25.11)
где Отах е! — наибольшее нормальное напряжение; yw— коэффициент, зави-
сящий от марки стали, режима нагруженностн и отношения максимальных и ми-
нимальных напряжений в элементе.
Сварные сжатые, внецентренно-сжатые и сжато-изгибаемые
стержни также должны быть проверены по местной устойчивости
полок и стенок в зависимости от отношения толщины и ширины
составляющих их листов.
25.2. Расчет узлов ферм
Расчет узла фермы в общем случае состоит из расчета прикреп-
ления элементов решетки к фасонке, проверок самой фасонки
и расчета перекрытия стыка пояса.
В современных мостах чаще всего сварные элементы соединяют
в узлах высокопрочными болтами. В таких конструкциях прикреп-
ление всех элементов решетки к фасонке осуществляется внахлест-
ку (рис. 25.2, а) н нужно только определить количество болтов,
достаточное для передачи действующего в элементе усилия на фа-
сонку. Количество болтов в прикреплении стержней решетки к фа-
сонке определяют из условия равномерной передачи усилия каж-
дым болтом:
n6 = N/Qbh, (25.12)
где У— наибольшее усилие, действующее в стержне; Qbh — усилие, которое
может быть воспрннито одним болтом с одной плоскостью тренни по формуле
(23.92).
Так как болты ставят на две фасонки с обеих сторон прикреп-
ляемого элемента, их количество округляют до ближайшего чет-
ного числа, а для Н-образных сечений — до числа, кратного 4 (см.
рис. 25.2, а).
Узловая фасонка в местах прикрепления стержней решетки
должна быть проверена на выкалывание по наиболее опасным се-
чениям (рис. 25.2, б, в). Эту проверку выполняют по формуле
<3 = N/Aef Цу т, (25.13)
где У — продольное усилие в элементе фермы, прикрепляемом к фасонке;
Rv — расчетное сопротивление стали; т — коэффициент условий работы, для ав-
тодорожных мостов равен 1,0; Aef — расчетная площадь:
Aef = 0,675/ф S (0,212а;+ 1)/г;
/ф—толщина фасонного листа, принимаемая не более 16 мм при соединении на
высокопрочных болтах; а,-—угол в радианах между направлением i-го участка
113
опасного сечения и осью прикрепляемого элемента (0^а<^л/2); !{— расчетная
длина i-ro участка:
—Мо;
I'i —полная длина i-ro участка; п0 — количество болтов иа участке; rf0 — диаметр
отверстия для болта.
Кроме того, должно быть проверено сечение по верхнему ряду
болтов в прикреплении фасонки к поясу (рис. 25.2, г). В этом се-
чении действует сдвигающее усилие N, равное сумме горизонталь-
ных проекций усилий в раскосах этого узла, и изгибающий момент,
равный произведению силы N на расстояние от оси пояса до се-
чения е:
y=y1cosa14-y2cosa2; 1
M = Ne, J V • >
где AZ.„ N2 — усилия в раскосах; щ, а2 — углы наклона раскосов к горизонту.
!
Рис. 25.2. Схемы для расчета фасонок:
7 — фасонный лист (фасонка); 2 — прикрепляемый раскос; 3 — высокопрочные болты при-
крепления
114
Проверку выполняют по формулам:
cs — M/tcWn С Ry т‘ T — NS/^ — 3N/2at$^Rsm, (25.15)
где а — длина проверяемого сечеиия фасонки за вычетом ослаблений отверстия-
ми для болтов; S — статический момент проверяемого сечеиия; R,—расчетное
сопротивление стали иа сдвиг.
Затем необходимо проверить вертикальное сечение фасонки,
проходящее через центр узла (рис. 25:2, д). Проверку делают на
суммарную силу N, равную сумме усилия в поясе и горизонталь-
ной проекции усилия в раскосе, и момент, равный произведению
силы N на расстояние от оси пояса до центра тяжести вертикаль-
ного сечения фасонки и накладок, перекрывающих стык пояса
A^cosoj; М = №, (25.16)
где — расчетное усилие в поясе.
Наибольшее напряжение возникнет на нижнем краю фасонки:
ts = N/An + M уЦп ^.Rym, (25.17)
где Ап, /„— площадь и момент инерции для сечеиия нетто фасонки и накла-
док, перекрывающих стык пояса; у — расстояние от центра тяжести рассматри-
ваемого сечения до инжней грани фасонки.
В конструкциях узлов, где фасонные вставки вварены на место
вертикальных стенок сечения пояса, прикрепление фасонки к поясу
можно не рассчитывать, так как заводская сварка фасонного листа
и листов пояса будет равнопрочной основному металлу при полном
проваре соединения вертикального листа пояса и фасонки встык.
Проверки фасонки по горизонтальному сечению (по верху пояса)
и по вертикальному выполняют по полной площади фасонки. Стык
пояса в этом случае выносят в панель и перекрывают накладками.
Расчет такого стыка подобен расчету стыков поясов балок со
сплошной стенкой.
Если пояс стыкуют в пределах узла, фасонка работает как одна
из накладок, перекрывающих стык пояса. В расчет стыка в этом
случае вводят сечение фасонки по высоте пояса. Прикрепление
каждой накладки, перекрывающей стык пояса, рассчитывают от-
дельно и распределяют болты по накладкам пропорционально их
участию в работе, считая, что каждая группа болтов работает на
передачу усилия в данной накладке.
25.3. Расчет связей пролетных строений
Связи пролетных строений рассчитывают на восприятие гори-
зонтальных поперечных нагрузок: давления ветра, горизонтальной
поперечной нагрузки от ударов автомобилей, центробежных сил
при расположении моста на кривой в плане.
115
Интенсивность горизонтальной ветровой нагрузки определяют
для данной местности в соответствии с указаниями СТ СЭВ
1407—78 и СНиП П-6-74
= (25.18}
где q0 — скоростной напор ветра на высоте 10 м в районе строительства,
kn — коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте; cw —
аэродинамический коэффициент лобового сопротивления конструкций моста по-
приложению 9 СНиП 2 05.03-84
Давление ветра на транспортные средства, находящиеся на
мосту, при расчете автодорожных и городских мостов не учитыва-
ют. При проектировании нетиповых конструкций мостов норматив-
ную интенсивность горизонтальной нагрузки принимают не менее
1,23 кПа. В типовых проектах скоростной напор ветра qo прини-
мают равным 0,69 кПа, коэффициент kn равным 1,45, а норматив-
ная интенсивность горизонтальной ветровой нагрузки wn должна
бьиь не менее 1,77 кПа.
Боковое давление ветра определяют по нормативной интенсив-
ности и площади, подверженной ветру поверхности конструкции.
Площадь этой поверхности принимают для балок со сплошной
стенкой равной площади в пределах контура пролетного строения.
Для ферм можно считать, что эта площадь равна 0,2 площади
в пределах контура ферм, для проезжей части сквозных пролет'ных
строений — боковой поверхности балочной клетки, не закрытой
поясом фермы. При расчете продольных связей ветровую нагрузку
на систему связей (верхних или нижних) принимают равной 0,6
давления на главные фермы; 0,8 ветровой нагрузки на элементы
проезжей части считают приложенной к верхним продольным свя-
зям при езде поверху и нижним — при езде понизу, а 0,4 — к дру-
гой системе связей.
Связи мостов на горизонтальных кривых рассчитывают одно-
временно на центробежные силы vh (кН/м) от нагрузки АП, кото-
рую можно определить при радиусе кривой не более 250 м:
vh=475/A, (25.19)
а при радиусе кривой от 250 до 600 м
vft=19 400/(rX), (25.20)
где г — радиус кривой, м, к — длина пролета, м.
В любом случае центробежная сила должна быть не менее
229/г кН/м и не более 53 кН/м. Обычно считают, что центробежная
сила от нагрузок АК приложена на уровне 1,5 м над поверхностью
покрытия.
Кроме проверки на ветровые и центробежные нагрузки, связи
должны быть проверены на восприятие поперечных горизонталь-
ных ударов нагрузки АП. Силу поперечных ударов считают при-
ложенной на уровне 2/з высоты к жестким железобетонным пара-
петным ограждениям и равной 1275 кН, на уровне верха бордюра
116
Рис. 25.3 Схемы для расчета связей
равной 637 кН, в уровне направ-
ляющих планок полужестких ме-
таллических барьерных огражде-
ний равной 476 кН. Можно счи-
тать, что на связи, расположен-
ные вдоль пояса, в уровне кото-
рого устроена проезжая часть,
передается 0,8 центробежной си-
лы или горизонтальных ударов,
а на связи в уровне другого поя-
са — 0,4. Если пролетное строе-
ние имеет только один уровень
продольных связей, то все гори-
зонтальные нагрузки передаются
на них полностью.
Зная поперечные горизонтальные силы, действующие па про
летное строение, и их части, прикладываемые в уровне продольных
связей (верхних и нижних), можно определить равномерно распре-
деленную нагрузку на фермы связей.
Расчетная схема продольных связей представляет собой балоч-
ную ферму, имеющую опоры в местах опирания главных ферм.
В разрезных пролетных строениях связи рассчитывают как раз-
резные фермы с длиной пролета, равной длине пояса, вдоль которо-
го они расположены (рис. 25.3). В неразрезных пролетных строе-
ниях связи рассчитывают как неразрезные.
Если вдоль пояса расположены две фермы связей (см. рис. 24.9,
в, г), горизонтальную нагрузку делят между ними поровну. При
большем числе ферм связей в одном уровне (см. рис. 24.9, д) в ши-
роких мостах на крайние связи со стороны действия нагрузки пе-
редают половину усилий, а другую половину поровну распределя-
ют между остальными фермами связей.
В пролетных строениях с плитой проезжей части, хорошо свя-
занной с балками: сталежелезобетонные пролетные строения, про-
летные строения с ортотропной стальной плитой проезжей части,—
горизонтальные нагрузки полностью воспринимаются плитой.
С достаточной степенью точности в элементах продольных свя-
зей усилия можно определить исходя из балочного момента М и
балочной поперечной силы Q, определяемых от равномерно рас-
пределенной нагрузки Ц7В или 1ГН (см. рис. 25.3).
Усилия в поясах связей
Na=±M/B. (25.21)
Усилия в раскосах
Ур = ±Q/(2sina), (25 22)
а усилия в распорках при полураскосной решетке
jVc = ±Q/2, (25.23)
где а — угол между осью раскоса и осью пояса.
1J7
При перекрестной и ромбической решетках усилия в распорках
возникают только от местной нагрузки в панели фермы связей,
yc==W, (25.24)
где d — длина панели связей
Кроме усилий от нагрузок, воспринимаемых продольными свя-
зями, в них могут возникнуть значительные дополнительные уси-
лия от вовлечения решетки связей в работу поясов ферм. Если на
поясах ферм работа связей практически не сказывается и разгру-
жением поясов можно пренебречь, дополнительные напряжения в
элементах отдельных видов решетки связей от работы поясов глав-
ных ферм велики и их необходимо учитывать при подборе сечений
раскосов, а иногда и распорок, связей.
Большие дополнительные напряжения получают раскосы ром-
бической, крестовой и раскосной систем (рис. 25.4, а). Приближен-
но можно считать, что удлинение раскоса Д/рс зависит от удлине-
ния пояса при действии вертикальных нагрузок как
Д/рс = AZncosa. (25.25)
Удлинение пояса можно выразить так:
Ып=аи1и/Е, (25.26)
где (Тп — напряжение в элементе пояса от вертикальных нагрузок; ап =
= УП/4П; 1П — длина панели пояса.
Тогда
AZpc = <Wn cos а/Е. (25.27)
Выразив в соответствии с законом Гука удлинение раскоса че-
рез напряжения в раскосе и подставив в формулу (25.27), полу-
чим
<трс = ап cos а/п//рс. (25.28)
Учитывая, что /n//pc=cos а,
Рис. 25.4. Схемы для определения усилий в элементах связей
118
Из выражения (25.29) видно, что напряжения в раскосах свя-
зей от участия в работе поясов ферм могут быть достаточно ве-
лики. Например, при угле а=45° оРс«0,5оп. Несмотря на то, что
на монтаже можно предпринять меры, уменьшающие напряжения
в связях от работы поясов ферм, обычно дополнительные усилия
в раскосах связей крестовой, раскосной и ромбической решеток
определяют от полной суммы постоянных и временных нагрузок.
Дополнительные усилия в распорках связей обычно учитывают
только в крестовой решетке, где
^p = 2^pCsiпa. (25.30)
В элементах связей полураскосной и простой треугольной си-
стемы влияние вертикальной нагрузки на усилия не учитывают
из-за незначительности этих величин.
Необходимо при расчете элементов решетки связей учитывать
также дополнительные моменты, которые возникают в связях от
действия собственного веса связей и эксцентричности прикрепле-
ния элементов связей к фасонкам. Момент от собственного веса
определяют, как в простой балке с пролетом, равным проекции
теоретической длины стержня связей на горизонталь, с введением
коэффициента 0,8, учитывающего влияние закрепления концов
элемента. Дополнительный момент от эксцентриситета в узле
(рис. 25.4, б) получим как
M = Ne, (25.31)
где — суммарное усилие в элементе связей от действия всех нагрузок, вос-
принимаемых связями; е — расстояние от центра тяжести сечеиг" элемента свя-
зей до оси фасонки связей.
При подборе сечений раскосов связей необходима учитывать,
что горизонтальные нагрузки могут действовать как с одной сторо-
ны пролетных строений, так и с другой, вызывая в них растягива-
ющие и сжимающие усилия одинакового значения. Поэтому раско-
сы продольных связей и элементы сквозного заполнения порталь-
ных рам рассчитывают на сжатие как более невыгодный случай
работы.
Проверки по прочности и устойчивости для элементов связей
обязательны, и их выполняют, иак для элементов ферм (см. §25.1).
Однако часто сечение связей получают по предельной гибкости,
допустимой для элементов связей, так как их сечения обычно не-
велики, длина большая, а усилия малы. Гибкость элементов про-
дольных связей не должна превышать: для сжатых элементов —
150, для растянутых— 180.
Портальные рамы пролетных строений с ездой понизу рассчи-
тывают на передачу давления верхних продольных связей Н (см.
рис. 25.3):
А/ = 1Ге/в/2. (25.32)
119
Расчет усилий в элементах ригеля и стойках выполняют с уче-
том конструкции ригеля портальной рамы и считая опирание сто-
ек заделкой, а остальные узлы — шарнирными (рис. 25.4, в). Учи-
тывая указанные предпосылки, в портальной раме можно опреде-
лить расстояние до нулевой точки эпюры моментов в стойке от
заделки (см. рис. 25.4, в):
с(с4-2!)
“ 2(2c-]-Z) ’
(25.33)
а в раме со сплошным ригелем
i + 3fe iPl
° 14-6* ' icb '
где Ic, /р — моменты инерции стойки и ригеля рамы.
Зная /0. можно получить продольную, поперечную силы и наи-
больший момент в стойке рамы:
Н(1—1„)
NB = - ; Qc = W/2; М = ±0,5Н(с-1„).
b
Момент в ригеле со сплошной стенкой
Н
м=~ —
где х — расстояние от стойки до сечения ригеля, в котором рассчитываем
момент.
После определения усилий в элементах портальной рамы дела-
ют проверки их сечений по обычным формулам проверок элемен-
том ферм. Затем выполняют расчет узловых соединений
лов ферм.
(25.34)
(25.35)
(25.36)
как уз-
25.4. Расчет опорных частей
Опорные части рассчитывают на действие вертикальных и гори-
зонтальных усилий, передаваемых пролетным строением: верти-
кального давления V от постоянной и временной нагрузок и гори-
зонтальной силы //. Горизонтальную реакцию Н принимают рав-
ной тормозной силе и продольному действию ветра на пролетное
строение или силе трения в подвижной опорной части. Нагрузку от
ветра вдоль моста принимают равной 0,6 полной поперечной вет-
ровой нагрузки на пролетное строение. При расчетах считают, что
сила Н приложена в центре шарнира опорной части. Неподвижные
опорные части должны воспринимать полное значение силы Н, а
подвижные катковые 0,25//, но ие более силы трения
Ят = 0,025И. (25.37)
120
Рис. 25.5. Схемы для расчета опорных частей
Подвижные опорные части рассчитывают с учетом максималь-
но возможных перемещений катков из-за температурных дефор-
маций и изменения длины нижнего пояса под действием усилий
в нем.
Расчет конструкций опорных частей может быть выполнен не-
сколько условно на основе обычных положений сопротивления
материалов, без учета действительного напряженного состояния
коротких элементов с большой высотой. Нужно также учитывать,
что передача давлений в опорных узлах балок и ферм осуществля-
ется в основном по площадям опирания жестких вертикальных
элементов: в балках через вертикальную стенку и ребра жестко-
сти, а в фермах через вертикальные элементы опорного узла —
стенки пояса и фасонки.
В неподвижных опорных частях на верхний балансир действу-
ет сила V и момент M = Hha (рис. 25.5, а). Размеры верхнего ба-
лансира определяют из условия его смятия в опорном узле
AWCM</?p, (25.38)
где Лсм, 1Гсм—площадь н момент сопротивления поверхности смятия верх-
него балансира под опорным узлом; /?р — расчетное сопротивление местного смя-
тия материала верхнего балансира.
Размер а балансиров опорных частей желательно назначать не
более удвоенной их высоты, т. е. aB^2/iB и aH^2/iH (см.
рис. 25.5, а).
Размеры нижнего балансира в плане можно проверить по усло-
вию
а
н
max
V
Ян
6/7Ан
Ън
Rb loci
(25.39)
где Rb ioc — расчетное сопротивление кладки опоры на местное смятие.
121
Балансиры неподвижных опорных частей необходимо также
проверить на изгиб. Изгибающий момент в среднем сечении балан-
сира
Ма = Ре—0,5Hz. (25.40)
Если учесть, что Ре — объем эпюры нормальных напряжений
на половине ширины балансира а, умноженный на расстояние от
центра тяжести этого объема до сечения, из формулы (25.43) по-
лучим
A4H = «S/24 (2а»ах+ аснр)-0,5Яг, (25.41)
где Отах, Сор — максимальные и средние напряжения под подошвой балан-
сира.
Напряжения в сечении нижнего балансира в соответствии с
рис. 25.5, а
М„
(25.42)
‘к
Аналогично можно получить выражения и для верхнего балан-
сира.
Кроме проверок балансиров, нужно выполнить расчет шарни-
ра. В современных конструкциях опорных частей обычно применя-
ют шарниры типа тангенциальных опорных частей с опиранием
плоскости на цилиндрическую поверхность. В этом случае провер-
ку шарнира делают, как для случая свободного касания, по фор-
муле диаметрального сжатия
a=V/2rb^ Rcd, (25.43)
где г — радиус цилиндрической поверхности; b — длина касания в шарнире.
Расчет подвижной многокатковой опорной части состоит из
расчетов верхнего балансира и шарнира, выполняемых так же,
как в случае расчета неподвижной балансирной опорной части, и
расчетов нижнего балансира, катков и нижней опорной подушки.
При расчете подвижных опорных частей необходимо учитывать
перемещения подвижной опорной части от температурного удли-
нения пролетного строения и деформаций нижнего пояса под дей-
ствием временной нагрузки. Перемещение от изменения темпера-
туры вычисляют по известной формуле At=a/(. Коэффициент ли-
нейного расширения стали а допускается принимать равным
0,00001, расчетную разность температур t принимают по местным
условиям, а для типовых проектов в районах с расчетной мини-
мальной температурой воздуха ниже —40 °C равной 90 °C
(—50 4-4-40°C) и для остальной территории СССР (==80 °C
(-40 4- 4-40°C).
Перемещения опорной части от деформации пролетного строе-
ния под временной нагрузкой можно получить методами строитель-
ной механики. При вычислении этих перемещений учитывают ди-
122
намический коэффициент. В разрезных балочных пролетных строе-
ниях с параллельными поясами перемещение конца балки или
фермы на подвижной опорной части можно с достаточной степе-
нью точности определить как
It/ExsRy l/l,5E,
(25.44)
где at, Е — среднее напряженке на участке пояса постоянного сечения и его
длина (для ферм напряжение в панели пояса и длина панели); / — полная длина
пояса; Ry — расчетное сопротивление материала нижнего пояса пролетного строе-
ния.
Катки подвижных опорных частей во время строительства
должны быть установлены так, чтобы во время эксплуатации мо-
ста перемещения их в обе стороны были минимальными, т. е. оди-
наковыми. Поэтому перемещение нижнего балансира относитель-
но нижней подушки
Л=0,5 (Дг+Др). (25.45)
Перемещение катков относительно нижней подушки составит
Дк=Д/2. Учитывая, что минимальное расстояние от края нижней
подушки или балансира до точки опирания катка должно быть не
менее 5 см, и приняв расстояние между центрами катков ак с уче-
том возможности прочистки расстояний между ними, получим ми-
нимальный размер подушки
а—(п— 1) якЧ- Д2с, (25.46)
где п — количество катков; ак — расстояние между центрами катков, обычно
на 2—4 см больше диаметра катков или ширины валков.
Давления на катки с учетом максимального их смещения
(рис. 25.5, б) и действия горизонтальной силы Н
V (УДк+НН)
п ± Zaf “1'
(25.47)
Катки проверяют по формуле диаметрального сжатия на дей-
ствие СИЛЫ Ртах-
o^=Pmax/2rl^Rcd. (25.48)
Моменты в балансире подсчитывают от правых и левых давле-
ний катков на балансир относительно центрального сечения ба-
лансира и на этот момент проверяют сечеиие балансира.
Напряжения под нижней подушкой вычисляют от действия вер-
тикального давления V с учетом максимального смещения опорной
части и момента от горизонтальной силы:
атах
min
V
On
(ЛДЧ-ЯЛП)6
-----—------С Rb.ioc
(25.49)
где ап, Ьп — размеры нижней подушки в плайе; Лп — расстояние от центра
шарнира до подошвы опорной части. . -•
123
Затем выполняют проверку сечения плиты под крайним катком.
Диаметр катков, мм, можно назначить приближенно
</к = 130+/, (25.50)
где / — пролет, м
Валки (срезанные катки) должны находиться друг от друга на
расстояниях, обеспечивающих отсутствие касания между ними при
наибольшем перемещении опорной части.
25.5. Проверив жесткости пролетных строений
А * ‘а
Условия движения по мостам зависят от радиуса вертикальной
кривой и углов перелома профиля проезжей части в местах уст-
ройства деформационных швов при прогибах пролетных строений
от временной нагрузки, находящейся на мосту. Особенно эти
обстоятельства важны на скоростных трассах с высокой интенсив-
ностью движения. В связи с этим нормируется жесткость пролет-
ных строений по значению относительного прогиба от временной
нагрузки. Проверку прогибов автодорожных, городских, пешеход-
ных пролетных строений выполняют по формуле
l/400/m, (25.51)
где f — нормативный вертикальный упругий прогиб пролетного строения от
временной нагрузки без учета коэффициентов надежности по нагрузке (у/=1,0)
н динамических коэффициентов (1+ц=1,0); / — расчетный пролет; т — коэффи-
циент условий работы в балочных мостах, равный для пешеходных мостов 1,0,
а для остальных— 1,2.
Прогиб балок разрезного балочного пролетного строения в се-
редине пролета от равномерно распределенной (эквивалентной)
нагрузки (рис. 25.6, а)
124
5 pZ«
' 384 El ’
в неразрезном пролетном строении (рис. 25.6, б)
[5р/2 —24 (Мл-|-Мд)]/2
' 384Е/
(25.52)
(25.53)
где р — эквивалентная нагрузка для криволинейной линии влияния от на-
грузки Al 1 нлн НК-80 с учетом поперечного распределения на балки; I — момент
инерции сечения балкн брутто (без учета ослаблений); Л4Л, Л4П — опорные мо-
менты на левом н правом концах рассматриваемого пролета при наиневыгодней-
шем загружении этого пролета нагрузкой.
В сталежелезобетонных балках момент инерции подсчитывают,
предполагая работу железобетона упругой.
Расчет прогибов ферм может быть выполнен по правилам
строительной механики. Однако вполне допустимо использование
приближенной формулы В. А. Качурина, которая дает достаточно
точные результаты. Для ферм с треугольной решеткой, наиболее
распространенной в настоящее время, прогиб в середине пролета
(рис. 25.6, в)
[ha 1 Г ha 1 5pZ4
l+(tga+ ctga) -*- 1,61-0,335-*- , (25.54)
I J |_ /7 J <3o4£ 1 gp
где a — угол наклона раскоса в середине пролета к вертикали; I — расчетный
пролет фермы; h0 — высота фермы над опорой; Н — высота фермы в пролете;
/ср — момент инерции поясов ферм в середине пролета.
Величину /СР можно определить по формуле
/ср= (Лв+ Л) №/4, (25.55)
где Ав, Ан —площади брутто верхнего и нижнею поясов фермы.
Обычно автодорожные мосты определяют вполне достаточные
запасы по прогибам, и их размеры определяют прочностными в ос-
новном расчетами. Однако в отдельных случаях, особенно в мо-
стах больших пролетов при навесной сборке пролетных строений и
регулировании усилий, жесткость балок или ферм в серединах
пролетов металлических мостов может оказаться на пределе и ее
проверка отразится на конструкции моста. В последние годы
наблюдается тенденция к широкому применению все более проч-
ных сталей в мостостроении. Это также повышает роль проверки
жесткости пролетных строений металлических мостов.
Контрольные вопросы
1. Учитывают ли действительную жесткость узлов при расчете усилий в эле-
ментах ферм?
2. Какие проверки нужно выполнить при расчете узла фермы?
3 Какие существуют особенности прн расчете элементов связей?
4 Как выполняют проверку диаметра шарнира в опорных частих?
5. Какой величиной ограничены прогибы пролетных строений автодорожных
мостов?
125
Глава 26
МОСТЫ С ПРОЛЕТНЫМИ СТРОЕНИЯМИ АРОЧНЫХ,
РАМНЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ СИСТЕМ
4?
26.1. Основные системы арочных мостов
В арочных металлических пролетных строениях основная несу-
щая конструкция — арки. На них передает усилие конструкция
проезжей части. Как и в балочных пролетных строениях, связи
объединяют все элементы в пространственную неизменяемую си-
стему. Основной особенностью арочных пролетных строений мож-
но считать то, что при действии вертикальных нагрузок они пере-
дают на опоры не только вертикальное давление, но и горизонталь-
ное — распор (рис. 26.1). Распорность снижает расход металла
на арочное пролетное строение до 20% по сравнению с балочным,
так как распор вызывает в арках отрицательные изгибающие мо-
менты, сильно разгружающие сечения арок. Кроме того, верти-
кальная жесткость арочных пролетных строений всегда заметно
выше. Но в то же время восприятие распора требует обычно зна-
чительного увеличения размеров опор.
Рис. 26.1. Основные виды арочных мостов.
1 — арка; 2 — стойка, 3 — шарнир; 4 — подвеска, 5 — затяжка
126
Рис. 26 2. Особенности арок и очертание эпюр максимальных изгибающих мо-
ментов арочных систем:
О — бесшарнириой, 1 — одиошариирной, 2 — двухшариириой, 3 — трехшариирной
Объем опор арочных мостов быстро возрастает с увеличением
их высоты. В случае очень прочных грунтов оснований размеры
фундаментов становятся слишком большими. Поэтому арочные
металлические мосты могут быть рациональны только в случае
прочных грунтов, залегающих на небольшой глубине, и при не-
большой высоте опор от пят арок до подошвы фундамента.
На возможность применения арочных пролетных строений
влияет и профиль перехода: в равнинной местности строительство
арочного моста может потребовать значительного подъема отме-
ток проезжей части и развития в связи с этим подходов к мосту.
Арочные мосты строят чаще в горной местности, где обычно
имеются и подходящий профиль перехода для размещения подъ-
емистых арок, и скальные грунты, лежащие близко к поверхности.
В городских условиях иногда арочным мостам отдают предпочте-
ние из-за их хорошего внешнего вида.
В мостостроении применяют бесшарнирные, двухшар-
нирные и трехшарнирные арки.
Бесшарнирные арки (рис. 26.1, а) имеют наибольшую жест-
кость, но при этом в бесшарнирных арках возникают самые боль-
шие температурные напряжения, и они наиболее чувствительны к
просадкам и смещениям опор. Кроме того, конструктивное осу-
ществление заделки пят арок в опоры относительно сложно. В
связи с этими недостатками металлические арочные мосты с бес-
шарннрными арками строят редко.
Двухшарнирные арки (рис. 26.1, б, г, е) по затратам материа-
лов и усилиям, передаваемым опорам, мало отличаются от бес-
шарнирных. Конструкция их сопряжения с опорами проще, они
заметно менее чувствительны к изменениям температуры и смеще-
ниям опор. Поэтому двухшарнирные арки наиболее применимы в
металлических мостах. Жесткость их немного ниже, чем в бесшар-
нирных арках.
Трехшарнирные арки (рис. 26.2, е) статически определимы.
Поэтому в них не бывает дополнительных напряжений от измене-
127
ния температуры, просадок и смещений опор. Если нет уверенно-
сти в основаниях опор, но решено строить арочный мост, применя-
ют трехшарнирные арки. Но они получают меньшее разгружение
моментов от действия распора и требуют большого расхода метал-
ла по сравнению с двухшарнирными арками. Жесткость трехшар-
нирных арок наименьшая из всех арочных систем, но она вполне
достаточна для автодорожных и городских мостов.
Заделка стальных арок в каменную или бетонную кладку опор
невозможна из-за очень больших местных напряжений в кладке
около опорного сечения. Поэтому при строительстве арочного мо-
ста с бесшарнирными арками в пятах устанавливают по две не-
подвижные опорные части, передавая через них опорный момент
на опору (рис. 26.2, а). Устройство четырех шарниров в пятах
каждой арки делает конструкцию пролетного строения более до-
рогой и осложняет строительство.
Трехшарнирные арки под тяжелыми нагрузками могут иметь
не только заметный общий прогиб, ио и переломы профиля проез-
жей части над центральным шарниром (рис. 26.2,6), что приводит
к повышению динамического действия временных нагрузок на
мост и снижению удобства движения по мосту.
На рис. 26.2, в показаны очертания эпюр моментов в бесшар-
нирных, одношарнирных, двухшарнирных арках. Наиболее равно-
мерное распределение моментов по длине пролета имеют бесшар-
нирные арки. Равномерность расчетных усилий дает возможность
более экономично проектировать конструкцию арки. В одношар-
нирных арках эпюра моментов самая неравномерная с наиболь-
шими пиками у пят. Кроме того, одношарнирные арки практиче-
ски не имеют никаких преимуществ перед бесшарнирными и двух-
шарнирными арками. Поэтому одношарнирные арки не применя-
ют в мостах вообще. Двухшарнирные и трехшарнирные арки по-
добны по распределению моментов, но в двухшарнирных арках
наибольшие значения моментов ниже, чем в трехшарнирных.
Эпюры моментов на рис. 26.2, в дополнительно обосновывают
наибольшую применимость двухшарнирных арок в мостах.
Арочные пролетные строения могут иметь как арки со сплош-
ной стенкой (см. рис. 26.1, а, б, в, д), так и арки со сквозной стен-
кой — арочные фермы (см. рис. 26.1, г, е). Арки со сплошной стен-
кой проще по конструкции и технологии изготовления. Чаще всего
применяют их для пролетов до 200 м, а в отдельных случаях до
300—350 м. Арочные фермы сложнее и конструктивно, и техноло-
гически, но с увеличением пролетов они дают настолько большую
экономию металла, что при перекрытии пролетов выше 250—350 м
не применяют арки со сплошной стенкой.
Если условия проектирования позволяют, делают арочные мо-
сты с ездой поверху (см. рис. 26.1, а, б, в, г). Если профиль перехо-
да не позволяет осуществить езду поверху, устраивают арочные
128
пролетные строения с ездой посередине (см. рис. 26.1, г) или по-
низу (см. рис. 26.1, д).
Стрела подъема f сильно влияет на работу самих арок и опор.
Увеличение стрелы подъема уменьшает усилия в арках и облегча-
ет конструкцию опор. В то же время возрастает строительная высо-
та пролетных строений при езде поверху или возникает необходи-
мость перехода к езде понизу или посередине. Поэтому стрелу
подъема арок моста выбирают с учетом всех этих обстоятельств,
т. е. с учетом и местных условий и особенностей предполагаемой
схемы моста.
В существующих арочных мостах пологость арок f/l колеблет-
ся в очень широких пределах (от ’/г до Vis) - При езде поверху ча-
сто 'используют арки с пологостью */?—Vs, а при пониженной езде
Ve-Ve.
Иногда в случае слабых грунтов проектируют арочные пролет-
ные строения с гибкой затяжкой (см. рис. 26.1, д), где распор вос-
принимают горизонтальным элементом, а на опоры передаются
только вертикальные давления от вертикальной нагрузки, как в
балочных системах. Такие пролетные строения менее экономичны,
чем арочные с передачей распора на опоры, так как устройство за-
тяжки требует дополнительной затраты металла.
В мостах с ездой поверху иногда стремятся использовать ра-
боту надарочной конструкции в работе арочных ферм. В этом слу-
чае верхний пояс арочной фермы совмещают с проезжей частью
(см. рис. 26.1, е). Такая конструкция не соответствует распределе-
нию усилий по длине пролета и приводит к повышенному расходу
материала. Но в этом случае становится особенно удобна навесная
сборка пролетного строения, и экономия на технологии может оп-
равдать перерасход материалов.
Кроме обычных арочных мостов, в редких случаях проектируют
неразрезные и консольные арочные пролетные строения, которые
имеют несколько меньший распор. При продольно-подвижном опи-
рании неразрезных арочных мостов на промежуточные опоры они
не испытывают действия распора, и их проектируют, как опоры
неразрезных балочных мостов. Однако неразрезные и консольные
арочные пролетные строения не имеют экономических преиму-
ществ по сравнению с обычными арочными и имеют меньшую же-
сткость и ряд конструктивных сложностей. Поэтому такие пролет-
ные строения в настоящее время практически не применяются.
26.2. Конструкция арочных мостов
В старых мостах применяли клепаные арки. При небольших
пролетах арки обычно делали двутаврового сечения (рис. 26.3, а).
При больших пролетах сечения арок делают двухстенчатыми,
открытыми снизу (рис. 26.3,6), или замкнутыми — коробчатыми
5 Зак. 578 1 29
(рис. 26.3, в). Все клепаные сечения арок со сплошной стенкой по
конструкции близки к соответствующим сечениям балочных мо-
стов, но имеют более толстые листы стенок, так как работают, кро-
ме поперечного изгиба, на сжимающую продольную силу. Обыч-
но назначают толщину вертикального листа не менее '/so его вы-
соты.
Современные сварные сечения могут быть сделаны двутавро-
выми (рис. 26.3, г) при небольших пролетах, коробчатыми
(рис. 26.3, д) для больших пролетов или при перекрытии особо
больших пролетов — трубчатого сечения (рис. 26.3, е).
В сварных сечениях пояса желательно делать из одного листа,
применяя дополнительные наваренные листы в исключительных
случаях. Для жесткости коробчатых арок, особенно при большой
их высоте, в них устраивают поперечные, а в очень высоких сече-
ниях и продольные диафрагмы. Для обеспечения возможности
осмотра внутренних поверхностей сечений в поперечных диафра>-
мах делают овальные отверстия шириной не менее 0,5 м. В гори-
зонтальных диафрагмах должны быть оставлены лазы для пере-
хода из одного отсека в другой. Ширина коробчатых сечений арок
должна обеспечивать возможность осмотра и окраски внутренней
полости арки, поэтому расстояние между стенками должно быть
не менее 0,6—0,8 м.
Круговое сечение трубчатых арок наиболее рационально для
работы на внецентренное сжатие. К тому же такая форма из-за
лучшего обтекания ветром испытывает значительно меньшие вет-
Рис. 26.3. Виды сечений арок:
1 — диафрагма. 2~ отверстие в диафрагме; 3 — ребро жесткости; 4 — отверстие для стока
конденсата, > — диаметральная распорка, 6 — телескопический стык распорки
130
Рис. 26.4. Виды двухшарнирных арок (а, б), варианты опирания надарочной кон-
струкции в замке (в—д), совместная работа арок и надарочных конструкций (е)
ровые нагрузки. Но конструкция сопряжений элементов пролетно-
го строения с трубчатыми арками значительно сложнее, чем в слу-
чае применения прямоугольных сечений. Сечение трубчатых арок
усиливают поперечными ребрами жесткости и диафрагмами.
Высоту сплошностенчатых арок в замке принимают в автодо-
рожных мостах равной Vso—’/то пролета. Меньшие значения отно-
сятся обычно к бесшарнирным аркам. Высота арок по длине про-
ле га может быть постоянной или изменяется в соответствии с
эпюрой моментов. В бесшарнирных металлических арках чаще
всего постоянная высота по длине. Моменты в двух- и трехшарнир-
ных арках имеют максимум около четвертей пролета. Однако раз-
витие сечения к четвертям пролета конструктивно нецелесообраз-
но и некрасиво. Поэтому в сплошных арках в большинстве случаев
высота постоянная по всей длине пролета или постоянна на боль-
шей части длины с постепенным уменьшением к пятовым шарни-
рам. Арки с уменьшением высоты к пятам называют серповидны-
ми (см. рис. 26.1, б).
В автодорожных мостах постоянная нагрузка при перекрытии
больших пролетов значительно больше временной. Поэтому ра-
циональная ось арки близка к параболе. Но учитывая, что для по-
логих арок параболическое очертание мало отличается от круго-
вого, в современных мостах для упрощения изготовления арок ось
принимают по дуге окружности (рис. 26.4, а, б).
О* 131
Постоянная высота на всей длине арки или на части длины и
очертание по круговой дают возможность сделать многие элемен-
ты стандартными, удешевляют изготовление и монтаж.
Монтажные стыки арок располагают радиально на равных
расстояниях. Обычно в стыке перекрывают все элементы сечения.
При серповидном очертании арки (см. рис. 26.4,6) на
длине 0,4—0,6 пролета высоты сечения и радиусы очертания верх-
него и нижнего поясов сохраняют постоянными, облегчая изготов-
ление элементов, а на остальной части арки эти размеры делают
переменными.
Конструкции решетчатых арок по основным направлениям
(стремление к максимальной стандартизации элементов, постоян-
ство по возможности высоты, очертание поясов по круговым кри-
вым, постоянство панелей арочной фермы) близки к аркам со
сплошной стенкой. Сечения элементов и конструкции узлов ароч-
ных ферм (пояса, решетка) подобны сечениям элементов и узлам
балочных ферм. В поперечном сечении арочные пролетные строе-
ния имеют две или более арок. Общую компоновку поперечного
сечения арочных мостов проектируют исходя из соображений ана-
логичных принимаемым в пролетных строениях балочных мостов
Проезжая часть и поддерживающие ее стойки в арочных про-
летных строениях с ездой поверху образуют надарочное строение.
Балочная клетка надарочного строения обычно имеет поперечные
и продольные балки, причем основными могут быть поперечные
или продольные балки. Если основой конструкции служат попереч-
ные балки, то они опираются на стойки, образуя поперечные рамы,
а в замковой части — на арки. Продольные балки в этом случае
могут опираться на поперечные и иметь небольшие расстояния
друг от друга.
Если основными балками проезжей части служат продольные,
то они объединяют надарочную конструкцию, поперечные балки
располагают между продольными прогонами.
Прогоны в замковой части арок могут располагаться этажно и
проходить над арками непрерывно или могут быть объединены в
единую конструкцию с замковыми участками арок (рис. 26.4, в,
г, д).
Этажное размещение прогонов конструктивно проще, но увели-
чивает строительную высоту (пролетных строений (см. рис. 26.4, о).
Если вертикальный лист прогонов объединяют с вертикальным
листом арки (см. рис. 26.4, г), высота конструкции в замке стано-
вится минимальной, но конструкция и работа замковой части за-
метно усложняются.
Часто около замка арки прогоны прерывают (см. рис. 26.4,6),
а над замком устраивают горизонтальную площадку, развивая
сечение арки до уровня верхних поясов прогонов. В проезжей ча-
сти в местах обрыва прогонов устраивают деформационные швы.
132
Хотя обычно арочные пролетные строения рассчитывают, счи-
тая работу арок и надарочной конструкции независимой, необходи-
мо учитывать, что все пролетное строение работает как единое це-
лое. Если работа надарочных конструкций мало влияет на проекти-
рование арок, совместность деформаций арок и надарочного строе-
ния в заметной степени определяет особенности конструкций по-
следнего и особенно надарочных стоек.
При изменении температуры (рис. 26.4, е), работе под времен-
ной нагрузкой все элементы пролетного строения получат дефор-
мации. Например, при повышении температуры удлинение арок
приведет к большим смещениям узлов опирания стоек по вертика-
ли и повороту этих сечений. Прогоны проезжей части создадут в
основном перемещения Л узлов прикрепления стоек по горизонта-
ли (см. рис. 26.4, е). В результате стойки получат деформации, вы-
зывающие их изгиб. Длинные стойки в приопорной части пролет-
ного строения достаточно легко воспримут эти деформации, а в
стойках средней части, особенно в самых коротких, возникнут
большие напряжения. Чтобы предохранить короткие надарочные
стойки от слишком больших дополнительных напряжений, их со-
прягают с проезжей частью и арками шарнирно. Смещение верх-
них концов стоек от деформаций прогонов можно уменьшить и ор-
ганизацией деформационных швов в проезжей части около замков
арок (см. рис. 26.4, д). Длинные стойки за счет своей гибкости
обычно не получают больших дополнительных напряжений, и их
можно объединять с арками и проезжей частью жестко.
Пространственную неизменяемость и поперечную жесткость
арочных пролетных строений обычно обеспечивают устройством
двух систем продольных связей: вдоль арок и в уровне проезжей
части. В пролетных строениях со сквозными арками желательно
устраивать продольные связи вдоль обоих поясов арочных ферм.
Иногда в пролетных строениях с ездой поверху делают только
одну систему продольных связей вдоль арок. В этом случае необ-
ходимо в плоскостях всех надарочных стоек устроить поперечные
связи. Связи между арками служат и для уменьшения свободной
длины арок, и для предохранения арок от потери устойчивости.
26.3. Мосты рамных систем
Применение рамной системы в пролетных строениях мостов
позволяет заметно снизить высоту ригелей. Поэтому такую систе-
му применяли в основном в путепроводах и эстакадах (рис. 26.5, а,
в) при жестком ограничении строительной высоты по местным ус-
ловиям. В последнее время рамные мосты с наклонными стой-
ками стали использовать и в горных условиях для пересечения
глубоких лощин и каньонов (рис. 26.5,6). Стойки рам практически
всегда опирают на фундаменты шарнирно. Поэтому в соответст-
133
вии с распределением моментов в стойках их обычно делают сужи-
вающимися книзу. При перекрытии небольших пролетов высоту
сечения делают постоянной, и только в большепролетных мостах
она может быть переменной. Участие в работе ригеля стоек рам
позволяет сделать его высоту относительно небольшой, причем
высота ригеля может изменяться в широких пределах — от ’/зо ДО
'/во длины пролета I. При перекрытии небольших пролетов обычно
берут большие значения высоты ригеля, а для больших проле-
тов— меньшие. Стойки рам могут быть вертикальными (см.
рис. 26.5, а) и наклонными (см. рис. 26.5, б, в).
В настоящее время наибольшее распространение получили рамы
с наклонными стойками, которые применяют как для перекрытия
небольших пролетов (30—40 м) в путепроводах н эстакадах, так
н весьма значительных (200—250 м) в горных условиях.
Многопролетные рамные мосты (см. рис. 26.5, в) применяют в
длинных эстакадах. Обычно соседние пары наклонных стоек сво-
дят в один узел, чтобы уменьшить количество фундаментов. В этом
случае в путепроводах и эстакадах соотношение пролетов /1 и /г
(см. рис. 26.5, в) принимают примерно 3 : 1, но с увеличением пере-
крываемого пролета Г это отношение обычно увеличивается.
Главным образом применяют конструкции рам со сплошной
стенкой. Поперечное сечение и устройство ригелей аналогично кон-
струкциям балочных мостов со сплошной стенкой. Существенную
сложность представляет узел сопряжения ригеля со стойкой.
В этом узле наиболее интенсивно работают стенка ригеля и стой-
ки. Сложная работа стенки, большие сжимающие и местные на-
пряжения в ней требуют особого внимания к обеспечению ее устой-
чивости.
Гораздо реже рамных мостов со сплошной стенкой встречают-
ся рамные мосты со сквозной стенкой. Обычно они имеют в совре-
менных мостах сварные сечения элементов и соединения в узлах
на высокопрочных болтах. Конструкция таких мостов подобна кон-
струкциям пролетных строений с балочными фермами. Высоту
Рис 26 5. Основные схемы рамных мостов
134 ‘ '
ферм ригеля делают постоянной для большей стандартизации эле-
ментов, стойки имеют постоянную ширину, а по фасаду сужаются
к шарнирному опиранию.
Рамные пролетные строения — статически неопределимая рас-
порная конструкция, в которой вертикальная нагрузка вызывает
не только вертикальные реакции, но и горизонтальные — распор.
Поэтому область их применения ограничена также, как и в ароч-
ных мостах. Особенно большой распор передают на опоры рамы
с наклонными стойками (см. рис. 26.5,6), которые применяют
только при соответствующем профиле и прочных грунтах, находя-
щихся около поверхности.
Кроме того, в рамных пролетных строениях возникают значи-
тельные температурные напряжения, и они чувствительны к про-
садкам и смещениям фундаментов. Конструкция рамных мостов
сложнее, чем балочных. Поэтому рамные пролетные строения при-
меняют в мостах редко. Необходимо также отметить, что в мосто-
вых переходах через реки в равнинной местности применение рам-
ных пролетных строений практически исключено из-за необходи-
мости размещать шарниры рам выше уровня высоких вод. Отмет-
ки проезжей части и объем работ на подходах возрастают в этом
случае настолько, что рамный вариант моста становится совершен-
но нерациональным.
26.4. Мосты с пролетными строениями комбинированных систем
В автодорожных мостах, кроме основных систем металлических
мостов — балочной, арочной и рамной, достаточно часто применя-
ют системы, составленные из двух простых. Такие системы назы-
вают комбинированными. Чаще всего их образуют из балочной
системы (со сплошной или сквозной стенкой) и арочной. Реже ба-
лочную или арочную дополняют стержнями, существенно влияю-
щими на работу конструкции. В основном комбинированные сис-
темы относительно опорных реакций работают как балочные, не-
смотря на наличие арочных элементов, разгружающих балки.
Большую группу комбинированных систем можно составить из
пролетных строений с ездой понизу, представляющих соединение
балки и арки, расположенной сверху, с разными соотношениями
их вертикальных жесткостей.
Например, в последнее время получили распространение про-
летные строения, представляющие собой жесткую арку с гибкой
затяжкой и часто расположенными наклонными подвесками
(рис. 26.6, а). Работа арки в этом случае сильно меняется, сече-
ния получаются легче. Наклонные подвески могут быть поставле-
ны часто и делают конструкцию похожей на многорешетчатую
ферму, но могут составлять и простую треугольную решетку.
135
Наибольшее применение среди комбинированных конструкций
пролетных строений получила система в виде жесткой балки, уси-
ленной дополнительным гибким арочным верхним поясом (рис. 26.6,
б, в), или гибкая арка с жесткой затяжкой. Чаще эту систему при-
меняют в разрезных пролетных строениях (см. рис. 26.6, б), одна-
ко возможно ее применение и в неразрезных конструкциях для раз-
гружения среднего пролета (см. рис. 26.6, в). Гибкий арочный
пояс позволяет значительно уменьшить моменты в балке и сделать
ее сечения более легкими. Обычно полную высоту такой системы Н
назначают в пределах ’/7—'/э пролета I, а высоту балки жесткос-
ти h принимают равной !/зо—'/so пролета.
В отдельных случаях за рубежом была предложена комбини-
рованная система, в которой арка н балка имеют близкие жест-
кости (рис. 26.6, г). Соотношение моментов инерции арки и балки
обычно принимают 7а 7б=0,5ч-1,0. Стрела подъема арки в этих
пролетных строениях равна ’/5—'/? пролета, высоту жесткой за-
тяжки берут в пределах ’/so—Чю пролета.
Жесткие арки и жесткие балки (затяжки) в комбинированных
системах выполняют чаще со сплошной стенкой, но при больших
пролетах возможно применение и сквозных конструкций (рис. 26.6,
д). Система, представленная на рис. 26.6, д, применялась достаточ-
но часто. Это неразрезная система, в которой боковые пролеты пе-
рекрыты балочной конструкцией в виде фермы с жестким верх-
ним поясом. Средний пролет перекрывают арочные фермы с за-
Рис 26.6 Схемы мостов комбинированных систем с ездой понизу
136
Рис 26 7 Схемы мостов комбинированных систем с ездой поверху и посередине
тяжкой, которая является продолжением жесткого пояса боковых
ферм. Во всех системах этой группы распор арочного элемента
воспринимает затяжка (гибкая или жесткая), и на опоры переда-
ются только балочные реакции, что позволяет значительно облег-
чить конструкцию опор и фундаментов.
Другая, также достаточно распространенная группа комбини-
рованных систем может быть образована из жестких балок, под-
держиваемых снизу гибким арочным (подпружным) поясом. Воз-
можна в этом случае система, в которой жесткая балка опирается
на гибкую арку (рис. 26.7, а), передающую распор на опоры.
Весьма рациональной показала себя система с неразрезной
жесткой балкой, усиленной снизу над промежуточными опорами
арочными шпренгельными элементами (рис. 26.7, б). Высота ароч-
ных шпренгелей может быть в пределах Vs—V12 среднего пролета I,
а высота неразрезной балки h за счет разгружающего влияния
шпренгелей может быть доведена до '/во-
В случае перекрытия больших пролетов, особенно если по усло-
виям проектирования боковые пролеты должны быть значительно
меньше среднего, можно воспользоваться неразрезной системой,
137
где гибкая арка в среднем пролете в основном расположена над
балкой, а в крайних — поддерживает ее снизу (рис. 26.7, в). Пол-
ную высоту пролетного строения в среднем пролете и над опорами
обычно принимают как '/в—712 среднего пролета, а высоту балки
жесткости — '/so—'/?о- Отношение длин крайнего пролета и сред-
него часто берут в пределах 1\ : / = 7г-т-7з-
Конструктивно пролетные строения комбинированных систем,
состоящие из балки и арочных поясов, близки к простым основ-
ным системам. Сечения дополнительного пояса аналогичны сече-
ниям арок или сжатых поясов ферм. Балки жесткости имеют та-
кие же сечения, как и балки со сплошной стенкой, элементы ферм
и подвесок повторяют решения, характерные для сечений сквоз-
ный ферм. Узлы, сопряжения элементов и связи в комбинирован-
ных системах решают, как и в простых системах. Однако компо-
новка поперечных сечений комбинированных систем, состоящих из
балок и арок, имеет ряд особенностей.
Гибкая или жесткая затяжка (балка жесткости) может иметь
два основных решения. В первом случае главные несущие конст-
рукции (совместно арка и балка) представляют собой плоские
системы, каждая из которых имеет и балочный и арочный элемен-
ты (рис. 26.8, в, г). На главные несущие комбинированные конст-
рукции опирается проезжая часть. Подвески или стойки в таких
конструкциях объединяют продольные главные балки с арочными
элементами. Подобные решения долгое время были наиболее рас-
пространенными.
Другая конструкция балок жесткости или затяжек представля-
ет собой пространственный ростверк, где продольные элементы
объединяются мощными поперечными балками. Подвески в такой
конструкции крепят к поперечным балкам (рис. 26.8, а, б).
На рис. 26.8, а показано поперечное сечение пролетного строе-
ния в виде жесткой арки с гибкой затяжкой и наклонными подвес-
ками (см. рис. 26.6, а) с размерами, принятыми в проекте моста
через пролив Фемарн (Дания, главный пролет — 284 м). Продоль-
ные балки имеют небольшое сечение и совместно с ортотропной
плитой проезжей части работают как затяжка жестких арок.
В этом сечении есть и еще одна особенность, которую достаточно
часто применяют в современных комбинированных системах в ви-
де совместно работающих арки и балки. Для уменьшения свобод-
ной длины арок, лучшего обеспечения их устойчивости и вовлече-
ния арок в совместную работу обе арки в замковой их части све-
дены вместе так, что плоскости основных систем расположены под
острым углом к плоскости проезжающей части. Такое решение
уменьшает свободную длину арок вдвое.
Достаточно часто в настоящее время создают только один ароч-
ный пояс по оси пролетного строения (см. рис. 26.8, б). В этом
случае взаимодействие арки и пространственной жесткой балки в
виде ростверка происходит через жесткие поперечные балки, к ко-
138
торым и крепятся подвески. Это решение требует особого внима-
ния к вопросам устойчивости гибкой арки из вертикальной плос-
кости. Размеры па рисунке — по данным проекта моста около
г. Зальцбурга в Австрии (пролет 134 м).
Однако наиболее часто применяется решение, при котором каж-
дая вертикальная плоскость главных несущих конструкций содер-
жит и арочный пояс, и балку жесткости. На рис. 26.8, в приведено
современное сечение, достаточно характерное для жестких балок,
поддерживаемых гибкой аркой снизу (см. рис. 26.7, а).
Если в пролетном строении арочный пояс находится под бал-
ками жесткости в крайних пролетах, а в среднем пролете он рас-
положен над проезжей частью, может быть применено решение из
проекта моста через р. Фрейзер в Канаде (см. рис. 26.8, г) с глав-
ным пролетом, равным 366 м.
139
Рис. 26.9. Схема пролетного строения
рамно'балочной системы*
1 — опорная стойка: 2 — дополнительный
подкос; 3 — шарнир
Кроме различных комбинаций
балок и арок, в достаточной сте-
пени распространены пролетные
строения рамно-балочной систе-
мы (рис. 26.9, а, б), которые во
время постройки работают как
балочные, а затем введение в ра-
боту дополнительного наклонно-
го элемента превращает конст-
рукцию в рамную. Такой порядок
монтажа пролетного строения
позволяет легко осуществить ре-
гулирование усилий в главных
балках. Пригружая крайние про-
леты, балке придают выгиб
вверх, а потом фиксируют положение дополнительных подкосов,
которые закрепляют начальный выгиб балки. После этого пригруз
снимают. За счет работы дополнительных подкосов в сечениях
балки создаются напряжения, обратные по знаку тем, которые
возникнут в эксплуатации. Это решение позволило создать рацио-
нальные конструкции пролетных строений. Но при проектирова-
нии таких мостов возникает достаточно серьезная проблема защи-
ты шарниров в узле, объединяющем стойку и дополнительный
подкос от воздействия воды при паводке. Кроме того, приходится
строить широкие промежуточные опоры, закрывающие стойку и
подкос. Рамно-балочная система может быть применена разрезная
(рис. 26.9, б), неразрезная (см. рис. 26.9, а) и консольная с уста-
новкой шарниров в боковых пролетах.
Важной особенностью всех комбинированных систем можно счи-
тать удобство регулирования усилий в них. Это легко осуществля-
ется в рамно-балочной системе. Но не меньшие возможности в
этом отношении имеют и все системы в виде комбинации балоч-
ных и арочных элементов (см. рис. 26.6 и 26.7). В системах, яв-
ляющихся разновидностями гибкой арки с жесткой затяжкой, ре-
гулирование моментов в балке может быть достигнуто эксцентрич-
ным приложением распора арки. Арочный пояс центрируют не на
ось балки, и на ее верх, создавая эксцентриситет приложения рас-
пора, равный части высоты балки жесткости. В результате в се-
чениях балки возникают моменты, противоположные по знаку
эксплуатационным. Это действие можно усилить при необходимос-
ти созданием дополнительного распора. Ещё в большей степени
поддаются регулированию усилий неразрезные пролетные строе-
ния с подпружными участками над промежуточными опорами
(см. рис. 26.7, б).
Сначала монтируют балку, не объединенную с подпружными
арками, затем домкратами, установленными на промежуточных
дополнительных опорах, балку выгибают вверх в крайних и сред-
140
нем пролетах. После этого полученные деформации закрепляют,
объединяя с балкой арочные шпренгели. В результате в сечениях
балки создаются моменты, обратные эксплуатационным.
Регулирование усилий в балках комбинированных систем по-
зволяет обеспечить наивыгоднейшие условия работы сечений и
создавать эффективные конструкции для перекрытия средних и
больших пролетов.
26.5. Основы расчета мостов арочных, рамных
и комбинированных систем
Все комбинированные, рамные и арочные системы, за исклю-
чением трехшарнирных арок, статически неопределимы. Расчет
усилий в их элементах выполняют, пользуясь методами строи-
тельной механики. Обычно при этом используют первые два чле-
на формулы Мора, учитывающие влияние моментов и продольных
сил. Третьим членом формулы Мора можно пренебречь, так как
влияние поперечных сил ничтожно мало.
В трехшарнирной арке распор
(26.1)
где Мб — балочный изгибающий момент (в шарнирно опертой разрезной бал-
ке) в середине пролета от действующей на арку нагрузки; f — стрела арки.
Для сосредоточенного груза Р на расстоянии а от левой опоры
H = Pa/(2f). (26.2)
Наиболее распространены арочные мосты с двухшарнирными
арками. Они однажды статически неопределимы. Принимая за
лишнее неизвестное распор Н (рис. 26.10, а) и учитывая влияние
деформаций от изгибающих моментов и продольных сил, получим
6нн
f ,У0 cos а ,
J ЕА S
о
(26.3>
( cos2 а
ds+ I —7~,— ds
J ЕА
0
где бри — перемещение по направлению неизвестного Н от внешней нагруз-
ки; бии—перемещение от единичного усилия Н=1,0 по его направлению;
Ма, Na — изгибающий момент и продолбная сила в сечениях основной системы
(рис. 26.10, а) от внешней нагрузки, равные соответственно изгибающему момен-
ту в разрезной балке с пролетом I и поперечной силе в той же балке, умножен-
ной на синус угла а; А, I — площадь и момент инерции сечения арки.
Во многих случаях второй член в числителе формулы (26.3),
учитывающий действие продольной силы, мало влияет на распор
Н, и им можно пренебречь.
141
Распор от изменения температуры в двухшарнирной арке
(26.4)
Зная распор, можно определить значения усилий от вертикаль-
ных нагрузок в сечениях двух- и трехшарнирных арок:
Мх - Мцх—Ну, N x = Qox sin а- Н cos а; = Qox cos а — И sin а, (26 5)
где Мх, Nx, Qx — момент, продольная и поперечная силы в сечении арки;
Alox. Qox — балочные изгибающий момент и поперечная силы для разрезной бал-
ки с пролетом /; Н — распор арки; у, а — ордината и угол наклона оси арки в
рассматриваемом сечении к горизонту.
Нормальные напряжения в сечении можно проверить по фор-
муле (25.8).
При совместном действии изгибающего момента и продольной
силы необходимо ать наихудшее загружение временной нагруз-
Рис 26 10 Схемы для расчета арочных и комбинированных мостов
142
кой. При раздельном определении величин М и N учесть наихуд-
шее положение нагрузки сложно. Поэтому в расчетах арочных
мостов удобнее пользоваться линиями влияния ядровых изгибаю-
щих моментов (см. рис. 26.10, а) и загружать их. Напряжения на
краях сечения в этом случае можно определить так:
(7 ц— -Л1н,х1Гв; (26 6)
где .И„, Л1в — расчетные изгибающие моменты относительно нижней и верх-
ней ядровых точек сечення; WB, — моменты сопротивления для верхнего и
нижнего краев сечения.
Проверку устойчивости арки выполняют как в плоскости арки,
так и в поперечном направлении. Свободная длина арки в своей
плоскости
!,./-= л/ Д/8а (26 7)
где I — пролет арки; a=f/l — отношение стрелы арки к пролету; g— таблич-
ный коэффициент, зависящий от системы арки и надарочного строения.
При расчете комбинированных систем важно правильно выбрать
расчетную схему так, чтобы, с одной стороны, в достаточной степе-
ни учесть особенности работы системы, а с другой, не создавать из-
лишних трудностей в расчете, т. е. не учитывать неизвестные, прак-
тически не отражающиеся на результатах. Поэтому, учитывая ма-
лую вертикальную жесткость арочного пояса в системе гибкая ар-
ка с жесткой затяжкой, можно не учитывать действие в арке из-
гибающих моментов и считать, что ее сечения воспринимают толь-
ко продольную силу. Расчетную схему этой системы создают, вре-
зая перерезывающие шарниры во всех узлах сопряжения арки и
подвесок и устанавливая примыкающие к балке шарниры в местах
соединения подвесок и балки (рис. 26.10, б, в). Такая система (см.
рис. 26.10, б) —один раз статически неопределима с неизвестным
распором арки. Распор можно определить как
р МрМг , -.11-
--------dx , ' »
6 £/б
°РН о
Н = -----= —---------------------------, >• (26.8)
о„„ z . 11J
НН С М* N- s I ,
I ----ах — S-----— -------
,1 Е! ЕАа EAS
где МР, М,— изгибающие моменты в сечениях балки жесткости в основной
системе (см рис 26 10,6) от внешней нагрузки, т е. как в разрезной балке, и
вызываемые лишним неизвестным /7=1,0; —продольная сила в элементах ар-
ки от лишнего неизвестного //=1,0; s, I — длина элементов арки и ее пролет;
Ла, Ад —площади сечений арки и балки.
При расположении узлов верхнего пояса по квадратной парабо-
ле и постоянном моменте инерции балки жесткости ординаты ли-
нии влияния распора Н можно определить по формуле проф.
С. А. Ильясевича. Подбор сечений элементов арки ведем по зна-
143
чению продольной силы в них (jV = //cosa). Балка жесткости ра-
ботает одновременно на изгиб и осевое растяжение. Поэтому ее
расчет удобнее, как и при расчете арок арочных мостов, вести,
пользуясь ядровыми моментами (см. рис. 26.10, б).
Ма „ Ну„; Л4Н-МХ,„ Нув (26.9)
Далее подбор сечений выполняют подобно проверкам прочности
сечений арок.
Если в комбинированной системе и балка, и арка имеют соиз-
меримые жесткости, нельзя пренебрегать действием моментов и
поперечных сил в арке. Приближенно можно считать, что изгиба-
ющие моменты, действующие в вертикальном сечении системы,
распределяются между аркой и балкой пропорционально их мо-
ментам инерции (рис. 26.10, г). Тогда с известным приближением
можно подсчитать распор в жесткой арке:
i i
। у2 dx С / dx , dx
/а - /б * Ла cos а
0 0
(26.10)
а изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях арки и
балки
Ма^ —- (Мх,в-Ну)-, Мб= /б (Мх,0-Ну)-,
/а + 'б ' а~Т' б
(26.11)
<2б
^б
/ а I б
(Qx,e—H tg а).
где Ali.o, Qx.o — момент и поперечная сила от нагрузки, приложенной к ком-
бинированной системе, в сечении разрезной балки равного пролета; /а, /б — мо-
менты инерции сечений арки и балки; а — угол наклона в сечении оси арки к го-
ризонту
При определении усилий в рамно-балочной системе важно пом-
нить о многостадийной работе такой конструкции. Сначала опре-
деляют усилия от собственного веса балок в системе, которой со-
ответствует балка. На рис. 26.11—это балочно-консольная систе-
ма с пролетом I. В этой же схеме затем определяют усилия от на-
грузки, приложенной в боковых пролетах, для создания в балке
регулирующих усилия отрицательных моментов. Далее после за-
мыкания дополнительных подкосов система работает как рамная
под действием всех остальных нагрузок. За лишнее неизвестное
144
можно принять распор Н, считая
за основную систему балку с од-
ним отсутствующим подкосом
(с любой стороны).
Как обычно,
Н~ (26.12)
где дрн — перемещение по направ-
лению неизвестного от внешней на-
грузки; днн — перемещение от единич-
ного усилия Н=1,0 по его направ-
лению.
Перемещение Ьнн можно по-
лучить обычными методами
строительной механики по эпюре Мн (см. рис. 26.11):
Рис. 26.11. Схемы для расчета рам-
но-балочных систем
Мн
Е1
Ь'н
dx+S-—s
ЕА
(26 13)
Получив линию влияния Н, с ее помощью строят линии влияния
усилий в балке (см. рис. 26.11). Все усилия, полученные по от-
дельным стадиям, нужно суммировать и по суммарным усилиям
подобрать сечения элементов системы.
Контрольные вопросы
1. Какие основные системы существуют в арочных мостах?
2. Какие сечения стальных арок применяют в арочных мостах?
3. Каковы основные условия рациональности применения мостов распорных
систем: арочных или рамных?
4. Из каких простых систем чаще всего образуют комбинированную систему?
5. Сколько раз неопределяемая расчетная схема комбинированной системы,
состоящей из гибкой арки и жесткой балки?
Глава 27
ВАНТОВЫЕ И ВИСЯЧИЕ МОСТЫ
27.1, Системы вантовых и висячих мостов
Для перекрытия пролетов более 300—400 м основными систе-
мами мостов становятся вантовые и висячие.
Вантовые и висячие мосты часто объединяют в одну группу
мостовых систем, основываясь на том, что в обеих системах су-
щественную роль играют элементы из проволочных канатов. Од-
нако если рассмотреть эти системы с точки зрения выделения ос-
новной несущей конструкции, их можно разделить на три системы,
145
каждая из которых имеет серьез-
ные отличительные особенности:
вантовые мосты с балкой жест-
кости, поддерживаемой вантами
(рис. 27.1, а); вантовые фермы
(рис. 27,1, б) и висячие мосты
(рис. 27.1, в). В вантовых про-
летных строениях с балкой жест-
кости, поддерживаемой прямоли-
нейными вантами, основой систе-
мы является балка жесткости, а
ванты служат как бы дополни-
_ _ тельными упругими опорами для
Рис. 27.1. Основные виды вантовых „
и висячих мостов: ее’
1 — вант, 2 — пилон; 3— балка жесткости; В пролетных строениях с ван-
кГбе°л7яжка’ 5~подвеска- 6 ~ главный товыми фермами (см. рис. 27.1, б) .
составленными только из растя-
нутых прямолинейных элементов,
главной несущей конструкцией служит вантовая ферма, поддержи-
вающая балку жесткости по всей длине пролета через подвески.
В висячих мостах с криволинейным главным кабелем (см. рис.
27.1, в) вся нагрузка передается на главный кабель, который и
является основой системы. Такое деление несколько условно, так
как во всех трех системах в современных мостах и балках жест-
кости, и растянутые элементы, выполненные из канатов, работа-
ют совместно и жесткость балки в заметной степени влияет на
усилия в вантах или главном кабеле. Во всех вантовых и висячих
мостах элементы из проволочных канатов (ванты или кабель)
закрепляются в грунте или на балке жесткости, переходят через
пилоны и поддерживают балку жесткости в главном пролете не-
посредственно или через подвески.
Вантовые мосты с балкой жесткости, поддерживаемой прямоли-
нейными вантами, в последнее время широко применяются для
пролетов от 150—200 м до 400—500 м. Считается, что в перспекти-
ве вантовые мосты с балками жесткости окажутся рациональными
для пролетов даже до 1000—1500 м. Соотношение главного и бо-
кового пролета I : Ц в этой системе обычно принимают в пределах
1:1 до 5 : 1, чаще всего от 2 : 1 до 4 : 1. Высоту пилонов от балки
жесткости Н назначают чаще всего от !/б до '/з главного пролета,
а высоту балки жесткости h—чаще всего от '/so До '/во, а в отдель-
ных случаях до '/юо—'/120-
Мосты с вантовыми фермами применяют гораздо реже из-за их
относительной конструктивной сложности. Обычно вантовыми фер-
мами перекрывали пролеты 100—200 м, стрела фермы f в сущест-
вующих мостах составляет '/6—'/в пролета, а высота балок жест-
кости 725—'/з5-
146
Для самых больших пролетов от 350—400 до 1500—2000 м ис-
пользуют висячие мосты с главным несущим кабелем. Самый боль-
шой пролет 1410 м в настоящее время имеет мост через залив
Хамбер в Англии. Но проектируют в настоящее время мосты Ака-
ев в Японии с пролетом 1990 м и через Мессинский пролив с уни-
кальным пролетом 3300 м. Считают, что наибольшие пролеты ви-
сячих мостов с применением современных сталей могут достигнуть
3500—4000 м. Использование новых материалов (фиброуглеродные
композитные пластики, имеющие относительно малую плотность и
высокую прочность) для изготовления кабелей и балок жесткости
позволит довести пролеты висячих мостов до 8—9 км. Проект по-
добного моста через Гибралтарский пролив сейчас рассматрива-
ется.
Стрелу главного кабеля в висячих мостах обычно назначают в
пределах 7в—712 пролета, высота пилонов чаще всего составляет
7з—'li пролета, а высоту балки жесткости в старых мостах при-
нимали от 7so ДО 7во пролета, а в современных — от 7юо до 7зоо-
Необходимо отметить, что балка жесткости с высотой, меньше 7юо
пролета, практически не влияет на работу главного кабеля.
Вантовые мосты с неразрезной балкой жесткости могут иметь
симметричную (рис. 27.2, а) и несимметричную (рис. 27.2, б) схе-
му. По расположению вантов можно разделить вантовые мосты
на радиально-вантовые (см. рис. 27.2, а, г), когда все ванты схо-
дятся на вершине пилона, веерные (см. рис. 27.2, б), когда ванты от
пилона идут симметрично в обе стороны, переходя через пилон на
относительно небольшом участке высоты, и с параллельными ван-
тами (рис. 27.2, в). Радиально-вантовая система имеет более слож-
ную конструкцию опирания вантов на пилон из-за их большой кон-
Рис 27.2. Схемы мостов с балкой жес:кости, поддерживаемой вантами
147
центрации на его вершине. По количеству вантов можно разде-
лить вантовые мосты на мосты с несколькими вантами (см.
рис. 27.2, а, б, в), когда ванты поддерживают балку жесткости в
отдельных точках в главном пролете, и многовантовую систему
(см. рис. 27.2, г), где на большей части пролета балка жесткости
поддерживается очень часто расположенными вантами.
Также можно выделить вантовые мосты с вертикальным пило-
ном (см. рис. 27.2, а, б, в, г) и с наклонным пилоном (рис. 27.2, д,
е). В последнем случае пилон может быть наклонен как в сторону
берегового пролета (см. рис. 27.2, д), когда разгружается оттяжка
и ее закрепление в грунте, и в сторону главного пролета (см.
рис. 27.2, е). В этом случае несколько уменьшается главный про-
лет, обеспечивается меньшая длина и лучшая работа вантов. На-
клонные пилоны применяют редко, в основном исходя из местных
условий.
Вантовые мосты имеют балку жесткости постоянной высоты,
что облегчает ее изготовление, а наличие вантов позволяет легко
организовать навесной монтаж. При пролетах от 120—150 м ван-
товые мосты имеют обычно меньший расход стали, чем балочные
стальные или сталежелезобетонные. Балка жесткости вантовых
мостов чаще всего делается сплошностенчатой, но возможно при-
менение балочных ферм в виде балок жесткости вантовых мостов.
Висячие мосты могут быть разделены на мосты с цепью и с ка-
белем из стальных проволок. Примером цепного висячего моста
может служить Крымский мост в Москве. В настоящее время цеп-
ные мосты не строят и делают главные кабели висячих мостов из
проволочных канатов заводского изготовления или из параллель-
ных проволок. Обычно висячий мост имеет главную несущую кон-
конструкцию— кабель, балку жесткости, пилоны
(рис. 27.3, а).
Кабель закрепляют с помощью оттяжки в грунте, и он поддер-
живает балку жесткости в пролете через подвески. Кабель обла-
дает малой вертикальной жесткостью, так как при движении вре-
менной нагрузки по мосту он меняет свою форму. Наибольшие де-
формации получают висячие мосты при загружении временной на-
грузкой половины пролета. В этом случае кабель перетягивается в
загруженную часть пролета, а балка жесткости получает большой
прогиб вниз под нагрузкой и выгиб вверх в незагруженной части
пролета из-за перетяжки кабеля. Двухволновой (S-образный) из-
гиб балки жесткости является существенным недостатком висячих
мостов. Поэтому всегда принимали меры повышения жесткости ви-
сячих пролетных строений.
Одной из возможных мер увеличения жесткости висячего моста
служит устройство мощной балки жесткости в виде высокой фер-
мы. Но при очень больших пролетах современных висячих мостов
конструкции таких балок становятся слишком сложными. Поэтому
начиная с конца прошлого века предпринимают различные конст-
И8
руктивные меры ограничения S-образного изгиба из-за перетяги-
вания кабеля в'загруженную часть пролета. В Бруклинском мосту
в Нью-Йорке были успешно применены, кроме кабеля, ванты, под-
держивающие крайние участки балки жесткости (рис. 27.3, б).
В отдельных мостах было использовано другое решение, когда
наклонные ванты закрепляли у основания пилона и удерживали
кабель от смещения (рис. 27.3, в). Интересно решение с закреп-
лением кабеля в середине пролета балки жесткости (рис. 27.3, г),
при котором балка жесткости ограничивает перемещение кабеля
вдоль пролета. Жесткость системы заметно повышается, уменьша-
ются изгибающие моменты в балке жесткости, но и передается на
нее продольное усилие.
В СССР канд. техн, наук С. А. Цаплин предложил двухцепную
систему (рис. 27.3, д), в которой имеются два главных кабеля, со-
ответствующих по очертанию загружению каждого из полупроле-
гов. Эта система оказалась достаточно жесткой, ио в ней более
сложная конструкция кабелей и подвесок. Кроме того, она имеет
не очень хороший внешний вид. В проектировании крупных мостов
эта система не нашла применения.
Можно считать перспективной систему висячих мостов с наклон-
ными подвесками, образующими треугольную решетку (рис. 27.3, е).
Она повышает жесткость моста и настолько уменьшает изгибаю-
149
Рис 27.4. Схемы пилонов и расположения вант в поперечном сечении моста:
1 --пилон, 2 — плоскость расположения вант; 3 — балка жесткости
щие моменты в балке жесткости, что высота балки жесткости в
осуществленных мостах была доведена до ’/зоо пролета.
Большинство современных висячих мостов имеет неразрезную
балку жесткости (рис. 27.3, ж, з). При этом распор может быть пе-
редан на грунт — внешне распорная система (рис. 27.3, а—ж) или
на балку жесткости — внешне безраспорная система (рис. 27.3, з).
Мосты с полностью воспринятым распором требуют больших за-
трат металла на балку жесткости и поэтому применяются реже.
Пилоны висячих мостов и общая компоновка поперечного сече-
ния моста имеют несколько характерных схем. Используют в попе-
речном виде моста одностоечные пилоны (рис. 27.4, а). В этом слу-
чае ванты или подвески висячего моста поддерживают балку жест-
кости в срединной плоскости. Распределение усилии поперек мос-
та осуществляется через мощные поперечные балки, к которым и
крепят ванты или подвески. Чаще применяют П-образные пилоны
(рис. 27.4, б). При такой конструкции пилонов обычно устраивают
две плоскости вантов или два кабеля в висячих мостах, а ванты или
подвески крепят к продольным балкам жесткости, на которые опи-
рается конструкция проезжей части.
Достаточно часто из архитектурных соображений устраивают
А-образные пилоны (рис. 27.4, в, г). Ширина пилона в уровне вер-
ха промежуточной опоры при этой конструкции становится очень
, большой (см. рис. 27.4, в). Иногда для стоек пилона даже делают
раздельные опоры. Поэтому в отдельных случаях А-образные пи-
лоны выполняют с переломом стоек в уровне низа балок жесткос-
ти (см. рис. 27.4, г), что позволяет значительно уменьшить разме-
ры опор, но усложняет конструкцию пилона. А-образные пилоны
обладают высокой поперечной жесткостью. Ванты или главные ка-
бели в случае применения А-образных пилонов располагают в двух
наклонных плоскостях (см. рис. 27.4, в) или в одной плоскости
(см. рис. 27.4, г).
Наклонные ванты или главный кабель увеличивают попереч-
ную жесткость пролетного строения. Размещение их в одной плос-
150
кости создает хороший архитектурный вид моста, но ухудшает ус-
ловия работы балки жесткости на кручение. Поэтому, если выби-
рают схему моста с одной плоскостью вантов, применяют обычно
коробчатые сечения балок жесткости, хорошо воспринимающие
кручение. В очень широких мостах возможно применение двух вер-
тикальных раздельных пилонов в поперечном сечении (рис. 27.4, д).
Такое решение улучшает вид моста, но работа пилонов в этом слу-
чае осложняется.
27.2. Особенности конструкции вантовых и висячих мостов
Конструктивно вантовые и висячие мосты имеют много общего.
Балки жесткости их сплошностенчатые или выполнены в виде ферм.
Почти всегда балки жесткости имеют на всей длине пролета по-
стоянную высоту. Обычно они состоят из двух или нескольких про-
дольных балок двутаврового сечения при небольших для висячих
мостов пролетах. При больших пролетах устраивают коробчатые
балки жесткости или фермы. Конструкции как сплошностенчатых
балок, так и ферм вантовых и висячих мостов полностью аналогич-
ны конструкциям балочных мостов.
В зависимости от размещения вантов или главного кабеля в по-
перечном сечении балки жесткости можно разделить на две груп-
пы: с передачей усилий от вантов или кабеля на жесткие попереч-
ные балки и опиранием на них системы продольных бало
(рнс. 27.5, б, в) и с закреплением вантов и подвесок висячих мос-
тов на продольных балках и опиранием на них несущих конструк-
ций проезжей части (рис. 27.5, а). Жесткие поперечные балки в
мостах больших пролетов делают сквозной конструкции (см.
рис. 27.5, б). При небольшой высоте главных балок возможно уст-
ройство сплошностенчатых поперечных балок, воспринимающих
усилия вантов.
Крепление вантов к балкам жесткости выполняют, разделяя
ванты на отдельные канаты и закрепляя их на траверсах
(рис. 27.5, г) или выступах, прикрепленных к балкам.
Подвески висячих мостов делают из проволочных канатов или
круглого проката. Опирание их на главный кабель и крепеж к
балке жесткости может быть выполнен с помощью стяжных хому-
тов (рис. 27.5, д), к фасонкам которых их прикрепляют шарнирно
(рис. 27.5, е).
Сечения кабелей висячих мостов или вантов часто делают из
проволочных канатов заводского изготовления. Последовательные
слои каждого каната (рис. 27.6, а) спирально скручены, причем
каждый слой закручивают в противоположном предыдущему слою
направлении. Из таких простых канатов могут быть созданы мно-
гопрядные канаты (рис. 27.6, б), в которых шесть или более прос-
тых спиральных канатов свивают вокруг центрального. Обычно
151
применяют крестовую свивку, при которой и проволоку в каждом
канате, и сами канаты навивают в противоположные стороны.
В висячих мостах небольших пролетов и в вантах часто кана-
ты располагают раздельно (рис. 27.6, г), группируя их по несколь-
ко штук в пакеты простой формы, вытянутые или по ширине
(рис. 27.6, д), или вертикально (рис. 27.6, е). Крученые канаты
имеют очень большую поверхность проволок, подвергающуюся ат-
мосферным воздействиям. Поэтому применение такой конструкции
вантов или кабелей требует хорошей защиты их от коррозии. Луч-
ше всего изготовлять подобные канаты из оцинкованных проволок.
Также полезно заполнять все промежутки в канатах защитными
смазками. В последнее время часто используют защитные поли-
мерные оболочки с различными заполнениями для защиты вантов
и кабелей от коррозии и обеспечения их повышенной долговечности.
Также с целью повышения коррозионной стойкости применяют
более дорогие плотные или закрытые канаты (рис. 27.6, в). Сред-
Рис. 27.5. Поперечные сечения балок жесткости и узлы вантовых и висячих мо-
стов
/—ось ванта: 2 — канат ванта; 3 — траверса; 4 — анкерный стакан ванта; 5 — балка жест-
кости; 6 — упорная труба; 7— опорное кольцо; 8 — кабель; 9— подвеска; 10— стяжной хо-
мут; 11— болтовой шарнир; 12 — фасонка
152
Рис. 27.6. Детали конструкции вантовых и висячих мостов'
'--круглые проволоки; 2—проволоки клиновидного сечения: 3- 1роволокн фасонного сече-
ния; 4 — диафрагма; 5 — лаз; 6 - оттяжка: 7 — опорная часть для перегиба кабеля; 5 —
стальная траверса; 9 --смотровая камера; 10 —анкерный стакан; // — массив устоя
нюю часть такого каната набирают из проволок круглого сечения,
затем в средней части устраивают несколько слоев из проволок
клиновидного сечения, а наружный слой делают из фасонных про-
волок. При растяжении спиральные фасонные проволоки плотно
прижимаются друг к другу, надежно защищая канат от проника-
ния влаги внутрь. Для изготовления канатов применяют термоуп-
рочненную проволоку из высокопрочных сталей. Большим недос-
татком крученых канатов является его повышенная деформатив-
ность, так как при работе канатов спирали стремятся распря-
миться.
В висячих мостах больших пролетов чаще всего применяют ка-
бели, образованные из параллельных проволок, которые создают
прядением непосредственно в пролете с помощью специальных ме-
ханизмов. Сечения кабелей большепролетных висячих мостов до-
стигают 1 м в диаметре.
Пилоны вантовых и висячих мостов могут быть выполнены из
железобетона, но чаще всего, особенно при перекрытии больших
пролетов, их делают из стали. Высота пилонов достигает 200 м, и
в них действуют большие сжимающие силы. Поэтому очень важно
придать сечению форму, обеспечивающую устойчивость его конст-
рукций. Такими свойствами обладают коробчатые сечения. Для не-
больших пролетов возможно коробчатое сечение с одной ячейкой
(рис. 27.6, ж). Вертикальные листы укрепляют продольными ребра-
153
ми и устраивают поперечные диафрагмы. В диафрагмах оставляют
отверстия для осмотра и окраски конструкции во время эксплуа-
тации. В мостах больших пролетов сечение пилонов приходится
развивать поперек и вдоль моста (рис. 27.6, з). Сечение делают
многоячеистым, увеличивая размеры в плане вдоль моста больше,
чем поперек, так как в поперечном направлении стойки пилона
обычно связаны между собой, а это уменьшает их свободную
длину.
Стойки пилонов могут быть оперты на опоры шарнирно или
жестко защемлены в них. В последнем случае стойки работают не
только на продольное сжатие, но и на поперечный изгиб.
Оттяжки распорных вантовых и висячих мостов закрепляют в
массивных бетонных или железобетонных устоях, практически пол-
ностью находящихся в грунте. Вес устоя должен соответствовать
вертикальной составляющей усилия в оттяжке и гарантировать ус-
тойчивость устоя против опрокидывания и скольжения при самых
неблагоприятных сочетаниях расчетных усилий (рис. 27.6, и).
Обычно канаты перегибают у входа в устой и разделяют на от-
дельные части, закрепляя их на траверсе, установленной в устое.
Для эксплуатации в устое делают смотровые колодцы и камеры.
В скальных грунтах подобная конструкция упрощается, так как
траверсу можно закрепить непосредственно в скале, где и выру-
бают штольни и камеры для прохождения оттяжки к траверсе и
эксплуатации.
27.3. Основы расчета вантовых и висячих мостов
Вантовые мосты рассчитывают исходя из предположения, что
все ванты имеют достаточный запас растяжения и они не выклю-
чаются из работы в местах выгибов балки жесткости вверх при
прохождении временной нагрузки. Такой запас может быть создан
постоянной нагрузкой при определенном порядке монтажа или
предварительным натяжением вантов. Рассчитывают их, как стерж-
невые системы. Удобнее всего образовывать основную систему
вантовых пролетных строений, вводя перерезывающие шарниры в
местах прикрепления вантов к балке жесткости, что заметно упро-
щает расчет (рис. 27.7, а).
Вантовые пролетные строения имеют обычно высокую стати-
ческую неопределимость. Например, в достаточно простой схеме на
рис. 27.7, а 13 лишних неизвестных. Поэтому расчет ведут с при-
менением ЭВМ. До расчета необходимо задаться жесткостями ван-
тов и балки жесткости, а по результатам расчета уточняют их.
При большом количестве вантов бывает трудно сразу достаточно
точно определить площади вантов и балки жесткости и ее момент
инерции, и расчет может потребовать нескольких приближений.
Для систем с двумя—четырьмя вантами, подходящими с каждой
154
стороны к пилону, можно воспользоваться формулой, предложен-
ной проф. В. К. Качуриным, для предварительного определения
усилий в вантах основного пролета и балке жесткости
д7 1.50 U+д) (1-1,061)/
Л7/ =-------------;------------
п sin а
Mmax = a (g + g) I2,
(27.1)
где g — интенсивность расчетной постоянной нагрузки; р — расчетная распре-
деленная (эквивалентная) временная нагрузка при загружении всего главного
пролета; / — длина основного пролета; 1 — относительное расстояние от пилона,
к которому прикреплен рассчитываемый вант, до точки закрепления его иа бал-
ке жесткости, т. е горизонтальная проекция ванта, деленная на пролет; п — число
вантов, поддерживающих балку в основном пролете; а — угол наклона рассчиты-
ваемого ванта к оси балки; а — коэффициент, равный 0,007 при двух вантах и
0,006 при трех — четырех в основном пролете со стороны одного пилона.
Усилия в вантах боковых пролетов, за исключением оттяжек,
можно принять равными усилиям в симметричных им вантах глав-
ного пролета. Усилие в оттяжке можно определить из условия пе-
редачи на нее всех горизонтальных составляющих усилий вантов
основного пролета, связанных с ней на пилоне. Продольные усилия
в балке жесткости определяют из значений усилий во всех вантах.
Примеры линий влияния усилия в ванте (рис. 27.7, б) и момен-
та в балке жесткости (рис. 27.7, в) даны на рис. 27.7 для схемы,
показанной на рис. 27.7, а.
Проверки сечений балки жесткости выполняют так же, как в
балочных мостах (см. главы 23 и 24).
Висячие мосты при проходе временной нагрузки получают боль-
шие деформации и изменяют свою геометрическую схему. Поэтому
155
л в Mz
Рис 27.8. Схемы для
висячих мостов
расчета
желательно вести расчет с учетом таких деформаций. Расчет мо-
жет быть выполнен на ЭВМ с использованием известных числен-
ных методов строительной механики или с применением таблиц,
составленных проф. И. С. Дуровым. В первом приближении для
предварительного определения сечений элементов моста можно
рассчитывать систему без учета изменения основных размеров,
вызванного ее деформациями.
На рис. 27.8, а показан однопролетный распорный висячий
мост. За лишнее неизвестное удобно принять горизонтальную сос-
тавляющую Н (распор), разрезая кабель в середине моста
(рис. 27.8, б).
Распор получим из известного выражения
— ^рц/^нн-
Перемещение в месте разреза кабеля от единичных усилий
i
fM2 N2
--- !—-s, (27.2)
El Е 4
о
где Л41 — моменты в балке жесткости от Н~\, Е, /—модуль упругости и
момент инерции балки жесткости; £', A, s — модуль упругости, площади сечеиия
и длины кабеля, оттяжек и подвесок.
156
Построив линию влияния Н, можем получить усилия в кабеле,
оттяжке и балке жесткости:
;VK = ///cosa: Ло —///cos a0; Л1б = Л10 — Ну; Q^ = Q(—Htg,a, (27 3)
где а, а0 — углы наклона к горизонту участков кабеля и оттяжки
Вантовые и висячие мосты больших пролетов испытывают силь-
ные воздействия ветрового потока. За историю мостостроения бо-
лее 10 висячих мостов были разрушены ветром. Поэтому в настоя-
щее время, кроме расчетов на постоянные и временные вертикаль-
ные от действия транспорта нагрузки, большие мосты проверяют
на действие аэродинамических сил, которое в ряде случаев застав-
ляет вносить существенные изменения в конструкции моста, а
иногда определяет вид поперечного сечения балки жесткости. Один
из крупнейших висячих мостов — мост через р. Северн в Англии
имеет коробчатое сечение балки жесткости, отдаленно напоминаю-
щее крыло самолета, хорошо обтекаемое ветром, скорость которо-
го в этом месте достигает больших значений. Конструкция ванто-
вого моста в г. Киеве получила отдельные уточнения, вызванные
аэродинамическим действием ветра.
Контрольные вопросы
1. Для перекрытия каких пролетов обычно применяют вантовые мосты?
2 Какова конструкция кабеля висячих мостов больших пролетов’
3. Необходим ли учет аэродинамических воздействий при расчете висячих
мостов?
РАЗДЕЛ 6
ОПОРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
МОСТОВ
Глава 28
КОНСТРУКЦИЯ ОПОР
28.1. Виды опор
Опоры мостов и путепроводов предназначены для поддержания
пролетных строений на определенной высоте и передачи постоян-
ных и временных нагрузок на основание. В соответствии с место-
положением по длине моста различают опоры береговые (устои) и
промежуточные. Назначение береговых опор — поддерживать опи-
рающиеся на них пролетные строения, удерживать прилегающие к
опорам участки насыпей, участвовать в обеспечении плавного про-
езда с податливой насыпи подходов на жесткую конструкцию мос-
та. Стоимость опор (с фундаментами) составляет 25—50% стои-
мости моста, а трудовые затраты на возведение опор могут дости-
гать 60—70% полных трудовых затрат.
Опоры путепроводов, помимо условий прочности долговечнос-
ти, должны отвечать требованиям обеспечения видимости и пассив-
ной безопасности при наезде транспорта.
Основным материалом для опор мостов и путепроводов являет-
ся железобетон, несколько реже применяют бетон и бутобетон, в
отдельных случаях для опор эстакад и путепроводов используют
металл. Опоры из бетона и бутобетона относятся к массивному ти-
пу. Опоры из железобетона, как правило, выполняют тонкостенны-
ми. Для опор мостов используют тяжелые бетоны класса по проч-
ности на сжатие не ниже В20 с соответствующими требованиями по
морозостойкости и водонепроницаемости.
По способу строительства опоры могут быть: монолитные,
изготавливаемые полностью на месте; сборные, монтируемые из
заранее изготовленных элементов; с б о р н о-м о н о л и т н ы е, вы-
полняемые частично из сборных элементов, частично из монолит-
ного бетона или железобетона.
Высота опор определяется назначением мостового сооружения,
условиями местности и типом фундамента. На судоходных реках
высота опор зависит от размера по высоте подмостового габарита,
158
отсчитываемого от расчетного судоходного уровня. На несудоход-
ных реках высота опор определяется наименьшим возвышением ни-
за пролетных строений или верха опоры над уровнем высоких вод
(рис. 28.1, а), при определении которого учтено влияние подпора и
высоты волны. На реках с ледоходом верх подферменников дол-
жен возвышаться над уровнем высокого ледохода (УВЛ) не менее
чем на 500 мм. Высоту опор путепроводов назначают в соответст-
вии с габаритом приближения конструкций. При наличии город-
ского электротранспорта высотный размер габарита приближения
может быть увеличен для обеспечения креплений токопроводящих
частей. В горной местности опоры виадуков через ущелья должны
обеспечить проектный продольный профиль цороги.
Размеры опор поверху зависят от размеров пролетных строе-
ний, количества и конструкции опорных частей, размещаемых на
подферменных площадках (см. рис. 28.1, а, б). Для правильного
распределения нагрузки от опорных частей подферменные плиты
(оголовки опор) сильно армируют. Ширина и длина оголовков
должны обеспечивать размещение подферменных площадок с за-
пасами в каждую сторону 154-50 см в зависимости от разме-
ров пролетов и типов опорных частей. Для мостов с малыми про-
летами ширина оголовков опор равна 0,6—0,9 м, для большепро-
летных мостов с массивными опорами ширина оголовков может
достигать 2—3 м и более. Для предотвращения застаивания воды
у опорных частей подферменные площадки выполняют с уклоном
1 : 10. Чтобы уменьшить потеки воды по телу опоры, оголовки вы-
полняют с карнизами, свес которых должен быть не менее 10 см, а
по нижним граням устраивают канавку-капельник (слезник).
Рис 28 1 Основные элементы опор:
/—пролетные строения, 2 — опорные части, 3 — подферменники;
тело опоры 6 — обрез фундамента. 7 — подферменная площадка
ff)
4— оголовок опоры, 5 —
т
г
159
На суходолах монолитные опоры могут быть выполнены с пря-
моугольным поперечным сечением (рис. 28.1, в). На реках и во-
доемах с ледоходом поперечные сечения опор выполняют обтекае-
мой формы с радиусами закруглений 0,75 м и более. Для узких
опор и опор с ледорезами радиус закруглений может быть умень-
шен до 0,3 м. При плохообтекаемых элементах опор происходят
большие завихрения водного потока и, как следствие, размывы дна
реки возле опор.
Боковые грани монолитных опор наиболее часто выполняют с
уклоном 30 : 1—40 : 1. На реках с мощным ледоходом такие опоры
возводят с ледорезами (рис. 28.2, а). Ледорезы значительно увели-
чивают объем тела опор и фундаментов, значительно удорожают
строительство. Опыт эксплуатации показал, что во многих случа-
ях верховые ребра опор можно выполнить с уклоном 10: 1—8 : 1
или вертикальными. Такие опоры называют — опоры с водорезами
(рис. 28.2, б).
Так как размеры бетонных и бутобетонных опор в большинстве
случаев назначают по конструктивным соображениям, прочность
Рис. 28.2. Промежуточные опоры балочных мостов:
о —с ледорезом; б — с водорезом: в—массивная с раздельными столбами выше уровня
воды; г — массивная с раздельными столбами, тонкой перемычкой между ними и ригелем;
д — с железобетонными столбами, бесплнтным фундаментом и ригелем; ? —одностоечная
опора; ж — опора-стенка; з — свайная опора
160
их кладки полностью не используется. С целью экономии материа-
ла тело опор выполняют меньших размеров с двухконсольными
железобетонными оголовками (см. рис. 28.2, б), устанавливают
столбы выше уровня высоких вод (рис. 28.2, в) или столбы с тон-
кой перемычкой между ними и ригелем (рис. 28.2, г). Столбчатые
конструкции опор без ригелей (см. рис. 28.2, в) целесообразны для
многопролетных мостов с двумя главными балками (фермами).
Такие опоры позволяют свободно двигаться вдоль моста специаль-
ной смотровой тележке, чем существенно облегчается осмотр и ре-
монт труднодоступных элементов пролетных строений.
При нормальных грунтовых условиях и наличии у строительной
организации соответствующих механизмов опоры мостов, путепро-
водов, эстакад выполняют без фундаментов в виде нескольких
столбов, объединенных поверху сборными железобетонными риге-
лями (рис. 28.2, д). Для столбов используют железобетонные обо-
лочки, частично заполненные бетоном.
В городских условиях и для путепроводов при пролетах до 30—
35 м применяют одностолбчатые опоры (рис. 28.2, е). За счет по-
ворота оси ригеля относительно оси фундамента такие опоры поз-
воляют выполнить прямые (в плане) пролетные строения даже при
косом пересечении дороги или реки.
Для пролетов до 18—21 м на реках со слабым ледоходом и при
отсутствии косоструйности потока применяют опоры-стенки, кото-
i рые монтируют из сборных железобетонных вертикально постав-
ленных плит, объединенных поверху сборной насадкой (рис.28.2,ж).
Для путепроводов и эстакад часто применяют многостоечные
опоры из сборных элементов (см. рис. 4.2).
На реках с толщиной льда до 0,3 м и суходолах для мостов с
пролетами до 21 м широко применяют свайные опоры (рис.28.2, з).
Опоры этого типа выполняют из призматических или полых круг-
лых свай, объединенных поверху сборными железобетонными на-
садками. По фасаду моста опоры могут быть одно- и двухряд-
ными.
При насыпях высотой до 7—8 м устои балочных мостов рань-
ше выполняли массивными с дренажом в грунте заустойного прост-
ранства, ограниченного передней и обратными стенками
(рис. 28.3, а). Наличие стенок существенно ограничивает попереч-
ные деформации уплотненного грунта в заустойном пространстве.
Поэтому если в период эксплуатации в местах сопряжения моста с
насыпью и образуются небольшие просадки, то они быстро стаби-
лизируются и исправляются, обеспечивая на десятки лет плав-
ность проезда.
Очень редко обратные стенки разворачивают под углом к оси
дороги в виде откосных крыльев, делают их переменной высоты, и
они служат подпорными стенками для поддержания откосов на-
сыпи.
6 Зак. 578
161
Уменьшение объема кладки достигают в массивных обсыпных
устоях с обратными крыльями (рис. 28.3, б), которые заходят в
откосы насыпи. Передняя стенка обсыпного устоя полностью или
частично засыпана лобовым откосом насыпи. В таких условиях не-
обходимо предусматривать специальные переходные плиты, обес-
печивающие сопряжение проезжей части насыпи с мостовым по-
лотном. Недостатком обсыпных устоев является то, что откосы на-
сыпи оползают, насыпь проседает в заустойном пространстве, что
вызывает необходимость непрерывного ухода за конструкцией со- ,
пряжения ее с мостом. '
Наиболее экономичны по строительной стоимости обсыпные
устои из свай, объединенные поверху сборными насадками, к ко-
торым прикреплены шкафные стенки и обратные крылья. При вы-
соте насыпи до 3 м применяют устои с однорядными вертикальны-
ми сваями.
При высоте насыпей подходов до 10 м и пролетах до 33 м вы- ,
полняют обсыпные устои козлового типа (рис. 28.3, в) из верти- j
кальных и наклонных свай. Вместо свай могут быть стойки, опи- (
рающиеся на фундамент (см. рис. 4.2, г).
Опоры рамно-консольных и рамно-подвесных мостов выполняют
из железобетона в виде массивных или тонкостенных элементов
(рис. 28.4, а, б). Для восприятия больших изгибающих моментов '
такие опоры часто делают предварительно напряженными.
Опоры рамочных мостов чаще всего выполняют монолитными
из бетона или бутобетона. При арках одинакового пролета их пя- (
ты располагают на одном уровне (рис. 28.4, в). Если к опоре при-
мыкают арки разных по размеру пролетов, то для выравнивания
Рис 28 3 Устои балочных мостов
о —с обратными стенками, б — с обратными крыльями, в — свайный козлового типа, / —
обратная стенка, 2 — шкафная стенка 3 — подферменннк, 4 — подферменная площадка,
передняя стенка, 6 — обратное крыло, 7 — насадка, 8 — сваи
(62
Рис 28 4 Опоры мостов
а, б — рамно консольных, в, г — арочных
изгибающих моментов в сечениях по обрезу и подошве фундамен-
та пяты арок располагают на разных уровнях (рис. 28.4, г):
//j == Н г h2 —
Такой прием носит название «уравновешивание распоров».
Конструкции мостов, путепроводов, эстакад и их элементы, в
том числе и опоры, должны гармонировать с ландшафтом местнос-
ти. В условиях повышенного эстетического восприятия (архитек-
турные ансамбли, национальные парки, зоны отдыха и др.) к про-
ектированию мостов наряду с инженерами привлекают архитекто-
ров и скульпторов, которые используют опоры и другие элементы
мостовых сооружений для соответствующего оформления.
28.2. Конструкции свайных опор
Стремление обеспечить быстрое и качественное строительство
малых и средних мостов с наименьшими затратами привело к не-
обходимости разработать такие конструкции опор, которые могла
бы возводить бригада рабочих практически в любое время года.
6* 163
Анализ разнообразных типов опор показал, что для наиболее
распространенных грунтов в условиях равнинной и слабопересе-
ченной местности с малыми реками и суходолами, у которых подъ-
ем паводковых вод находится в пределах 2—4 м при высоте насы-
пей подходов до 4—6 м, наиболее рациональны свайные опоры.
Свайные опоры обладают рядом достоинств: мало конструктив-
ных элементов (сваи, насадки), изготовление их хорошо освоено
на заводах, перевозка элементов к месту строительства возможна
различными видами транспорта, для строительства нужны широко
распространенные краны и обычное сваебойное оборудование, ко-
личество раствора для омоноличивания стыков не превышает
1—2% объема сборного железобетона и др.
Для малых мостов с пролетами 6 и 9 м на местных дорогах (не
выше II категории) широко применяют плитные мосты на свайных
опорах (рис. 28.5). Береговые и промежуточные опоры — свайные,
однорядные с монолитными или сборными насадками. Верхним
граням насадок придают поперечный уклон 2%. Наибольшая вы-
сота береговых опор — 3,0 м, промежуточных — 5,5 м от линии со-
средоточенного размыва.
Конструкция насадок свайных опор допускает применение тро-
туаров различных типов: пониженный с высоким бордюром, П-об-
разные повышенные и др. Пониженные тротуарные блоки с высо-
ким бордюром опирают на плиты пролетных строений и на подтро-
164
Рис. 28.6. Промежуточные н береговые свайные опоры:
а, б, г н д — промежуточные опоры н устон на призматических сваях 35X35 см; в и про-
межуточная опора н устой с полыми круглыми сваями диаметром 60 см
туарные балки прямоугольного сечения, опирающиеся на опоры.
Для предотвращения смещения подтротуарных балок они должны
быть закреплены на насадках с помощью стальных штырей в ре-
зиновой оболочке. Между подтротуарной балкой и крайними пли-
тами пролетных строений по верху насадок устраивают монолит-
ные бетонные упоры высотой 15 см. Перед бетонированием упоров
на насадках насекают бетон на глубину 1—2 см.
Сопряжение сборных элементов насадок между собой и с го-
ловами свай выполняют путем сварки выпусков арматуры элемен-
тов насадок; выпуски арматуры свай заводят в окна насадок, пос-
ле чего бетонируют стыки.
Сопряжением мостов с подходами может быть осуществлено с
помощью конуса насыпи (рис. 28.5, а) или установки за сваями
устоев заборных стенок (рис. 28.5, б). Наиболее часто применяют
конструкцию с заборными стенками, так как такие мосты стано-
вятся короче мостов с конусами 'насыпей. В качестве сборных эле-
ментов заборных стенок используют специальные железобетонные
плиты длиной 1,5—4 м и высотой 1,0 м.
165
Рис. 28.7 Козловый устой со стойка-
ми.
1 — стойки, 2 — подколоииики, 3 — блоки
фундаментов, 4 — песчаио цементная под*
готовка, 5 — сваи, 6 — насадка
тов для конструкций свайных у
воляющих возводить опоры для
Переходные плиты длиной
4 м могут быть обычного типа.
В этом случае на насадках усто-
ев добетонируют невысокие шкаф-
ные стенки со штырями для
крепления плит. Иногда применя-
ют Г-образные переходные пли-
ты, опирающиеся одной стороной
на насадку, а другой — на желе-
зобетонный лежень.
Для плитных и ребристых про-
летных строений длиной до 21 м
при высоте промежуточных опор
от уровня местного размыва до
8—10 м и высоте насыпей до 4—
6 м разработано несколько типо-
вых проектов с большим набором
сборных железобетонных элемен-
:тоев и промежуточных опор, поз-
пролетных строений любого габа-
рита.
На рис. 28.6 приведены схемы секционных опор, разработанных
Воронежским филиалом Гипродорнии, с применением призматичес-1
ких связей 35x35 ом или полых круглых свай диаметром 60 см.
Однорядные свайные опоры считаются гибкими, и для полного вос-
приятия горизонтальных усилий требуется устраивать через каж-
дые 50—60 м длины моста двухрядные (жесткие) опоры.
Рис 28 8 Сопряжение свайного устоя
с насыпью:
1 — переходная плита, 2 —бетой, 3 — от
сыпка из дренирующего грунта, 4 — щебе-
ночная подготовка толщиной 10 см, 5 —
щебеиочио гравийная подготовка, 6 — ле-
жень, 7 — переходная подтротуариая плита
длиной 4 м
166
В типовом проекте конструкций свайных опор, разработанном
Союздопроектом для устоев козлового типа (см. 28 3, в) под без-
диафрагменные пролетные строения длиной до 24 м, предусмотрено
размещать под каждой балкой две вертикальные и одну наклонную
сваю. Для ребристых пролетных строений длиной до 42 м Союздор-
проект разработал вариант устоев козлового типа (рис. 28.7) для
насыпей до 8 м
На рис. 28 8 приведена конструкция сопряжения свайного устоя
с насыпью с помощью переходных плит, наличие которых улучша-
ет плавность движения транспорта при въезде или съезде с моста.
Длина переходных плит принимается примерно равной высоте на-
сыпи, но не менее 4 м и не более 10 м.
28.3. Конструкция столбчатых опор с бесппитными
фундаментами
В настоящее время большое количество мостов, эстакад, путе-
проводов с пролетами до 42 м и более выполняют с безростверко-
выми опорами в виде одного или двух рядов вертикальных или на-
клонных столбов, объединенных поверху ригелями с подферменни-
ками для опорных частей пролетных строений Столбчатые опоры
имеют ряд достоинств, из которых наиболее существенными следует
считать отсутствие дорогих и трудоемких работ по устройству кот-
лованов и бетонированию ростверков. По сравнению с массивными
сборно-монолитными опорами применение столбчатых опор снижа-
ет расход железобетона в 2—2,5 раза, стоимость в 2 раза, затраты
труда в 4—5 раз. На реках и водоемах область применения столб-
чатых опор ограничивается толщиной льда до 0,6—1,0 м.
На рис. 28.9 приведены схемы столбчатых опор с бесплитными
фундаментами для пролетных строений 12—33 м. Столбы опор ус-
ловно разделяют на надфундаментную и фундаментную части. Над-
фундаментная часть каждого столба состоит из одного цилиндри-
ческого блока сплошного сечения диаметром 0,8 м, длиной от 2
до 8 м.
Одностолбчатые устои (рис. 28.9, а) и промежуточные опоры,
состоящие из ригеля и столба со ступенчато-изменяющимся попе-
речным сечением, могут применяться для путепроводов и мостов с
габаритами проезда до 8 м и высоте насыпи до 6 м. С увеличением
высоты насыпей подходов до 8 м устои следует выполнять из нес-
кольких столбов, расположенных в один ряд по фасаду с габари-
том проезда любой ширины.
При высоте насыпей до 10 м однорядные устои из столбов диа-
метром 800 мм уже не могут воспринять нагрузку от пролетного
строения и давления грунта В таких случаях устои выполняют коз-
лового типа с тремя или четырьмя столбами (рис. 28 9, б, в).
Промежуточные опоры из столбов сплошного сечения диаметром
0,8 м применяют при высоте Но^ 14 м над уровнем расчетной по-
167
верхности грунта (УРГ) или уровнем местного размыва (УМР) на
реках с расчетной толщиной ледохода 0,6 м. Количество столбов в ря-
ду зависит от уровня ледохода, ширины моста и геологических ус-
ловий местности. На суходолах и периодически действующих водо-
токах для мостов с габаритом проезда до 8 м можно строить одно-
столбчатые промежуточные опоры в виде Т-образной рамы с высо-
той Н0^8 м. Для мостов с габаритами проезда до 11,5 м на реках
с ледоходом промежуточные опоры выполняют с количеством стол-
бов в ряду 2—4 шт. (см. рис. 28.9, в). При этом опоры высотой
Н0>8 м усиливают жестко соединенными со столбами сборными
железобетонными диафрагмами. Двух-, трех- и четырехстолбчатые
опоры представляют собой одноярусные (без диафрагм) или двухъ-
ярусные (с диафрагмами) рамы. Ригели опор — сборные, двухкон-
сольные, прямоугольного или трапецеидального сечения 70 X 120 см,
100 X 140 см.
Фундаментальные части столбов в зависимости от действующих
нагрузок и имеющихся механизмов могут быть выполнены различ-
Рис. 28.9. Опоры из железобетонных столбов диаметром 0,8 м с бесплитными
фундаментами под пролетные строения длиной от 12 до 33 м
168
ньгми способами. Во многих случаях применяют типовые оболочки
диаметром 120 и 160 ом, вибропогружаемые в обычные грунты.
Если подстилающим слоем является скальный грунт, фундамент-
ную часть столба заделывают в него путем разбуривания скалы из-
нутри оболочки на глубину ие менее диаметра с последующим опус-
канием арматурного каркаса и подводным бетонированием на вы-
соту двух диаметров оболочки.
В некоторых случаях фундаментные части столбов выполняют из
армированных буронабивных свай.
Жесткое соединение верхней и нижней частей столбов выполня-
ют путем сварки стыковых накладок по металлическим обечай-
кам или устраивают специальные стаканы в голове фундамент-
ной части.
На реках с ледоходом при толщине льда до 1,0 м возводят столб-
чатые опоры высотой Но до 15—20 м из типовых секций свай-обо-
лочек диаметром 1,2 или 1,6 м, вибропогружаемых в грунт в фун-
даментной части и монтируемых в надфундаментной части.
Одностолбчатые опоры, состоящие из одного столба и ригеля,
применяют в путепроводах, эстакадах, на суходолах, периодически
действующих водотоках или реках, на которых отсутствует первая
подвижка льда, а при высоком ледоходе толщина льда не превы-
шает 0,6 м. Так как одностолбчатые опоры обеспечивают хорошую
видимость подмостового пространства, основной областью их при-
менения являются путепроводы, особенно при косом пересечении
дорог в разных уровнях. Недостаток одностолбчатых опор состоит
в том, что они не могут быть использованы для широких мостов с
габаритом проезда более 8 м.
Используют различные конструктивные и технологические меро-
приятия для защиты элементов опор от коррозии: верхним граням
ригелей придают поперечные уклоны 2%; металлические поверхнос-
ти столбов перед бетонированием окрашивают лакокрасочными
материалами; бетонные поверхности защищают трещиностойкими
перхлорвиниловыми, эпоксидными или кремнийорганическими по-
крытиями светлых тонов.
28.4. Конструкции сборных опор из блоков
Ускорение строительства массивных опор мостов с соблюдени-
ем присущих им преимуществ (большая несущая способность, ма-
лый расход металла, значительная сопротивляемость давлению
льда и др.) возможно путем разделения тела опоры на монтажные
блоки. Масса и размеры блоков должны быть удобны для завод-
ского изготовления, соответствовать условиям транспортирования
И имеющемуся крановому оборудованию.
Достаточно просто опоры любой ширины из сборных блоков
возводят в виде опор-стенок под пролетные строения длиной до
169
42 м (рис. 28.10). Стенки опор собраны из плоских элементов, объ-
единенных с помощью бетонных шпоночных соединений.
С целью наибольшего использования материала толщина сте-
нок может изменяться. Для опор высотой Hq^.7 м под пролетные
строения длиной 12—24 м толщина стенок 50 см, для более высо-
ких опор Но = 8 и 9 м—60 см. Если на опору будут уложены про-
летные строения длиной 33 и 42 м, существенно возрастут верти-
кальные и горизонтальные нагрузки и, следовательно, потребует-
ся увелйчение толщины стенок до 70 см (рис. 28.10, а).
Для экономии материала при высоте опор от 8 до 13,5 м в стен-
ках могут быть устроены проемы выше уровня высокого ледохода
(рис. 28.10, б).
В опорах с проемами по верху коротких элементов стенок
устраивают монолитный железобетонный пояс, который включа-
ет блоки заполнения в равномерную работу.
Нижние части блоков стенок заделывают в фундаменты из
сборного или монолитного железобетона.
Для широких опор через каждые 8—10 м необходимо устраи-
вать деформационные швы.
Для мостов с пролетными строениями длиной 33 и 42 м и высо-
той опор от 10,5 до 13,5 опоры-стенки выполняют с цокольной
частью из сборного или монолитного железобетона, что существен-
но повышает прочность и устойчивость опор.
Массовое строительство малых и средних мостов потребовало
разработки рациональных конструкций опор из сборных элементов.
Наибольшее количество предложений, защищенных авторскими
Вш)А В-В
Рис. 28.10. Опоры-стенки под пролетные строения длиной 33 и 42 ы с габаритом
проезда 10,5 м .
170
свидетельствами, направлено на разработку конструктивных реше-
ний устоев, использующих совместную работу опоры и грунта.
Для городских путепроводов и эстакад совершенствуются конст-
рукции опор в виде тонкостенных гибких элементов, V-образных
сборных блоков, качающихся стоек из стальных труб, заполненных
бетоном.
28.5. Конструкции сборно-монолитных опор
Стремление удешевить возведение массивных опор за счет со-
кращения или полного отказа от опалубки позволило разработать
ряд конструкций, у которых наружный контур выполнен из сбор-
Рис. ЯК11. Сборно-монолнтная опора с контурными блоками по всему пери-
метру
171
ных элементов, а внутренний объем заполнен монолитным бетоном
или бутобетоном. Наиболее простая схема сборно-монолитной опо-
ры может быть выполнена с использованием сборных железобе-
тонных контурных блоков непрерыв!ных по вс^му периметру. Кон-
струкция такой опоры для пролетных строений длиной 33 и 42 м
показана на рис. 28.11. До уровня высоких вод тело опоры выпол-
няют из контурных блоков, заполненных бутобетоном. На массив-
ную часть уложе<на железобетонная прокладная плита толщиной
50 см, разрезанная поперечным швом на два монтажных элемен-
та. На прокладную плиту 'установлены столбы из оболочек. Повер-
ху столбы жестко объединены с прямоугольными капителями. Ри-
гель из двух монтажных элементов таврового сечения опирается
Б-Б
Рис. 28.12. Сборно-монолитная опора
рацин
172
с контурными блоками сложной кффигу-
Рис. 28.13. Контурные блоки сложной конфигурации:
а и г — боковые блоки, б, в — угловые блоки, д — стыки блоков
на капители через резиновые прокладки (опорные части), обеспе-
чивающие шарнирность и подвижность надстолбовой конструкции.
Этим достигается четкость статической работы ригеля как свобод-
но лежащей балки. Блоки ригеля омоноличиваются по продольно-
му шву шириной 150 мм. Шов армирован петлями из стержней
диаметром 10 мм, выпущенных из полок блоков.
С целью обеспечения возможности монтажа сборно-монолитных
опор кранами грузоподъемностью до 7—10 т контурные блоки мо-
гут быть малых размеров и массой до 5—7 т.
На рис. 28.12 показана сборно-монолитная опора с ковтурны-
ми блоками сложной конфигурации (рис. 28.13). Особенность их
состоит в том, что за счет продольных и поперечных канавок на
верхней грани и ребер (выступов) на нижней грани блоки надежно
173
соединены друг с другом. Поперечные ребра и канавки расположе-
ны у всех блоков по их оси. Перевязка швов достигается за счет
применения блоков разной ширины и обратно-симметричного рас-
положения блоков в двух смежных по высоте рядах (см. рис. 28.13).
Блоки устанавливают на цементном растворе с подкладками, поз-
воляющими выдерживать одинаковую толщину швов. Арматурные
выпуски из блоков позволяют надежно анкеровать контурные
блоки; наличие нижних скосов (рис. 28.13, г, д) дает возможность
бетонировать ядро опоры с хорошим заполнением всех полостей.
Для сокращения объема работ из контурных блоков можно воз-
водить опоры со столбами выше уровня высокого ледохода. При
этом необходимо поверх цокольной части выполнить сборный или
монолитный железобетонный пояс, в котором закрепляются стол-
бы. Ригели опор могут быть любого типа.
Основные достоинства сборно-монолитных опор с контурными
блоками: возможность применения во всех климатических зонах, в
том числе и при тяжелом ледовом режиме; экономия стоимости и
трудовых затрат составляет 20—40%. Недостатки сборно-монолит-
ных конструкций: сложность металлической опалубки при завод-
ском изготовлении блоков; необходимость аккуратной транспорти-
ровки и монтажа для предотвращения сколов, обязательность при-
нятия специальных мер к снижению экзотермических процессов в
твердеющем бетоне монолитного ядра. Для уменьшения тепловы-
деления бетонную смесь монолитной части приготовляют из цемен-
та низких марок с расходом не более 280кг/м3, применяют воздухо-
вовлекающие добавки, ограничивают водоцементное отношение.
28.6. Конструкции промежуточных монолитных опор
Монолитные опоры будут еще долго применять для нестандарт-
ных решений из-за особых преимуществ монолитного бетона и же-
лезобетона (возможность принимать любую форму, хорошая прост-
ранственная работа и др.). Монолитным опорам можно придавать
красивые архитектурные формы в соответствии с ландшафтом мест-
ности или архитектурой окружающих строений.
Высокие (более 40—60 м) опоры виадуков через глубокие
ущелья, опоры мостов в районах, удаленных от заводов сборного
железобетона, во многих случаях целесообразно возводить из мо-
нолитного железобетона. Сечения опор на разных отметках по вы-
соте могут быть неодинаковыми. Например, выше уровня ледохо-
да — сечения прямоугольные или с закруглениями, в пределах ле-
дохода — с закруглениями меньшего радиуса, различным наклоном
граней и водорезным ребром с большим наклоном, чем низовая сто-
рона (рис. 28.14).
174
Рис 28.14 Конструкция монолитной опоры с железобетонным двухконсольным
оголовком
Для уменьшения расхода бетона монолитные опоры могут быть
выполнены двухстолбчатыми с железобетонным ригелем (см.
рис. 28.2, г).
В арочных мостах промежуточные опоры выполняют с сущест-
венным развитием сечения по обрезу фундамента (см. рис. 28.4, в,
г), что позволяет лучше воспринимать усилия от вертикального
давления и распора пролетных строений.
В районах со среднемесячной температурой воздуха наиболее
холодного месяца ниже минус 20 °C и, как правило, на северных
реках, вскрывающихся при отрицательных температурах, обяза-
тельно облицовывают поверхности опор мостов в пределах зоны пе-
ременного ледохода. Для облицовки используют блоки толщиной
не менее 40 см из бетона с высокой морозостойкостью и водонепро-
ницаемостью. При отсутствии бетонных блоков требуемого качест-
ва возможно выполнять облицовку из камня (гранита, сиенита, пор-
фира, гнейса, диорита и др.) с прочностью на сжатие 50—100 МПа
в зависимости от мощности ледохода.
Очень высокие опоры эстакад и виадуков выполняют пустоте-
лыми из монолитного железобетона. Примером коробчатой конст-
рукции высокой опоры могут служить опоры виадука «Европа», по-
строенного на автомагистрали Инсбурк—Бреннер. Стальное про-
летное строение с пролетами до 200 м опирается на опоры высотой
175
A-A
4,057°
Рис. 28.15. Опоры моста «Европа» на
поперечном разрезе (в числителе —
размеры поверху, в знаменателе —
понизу):
1 — пролетное строение; 2 — железобетон-
ная коробчатая опора; 3 — железобетон-
ный пустотелый фундамент; 4 — скала
до 146,5 м (рис. 28.15). Конструк-
ция опоры представляет собой
пустотелую башню прямоуголь-
ного сечения, разделенную внут-
ренними стенками на секции
(шахты) в плане. Контурные раз-
меры опоры в плане изменяются
от 23,08х 12,08 м внизу до 15,75х
Х4.95 м вверху, соответственно
изменяется толщина наружных
стен от 55 до 35 см. Для обеспе-
чения местной устойчивости стен
через каждые 20 м высоты вы-
полнены поперечные диафрагмы
с проемами.
Высокие монолитные опоры
постоянного поперечного сечения
или с небольшим уклоном наруж-
ных граней бетонируют в сколь-
зящей опалубке из стальных щи-
тов высотой 1,2—1,5 м, замкну-
тых по периметру. Скорость подъ-
ема опалубки увязывается со
скоростью твердения бетона.
28.7. Конструкции монолитных
устоев
В балочных мостах старых ти-
пов при высоте насыпей до 7—8 м
широко применяют береговые
опоры из монолитного бетона или
бутобетона в виде устоев с обрат-
ными стенками (см. рис. 28.3, а)
или с обратными крыльями (см.
рнс. 28.3, б).
Передняя стенка таких устоев представляет подпорную стенку,
выполненную за одно целое с обратными стенками или крыльями.
Длина обратных стен и крыльев определяется заложением откоса
насыпи плюс 0,75 м. Толщину передней стенки по обрезу фундамен-
та принимают 0,35—0,4 м от высоты опоры.
С увеличением высоты насыпей подходов до 10—15 м и более
устои выполняют из монолитного железобетона коробчатого типа
(рис. 28.16). Пространство внутри устоев используют для складов,
гаражей и др. Изредка устои в высоких насыпях выполняют в ви-
де пространственных железобетонных рам. Рамы могут быть от-
176
в-в
А-А
Рис. 28.16. Коробчатый устой
крыты с боков или в плоскости крайних рам могут быть располо-
жены декоративные стенки, которые придают устою вид цельного t
массива.
Большой расход монолитного бетона или железобетона требует-
ся для устоев арочных мостов и для конструкций мест анкеровки
кабелей висячих мостов с невосгаринятым распором.
Контрольные вопросы
1 При каких условиях наиболее рациональны монолитные, сборные и сборно-
монолитные опоры?
2. Для каких конструкций мостов наиболее часто применяют свайные опоры?
3. Каковы достоинства и недостатки столбчатых опор?
4. Каковы достоинства и недостатки опор-стенок?
5. Какие принципы положены при разработке конструкций сборио-монолит-
пых опор?
Глава 29
РАСЧЕТ ОПОР
29.1. Определение нагрузок, действующих на промежуточные
опоры и устои
В настоящее время развиваются методы расчета, рассматриваю-
щие мост как единую пространственную систему пролетное строе-
ние—опорные части—опоры—фундаменты—грунт. Вследствие боль-
шой сложности расчетных схем определения усилий в элементах
единой пространственной системы при динамическом воздействии
подвижных нагрузок, даже при использовании современных ЭВМ,
177
еще не нашли широкого применения для всех типов мостов. Для
многих конструкций мостов применяют традиционный порядок рас-
чета, при котором последовательно рассматривают сверху вниз от-
дельные элементы моста.
На рис. 29.1 приведены схемы нагрузок на промежуточные опо-
ры балочных мостов при различных конструкциях опорных частей.
Вертикальные нагрузки от собственного веса пролетных строе-
ний Gt и временных подвижных нагрузок А передаются на опору
через подвижные и неподвижные опорные части. Силы торможения
7\ давления ветра на пролетные строения W, удары подвижного сос-
тава И, центробежные силы V (для мостов на кривых радиусом
Рис 29 1. Схемы нагрузок на промежуточные опоры при различных типах опор
ных частей и пролетных строений:
а. б, г — разрезные пролетные строения, в, д — неразрезные пролетные строения
178
меньше 600 м) передаются на опору через неподвижные опорные
части. Через подвижные опорные части могут передаваться силы
сопротивления трения S от температурных деформаций при дейст-
вии постоянной нагрузки.
На тело промежуточных опор, помимо перечисленных нагрузок,
действуют: собственный вес опоры G, гидростатическое давление
воды Pm, уменьшающее давление от собственного веса частей со-
оружения, расположенных ниже уровня воды, давление льда F\ н
F2 вдоль и поперек моста (F1H и F2ii — соответствуют уровню низко-
го ледохода, FlK и F2w— высокого); навал судов С\ и С2, вдоль и по-
перек моста (для судоходных рек).
В районах с вечномерзлыми или сезоннопромерзающими на глу-
бину более 2 м пучинистыми грунтами по периметру опоры или ее
фундаменту в пределах деятельного слоя (поверхностный слой, от-
таивающий летом и замерзающий зимой) возможно появление сил
морозного пучения, возникающих вследствие увеличения объема во-
ды при замерзании. Большие силы морозного пучения при прочном
смерзании грунта с поверхностью фундамента могут поднять, на-
кренить и даже разорвать опору.
В районах с сейсмичностью более 6 баллов опоры проверяют на
воздействие инерционных сил при землетрясениях.
Для большинства типов устоев количество нагрузок в направле-
нии поперек моста меньше, чем для промежуточных опор. На об-
сыпные устои с укрепленными от размыва лобовыми откосами на-
сыпей не действует давление льда и навал судов.
В отличие от промежуточных опор существенной горизонталь-
ной нагрузкой на устои является давление грунта Е* и передающе-
еся через грунт насыпи давление временной подвижной нагрузки
Е2, если она находится в пределах призмы обрушения (рис. 29.2).
В период строительства моста многие виды нормативных нагру-
зок отсутствуют, но имеются строительные нагрузки (собственный
вес смонтированных элементов, подмости, люди, инструменты, ме-
ханизмы и др.), на воздействие которых необходимо проверять опас-
ные сечения опор в соответствии с конкретными расчетными схе-
мами в каждый период времени монтажа с учетом гидрологических
и климатических условий местности.
Если для моста применены типовые пролетные строения, то на-
грузка от собственного веса G и давление на опоры от временных
подвижных нагрузок А могут быть приняты по данным типового
проекта.
Как и все несущие элементы различных сооружений, опоры мос-
тов необходимо рассчитывать на различные сочетания постоянных
и временных нагрузок (см. § 2.5). Если прн расчете опор исполь-
зуют две или более временных нагрузок, вероятность одновременно-
го действия которых мала, их расчетные значения получают путем
умножения нормативных значений на коэффициенты сочетаний.
Прн этом необходимо соблюдать правило — основную расчетную
179
временную нагрузку принимают с коэффициентом сочетания, рав-
ным единице, а остальные временные нагрузки, участвущие в кон-
кретном сочетании нагрузок,— с коэффициентами меньше единицы.
В общем виде расчетное значение конкретной нагрузки (кроме
подвижной вертикальной), действующей на опору в одном из со-
четаний совместно с другими нагрузками, вычисляют по формуле
Т/f П. ’ (29 ')
где Nm — нормативное значение i-й нагрузки; у/,—коэффициент надежно-
сти по нагрузке; ц,—коэффициент сочетания i-й нагрузки.
б) - L”!2 т
Рис. 29 2 Схемы нагрузок на береговые опоры:
а — для устоев со сплошной лобовой стенкой, б — для устоев с переходной плитой
180
Расчетные значения временных нагрузок от подвижного состава
(Ч-Н). (29 2)
где S],—коэффициент, учитывающий воздействие временной нагрузки со
всех полос движения, кроме основной полосы, вызывающей наибольшее воздейст-
вие и для которой S, = 1; 1+р —динамический коэффициент.
Остальные обозначения те же, что и в формуле (29.1).
Значения коэффициентов yf, -q, S], принимают по соответ-
ствующим разделам СНиП 2.05.03-84 в зависимости от конкретного
сочетания нагрузок, в которое входит рассматриваемая нагрузка.
Нормативную горизонтальную продольную нагрузку торможе-
ния вычисляют по формуле (29.3) только от равномерно распреде-
ленной части V каждой полосы движения нагрузок АК в виде со-
средоточенной силы Т (кН), собираемой с длины загружения к (м)
и приложенной в уровне проезда при расчете устоев (см. рис. 29.2);
в уровне центров неподвижных опорных частей (без учета влияния
момента от переноса из уровня проезда) при расчете промежуточ-
ных опор (см. рис. 29.1).
7,8К^ 7'// = 0,5И?.^ 24,5К. (29.3)
В мостах с разрезными пролетными строениями, опирающимися
по схеме рис. 29.1, а, возможны два случая воздействия на опору
сил торможения Т и трения в подвижных опорных частях. В пер-
вом случае (больший пролет опирается на неподвижные опорные
части) в расчете используют только тормозные силы. Во втором
случае (меньший пролет опирается на неподвижные опорные части)
продольная нагрузка на верх опоры складывается из сил торможе-
ния и сил трения, но не больше, чем сила торможения с большого
пролета, если бы он опирался на неподвижные опорные части.
Силы трения в подвижных опорных частях могут возникнуть в
результате изменений длины пролетного строения под действием
разности дневной и ночной (летней и зимней) температуры воздуха
или под действием временной подвижной нагрузки.
Нормативная сила трения SH зависит от вертикального давления
Fv и коэффициента трения рп:
SH = PnFv. (29 4)
Коэффициент трения цп зависит от типа опорных частей (катко-
вые, плоские, тангенциальные и др.), чистоты обработки соприкаса-
ющихся поверхностей, давления и температуры (для опорных час-
тей с прокладками из фторопласта) и находится в пределах от 0,40
до 0,01.
В зависимости от рассматриваемого сочетания нагрузок верти-
кальное давление Fv может быть равно только постоянным нагруз-
кам G или сумме постоянных и временных вертикальных (без уче-
та динамики) нагрузок со своими коэффициентами сочетаний г].
181
Нормативное значение реактивного продольного усилия Sa (кН),
возникающее в резиновых опорных частях, вычисляют по формуле
fi
Sh=— HeG, (29.5)
а
где 6 — перемещение опорных частей, см; а — суммарная толщина слоев ре-
зины опорных частей; см; Ао — площадь резиновых слоев, м2; G — модуль сдвига
резины, кПа, зависящий от марки резины и расчетной температуры воздуха.
При расчете опор нормативные значения интенсивности ветро-
вой нагрузки W (поперек и вдоль моста), удары подвижного сос-
тава Н и поперечную нагрузку от центробежной силы V вычисля-
ют по СНиП так же, как и при расчете пролетных строений.
Ледовая нагрузка зависит от формы опоры, толщины и прочнос-
ти льда на раздробление, определяемой по опытным данным или
при отсутствии их по СНиП 2.05.03-84. При уровне высокого ледо-
хода лед становится рыхлым и его прочность на раздробление ред-
ко превышает 60% прочности при низком ледоходе. Равнодейству-
ющие ледовые нагрузки F] и F2 (см. рис. 29.1) прикладывают в
точках ниже расчетного уровня на 0,3 расчетной толщины льда.
В условиях сложной ледовой обстановки в районе мостового пере-
хода (давление зажорных масс, примерзание к опоре ледяного по-
крова при колебаниях уровня воды, температурном расширении
льда и др.) нагрузки на опоры определяют по СНиП 2.06.04-82
«Нагрузка и воздействие на гидротехнические сооружения (вол-
новые, ледовые и от судов)».
Нормативную нагрузку от навала судов С] и С2 на опоры мос-
тов принимают в зависимости от класса внутренних водных пу-
тей в виде сосредоточенной силы от 98 до 1960 кН, приложенной
к опоре на 2 м ниже расчетного судоходного уровня (РСУ).
Горизонтальное (боковое) давление грунта от веса насыпи
на опоры мостов (см. рис. 29.2) определяют по формуле для сы-
пучих тел
Qi = Yn//tg2(45°-<p„/2), (29.6)
где у„— нормативный удельный вес грунта, кН/м3; Н — высота насыпи до
рассматриваемого уровня грунта, м; <р„ —нормативный угол внутреннего трения,
принимаемый при засыпке песчаным (дренирующим) грунтом ф„=35°.
Для конструкций устоев, имеющих сплошную лобовую стен-
ку, боковое давление грунта возрастает равномерно по высоте
(рис. 29.2, а):
Е^О.^НЬ, (29.7)
где 6 — ширина опоры, м.
Для пустотелых, стоечных или свайных устоев (рис. 29.2, б)
боковое давление грунта в пределах стоек
^7=0,5 (^1Л ч-^) (29 8)
где 6] — удвоенная ширина стоек или свай, м.
182
При этом необходимо соблюдать условие — Ь\ не должно быть
больше расстояния между внешними гранями стоек или свай.
Для отдельных свай или стоек за ширину Ь\ принимают их удво-
енную ширину.
На устой передается боковое давление грунта от временной
нагрузки, расположенной в пределах призмы обрушения. При от-
сутствии переходных плит и движении временной нагрузки пер-
пендикулярно стенке устоя (см. рис. 29.2, а) боковое давление
грунта от временной нагрузки Е2 наиболее просто определять, ис-
пользуя понятие о приведенной высоте слоя грунта йэ, эквивалент-
ного по значению давлению временной нагрузки
а 1
Лэ=-7й’ —, (29 9)
сП п
где G — временная нагрузка, кН; с — длина соприкосновения вюль моста ко*
лес нли гусениц рассматриваемых нагрузок с покрытием проезжей части, м; b —
расстояние между внешними гранями колес или гусениц, м.
При наличии переходных плит (ем. рис. 29.2, б) давление от
временной нагрузки в пределах призмы обрушения рвр можно
рассматривать в разные периоды эксплуатации: первый период—
уплотненный грунт имеется под всей плитой, под действием на-
грузки рвр переходная плита прогибается, грунт вблизи опоры уп-
лотняется еще больше и раздвигается в стороны, боковое давле-
ние передается на опору по схеме, близкой к рис. 29.2, а; вто-
рой период — под половиной длины плиты вблизи устоя возмож-
но образование пустоты и временная нагрузка рвр условно рас-
пределяется в виде давления на устой Др и на грунт рис. 29.2, б.
Зная расчетную схему опоры и приложив к ней все нагрузки, в
соответствии с указаниями СНиП 2.05.03-84 составляют их воз-
можные сочетания. Из многих сочетаний выбирают наихудшие.
Определяют усилия М, Q, N в опасных сечениях, проверяют сече-
ния на прочность и деформативность в соответствии с правилами
расчета для материала, из которого выполнена опора. В необхо-
димых случаях корректируют размеры элементов опор. Для боль-
шинства типов опор разработаны программы, позволяющие с по-
мощью ЭВМ быстро вычислять нагрузки, анализировать их соче-
тания и проверять заданные размеры сечений.
29.2. Определение усилий в гибких опорвх
от горизонтальных нагрузок
Свайные мосты и мосты с высокими свайными ростверками
имеют гибкие элементы опор, которые вследствие малой жест-
кости на действие горизонтальных нагрузок могут упруго дефор-
мироваться (изгибаться) в поперечном и продольном направле-
ниях. При совместном действии вертикальных и горизонтальных
сил и изгибающих моментов свая деформируется по схеме, при-
183
Рис. 29.3 Схема дефор-
маций сваи при действии
вертикальных и горизон-
тальных сил
веденной на рис. 29.3. Грунт рассматрива-
ют как упругую линейно-деформируемую
среду, характеризуемую нарастающим по
глубине z коэффициентом постели С-
(кН/м3):
Cz=^/Yt., (29.10)
где К — коэффициент пропорциональности.
кН/м4, принимаемый в зависимости от вида грунта
вокруг сваи по СНиП 2.02.03-85 «Свайные фунда-
менты»; z — глубина, м, от поверхности (для низ-
ких ростверков — от подошвы ростверка); ус — ко-
эффициент условий работы, принимаемый равным 3
для всех типов свайных опор, кроме опор с низкими
свайными ростверками.
Чтобы определить усилия М. N, Q, дей-
ствующие на сваи в опоре свайного моста
или моста с высоким ростверком, необхо-
димо составить расчетную схему и рассмот-
реть сочетания нагрузок.
Расчетная схема опоры свайного моста
в направлении, перпендикулярном его оси,
как для высокого свайного ростверка при-
ведена на рис. 29.4. Ригель свайной опоры
рассчитывают как неразрезную балку. Сваи
считают жестко заделанными в ригеле и
упруго защемленными в грунте (см. рис.
29.3). В большинстве случаев наибольшей горизонтальной нагруз-
кой на опору является давление льда на уровне высокого ледохо-
да. Суммарные нагрузки на ригель опоры М, Q, N определяют по
указаниям СНиП (см. § 29.1) Используя один из методов строи-
тельной механики, с помощью ЭВМ определяют усилия в сваях.
В направлении вдоль оси моста расчетная схема сложнее
(рис. 29.5, а), так как, кроме упругого защемления свай в грун-
те, учитывают упругую податливость опорных частей, связываю-
щих пролетные строения с ригелями опор. Заранее нужно уста-
новить, подвижные или неподвижные опорные части могут быть
применены для рассматриваемой конструкции моста. Наиболее ча-
сто для свайных мостов применяют резиновые опорные части,
реактивное сопротивление которых определяют по формуле
Рис. 29 4 Расчетная схема свайной
опоры в направлении, перпендикуляр-
ном оси моста
184
(29.5). В случаях когда максимальные силы сопротивления тре-
ния в подвижных опорных частях, устанавливаемых на гибких опо-
рах, не преодолеваются вследствие упругих перемещений верха
опоры, устанавливают неподвижные опорные части и расчетная
схема несколько упрощается. В зависимости от принятого к расче-
ту сочетания нагрузок временная вертикальная нагрузка и вызы-
ваемые ею силы торможения Т могут быть приложены в любом
пролете.
Наиболее часто для статического расчета используют основную
систему метода сил, для чего удаляют в серединах пролетов гори-
зонтальные продольные связи и заменяют их продольно-подвиж-
ными шарнирами и неизвестными усилиями Х{. На рис. 29.5,6 при-
ведена основная система метода сил, использованная Воронеж-
ским филиалом Гипродорнии для разработки типового проекта
свайных опор мостов с пролетами до 21 м. Неизвестные усилия
Хг определяют из решения систем п уравнений вида
Рис. 29.5. Расчетная схема и основная система свайного моста в продольном на-
правлении:
—давление грунта на шкафную стенку опоры Xе 0, перенесенное в уровень низа насад-
ки; q^ и q^ —давление грунта на сваи опоры № 0 со стороны насыпи; q® —то же со сто-
роны конуса насыпи; Мо — изгибающий момент в уровне низа насадки опоры № 0; Гл — на-
грузка от торможения в пролете k
185
8k<k — X) Kb — x+ ^kk + f>k(h + l) Ml+x + Afcp —0;
^n(n—1) ^Л-1т8пп^+Алр=О.
(29.11
В системе уравнений (29.11) коэффициенты 8м и свободные]
члены Дйр уравнений выражают перемещения торцов условно раз-
резанных пролетных строений по направлению неизвестных уси-
лий Xh от единичных сил Х&= 1 и внешней нагрузки.
Свободные члены системы уравнений (29.11) определяют сум-
мированием перемещений от горизонтальных нагрузок (тормозные
силы, температурные деформации), считая их независимыми. Пос-
ле нахождения неизвестных X, вычисляют изгибающие моменты и
поперечные силы в сваях, определяют горизонтальные перемеще-
ния верха опор. Расчеты реализуют на ЭВМ.
Для более сложных расчетных схем применяют основную сис-
тему в виде пространственной конструкции без расчленения на
плоские системы в поперечном и продольном направлениях.
По мере совершенствования ЭВМ будут реализованы более
сложные пространственные расчетные схемы.
29.3. Проверка устойчивости опор
Опоры мостов, эстакад и путепроводов, кроме расчета на проч-
ность, необходимо проверять на устойчивость положения: опроки-
дывание, плоский и глубинный сдвиг. В большинстве случаев та-
кие проверки выполняют для береговых опор (устоев), наиболее
сильно нагруженных горизонтальными нагрузками.
На рис. 29.6, а приведена схема для расчета устоя на опроки-
дывание, плоский и глубинный сдвиг.
Рис. 29.6. Схемы для расчета устоя на опрокидывание, плоский и глубинный
сдвиг
186
iПроверку на опрокидывание выполняют по формуле
Ми < тМг : ,
(29.12)
где М. — момент опрокидывающих сил относительно оси возможного пово-
рота (опрокидывания) конструкции, проходящей через крайнюю грань опирания
(для схемы рис. 29.6, a Afu = rfti+£A2); Mz — момент удерживающих снл относи-
тельно той же оси (для схемы рис. 29.6, a Afz = G1c1 + G2c2+/lc3); т — коэффици-
ент условий работы, принимаемый при проверке фундаментов; на скальных осно-
ваниях — 0,9, на нескальных основаниях — 0,8; у„ — коэффициент надежности по
назначению, принимаемый равным 1,1 при расчетах в стадии эксплуатации и
1,0 — в стадии строительства.
Проверку устойчивости против сдвига по плоскости, проходя-
щей через подошву фундамента (плоский сдвиг), следует выпол-
нять по формуле
Qr^mQr : ул,
(29.13)
где Qr— сдвигающая сила (для схемы рис. 29.6,a Qr = T+E); т~ коэффи-
циент условий работы, равный 0,9; уп — коэффициент надежности, принимаемый
таким же, как и в формуле (29.12); Qz — удерживающая сила, равная силе тре-
ния кладки фундамента о грунт (для схемы рис. 29.6, а (?2=ф (/>+G1 + G2).
Значения коэффициентов трения УИ зависят от вида грунтов:
Глины и скальные грунты с омыливающейся поверхностью (гли- ф
нистые известняки, сланцы):
во влажном состоянии.....................................0,25
в сухом состоянии..................... , , , , , ,0,30
Суглинки и супеси............................................0,30
Пески........................................................0.40
Гравийные и галечниковые грунты.............................0,50
Скальные грунты с неомыливающейся поверхностью . . . .0,60
Для устоев, поддерживающих насыпь высотой 10—12 м и бо-
лее, а также при наличии водонасыщенных песков, расположенных
над подстилающими глинистыми грунтами, кроме рассмотренных
проверок устойчивости, в некоторых случаях следует проверять
фундамент на сдвиг вместе с грунтом основания (глубинный сдвиг).
Расчет устойчивости производят в предположении, что глубинный
сдвиг происходит по круглоцилиндрической поверхности скольже-
ния, проходящей через заднюю грань фундамента устоя (рис.
29.6, б).
Положение центра и радиуса R круглоцилиндрической поверх-
ности скольжения, вызывающей наибольшие сдвиги, определяют
методом попыток. Отсеченный цилиндрической поверхностью ADB
объем грунта параллельными плоскостями разбивают на элемен-
тарные участки, вычисляют их вес q< и радиусы г,- до вертикали,
проходящей через центр вращения О,. Временную нагрузку на на-
сыпи включают в вес элементарных участков.
187
Устойчивость против глубинного сдвига считают обеспеченной,
если выполняется условие
мигс^ тМггс/уп (29 14)
где Миге — момент сдвигающих сил относительно оси О, (для схемы
рис. 296,6 Л4игс = 2<71Г1 + 7’5 + Ра); т н уп — коэффициенты. принимаемые таки-
ми же, как и в формуле (29 12); Л1гг<- — момент удерживающих сил относительно
осн О,
п
1
Л^ггс — R
fi = ?icosa,tgq)i!—сила трения i-ro участка вдоль поверхности скольжения ADB
в направлении от В к Л; btAlzCit—сила сцепления i-ro участка идоль по-
верхности скольжения; Ь, — средняя (условная) ширина поверхности скольжения
грунта в пределах i-ro участка, принимаемая по рис. 29 6, в. Значения tg <pi t и;
ci , принимают по указаниям гл 3. )
После выполнения расчетов с различным расположением цент-i
ров вращения О, определяют близкое к действительному (в пре-
делах принятой гипотезы) положение центра вращения.
Расчетные значения опрокидывающих и сдвигающих сил при
всех видах расчетов на опрокидывание и сдвиг следует принимать
с коэффициентами надежности по нагрузке больше единицы, а
удерживающие — меньше единицы.
29.4. Проверка прочности и трещиностойкости внецентренно
сжатых бетонных и железобетонных элементов опор
Проверку прочности опор производят на действие нормальных
сил Л; и изгибающих моментов М в местах изменения сечений и по
обрезу фундамента. В связи с тем что при строительстве возмож-
ны небольшие отклонения размеров опор и мест установки опор-
ных частей, при расчетах также учитывают вероятность появле-
ния случайных эксцентриситетов, значения которых определяют по
формуле
₽с.сл = 1 /«/400, (29 15|
где Zo — расчетная длина опоры или стойки, принимаемая по указаниям
СНиП 2.05 03-84 в зависимости от условий закрепления в фундаменте (грунте) и
наличия связи верха опоры с другими опорами моста
При подвижных опорных частях каткового типа или с фторо-
пластовыми прокладками опоры считают не связанными друг с
другом.
Для опор статически определимых мостов случайный эксцент-
риситет суммируют с эксцентриситетом, определяемым из стати-
ческого расчета:
e=--M/N (29 16)
188
Начальный эксцентриситет
продольной силы N относительно
центра тяжести всего сечения
е(, = е+ес,сл = Л1/Л?+1/4ОО/о (29.17)
Для опор статически неопре-
делимых систем начальный экс-
центриситет принимают равным
эксцентриситету, полученному из
статического расчета, но не ме-
нее ес, сл-
В зависимости от относитель-
ного эксцентриситета е0/г опреде-
ляют требуемый вид расчета вне-
центренно сжатых бетонных и
железобетонных элементов — по
прочности или по прочности и
устойчивости.
Ядровое рассеяние г проверяе-
мого сечения
r = W/Ab, (29.18)
где W — момент сопротивления се-
чения; Аь — площадь сечения.
Рис. 29.7. Схемы для расчета бетон-
ных опор на прочность и устойчи-
вость
Для прямоугольных сечений ядровое расстояние равно */б ши-
рины или длины.
При (равнодействующая усилия находится в пределах
ядра сечения) выполняют расчет по прочности и по устойчивости.
Расчет на устойчивость выполняют по формуле
N^<pRbAb, (29.19)
где <р — коэффициент продольного изгиба, определяемый по п 3 55 СНиП
2.05.03-84; Rb — призменная прочность бетона
При ес>ес, сл достаточно проверить сечение внецентренно сжа-
тых бетонных опор только по прочности по формуле
N^RbAB, (29.20)
где А в — площадь сжатой зоны бетона
Площадь сжатой зоны сечения произвольной формы находят
из условия — положение нейтральной оси делит сжатую зону по-
полам (рис. 29.7, а). Местоположение нейтральной оси определя-
ют по формуле
а = ас —есц, (29.21)
где а — расстояние от точки условного приложения продольной силы N до
наиболее сжатой грани сечения; ас — расстояние от оси, проходящей через центр
тяжести всего сечеиня, до наиболее сжатой грани (для симметричных конструк-
ций ас равно половине высоты или ширины сечения); т] — коэффициент, учиты-
вающий влияние прогиба по прочности, определяют по п. 3 54 СНиП 2.05.03-84.
189
Рис. 29.8. Схема сечения опоры с по-
луциркульным очертанием торцов и
заменяющего (для расчета) прямо-
угольного сечения:
1 — центр тяжести полного сечения опоры;
2 — центры тяжестей частей сечення опо-
ры и заменяющих их прямоугольников
При этом равнодействующая
внешних сил N должна находить-
ся в пределах поперечного сече-
ния элемента при соблюдении ус-
ловия
т] 0,8ос. (29.22)
Наиболее просто проверку
прочности внецентренно сжатых
элементов выполняют для прямо-
угольных сечений (рис. 29.7,6):
N^Rbbx, (29.23)
где х — высоту сжатой зоны опре-
деляют по формуле
x = h—2<?ст). (29.24)
выполненных на кафедре мостов
На основании исследований, выполненных на кафедре мостов
ХАДИ, О. И. Пашков установил, что можно существенно упрос-
тить расчеты по проверке прочности внецентренно сжатых эле-
ментов, если вместо реальных сечений опор непрямоугольного
очертания в плане рассматривать их приведенные сечения прямо-
угольной формы. В основу такой замены положен принцип совме-
щения центров тяжести четвертей реального сечения и центров тя-
жести четвертей прямоугольного сечения, к форме которого приво-
дится реальное сечение. Максимальные погрешности при таком
приведении не превышают 5% (в запас прочности). На рис. 29.8
показана схема приведения (замены) сечения массивной опоры с
полуциркульным очертанием верховой и низовой стороны к прямо-
угольному сечению. По обычным правилам вычисляют центры тя-
жести четвертей реального сечения (точки 2 на рис. 29.8), опреде-
ляют расстояния отточек 2 до осей опоры (Ьп/4 и Лп/4) и отклады-
вают их в стороны наружных граней опор.
Размеры заменяющего (приведенного) сечения вычисляют по
формулам:
1 — 0,3166/6
hrr =-------------",
п 1— 0,2166/6
(29.25)
1 —(0,433 — 0,1256/6) h/b
1—0,M6h/b
(29.26)
Внецентренно сжатые железобетонные элементы (колонны,
стойки и др.) с начальным эксцентриситетом ес^г проверяют по
устойчивости и прочности по правилам СНиП 2.05.03-84 для же-
лезобетонных конструкций.
При выполнении расчетов и конструировании железобетонных
опор и их элементов следует помнить, что в опорах на водотоках
не разрешается применять напрягаемую проволочную арматуру.
190
Расчеты по образованию и раскрытию трещин элементов опор
выполняют аналогично расчетам, изложенным в § 16.6 и 16.7 для
категории требований по трещиностойкости: Зв — при армирова-
нии ненапрягаемой арматурой; 36 — армирование напрягаемой
стержневой арматурой.
Предельная ширина раскрытия трещин Дсг для элементов опор
мостов: по категории 3 б — Дсг=0,2 мм; по категории 3 в — Дсг =
= 0,3 мм, за исключением стоек опор и свай, для которых Дсг=
= 0,2 мм.
Учитывая особенности работы бетона в элементах мостов, рас-
положенных вблизи плотин гидростанций и водохранилищ, где час-
ти опор могут подвергаться попеременному замораживанию и от-
таиванию, ширина трещин не может быть больше: при количестве
циклов замораживания и оттаивания до 50 в год Дсг = 0,15 мм; при
50 и более циклов — Дсг=0,1 мм.
Контрольные вопросы
1. Какие нормативные нагрузки на опоры относятся к постоянным и времен-
ным?
2. Почему при расчете опор необходимо рассматривать воздействие нагру-
зок в различных сочетаниях?
3 Почему опоры мостов, кроме расчета на прочность, необходимо проверять
на устойчивость положения?
4 Почему при расчете опор учитывают возможности появления случайных
эксцентриситетов приложения равнодействующей вертикальных усилий?
5. Каковы особенности расчета опор мостов, расположенных вблизи гидро-
станций и на водохранилищах?
РАЗДЕЛ 7
ТРУБЫ. СООРУЖЕНИЯ НА ГОРНЫХ ДОРОГАХ
Глава 30
ТРУБЫ ПОД НАСЫПЯМИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
30.1. Виды труб и особенности их работы
Трубы являются самыми распространенными дорожными соору-
жениями: на 1 км дороги их количество составляет 1 —1,4 шт.
По сравнению с малыми мостами трубы имеют ряд преиму-
ществ: непрерывность земляного полотна и, следовательно, повы-
шенную комфортабельность проезда, меньшую стоимость и тру-
доемкость строительства, малые эксплуатационные расходы.
На автомобильных дорогах для строительства труб используют
железобетон, бетон, металл, камень. Ведутся широкие исследова-
ния и строительство труб из различных полимерных материалов
(стеклопластиков, полимербетона, поливинилхлорида и др.).
По форме поперечного сечения трубы могут быть круглыми,
прямоугольными, овоидальными и арочными, а по количеству от-
верстий в одном сооружении — одно, -двух- и многочковыми
(рис. 30.1). Очертание и форму поперечного сечения труб прини-
мают на основании гидравлического расчета с безнапорным, полу-
напорным или напорным режимами протекания потока с такой
скоростью, которая бы не размывала насыпь и грунт тальвега
перед трубой и на выходе за ней.
С целью регулирования водного потока, обеспечения плавнос-
ти его протекания и предотвращения продольных смещений (рас-
тяжений) элементов трубы при оползаниях откосов насыпи вход-
ные и выходные участки труб оборудуются оголовками: порталь-
ными, раструбными, обтекаемыми и воротниковыми. Наиболее
простыми по конструкции являются портальные оголовки, выпол-
няемые в виде подпорной стенки (рис. 30.2, а). Портальные ого-
ловки не обеспечивают плавного протекания воды, вследствие че-
го их применяют только при малых расходах воды. Раструбные
оголовки (рис. 30.2, б) имеют портальную стенку и откосные
крылья переменной высоты, расположенные под углом а= 18-5-22
к оси трубы. Если откосные крылья выполняют постоянной высо-
192
ты и их устанавливают параллельно друг другу (а = 0), такие ого-
ловки называют коридорными. Обтекаемые оголовки выполняют в
форме усеченного конуса или усеченной пирамиды (рис. 30.2, в).
В практической деятельности для прямоугольных труб одну или
несколько первых секций устанавливают более высокими, чем
нормальные секции (см. штриховую линию на рис. 30.2, в). Вмес-
те с откосными крыльями такая конструкция оголовка обеспечи-
вает плавное протекание воды.
В круглых трубах лучшие условия протекания воды обеспечи-
вают раструбные оголовки в сочетании с коническими звеньями
(см. рис. 30.2,6). Воротниковые оголовки (рис. 30.2, г) изготавли-
вают в виде сборного железобетонного звена трубы, срезанного
наклонно в соответствии с углом откоса насыпи и окаймленного
поясом — воротником. Общий вид насыпи с воротниковой конст-
рукцией оголовка трубы достаточно эстетичен, но вследствие низ-
ких гидравлических показателей воротниковые оголовки применя-
ют только при малых расходах воды и небольшой скорости те-
чения.
Металлические трубы в большинстве случаев без оголовков,
ограничиваясь наклонной срезкой конца трубы параллельно отко-
су насыпи или удлиняя трубу до основания откосов насыпи.
Типовые круглые железобетонные трубы диаметром до 2 м с
раструбными оголовками при уклонах до 8%о могут пропускать
расход воды в режимах: безнапорном — до 12,5 м3/с; напорном —
до 16,5 м3/с. Прямоугольные трубы сечением до 6x3 м пропускают
расход в безнапорном режиме до 63 м3/с, в полунапорном—до
76,8 м3/с.
Наиболее часто применяют круглые железобетонные трубы из
элементов заводского изготовления (рис. 30.3). Для предотвраще-
Рнс 30.1. Типы поперечных сечений труб:
а — круглая на фундаменте; б — круглая бесфундаментная двухочковая; виг—прямо
угольная и овоидальная на фундаменте, д — арочная, е — труба-арка
7 Зак 578 1 93
Рис. 30.2. Типы оголовков труб:
а — портальный; б — раструбный с коническим звеном иа входе; в — обтекаемый в виде усе-
ченной пирамиды; г — воротниковый
194
Рис. 30.3. Элементы трубы (гидроизоляция не показана):
/—портал входного оголовка; 2 — укрепление подводящего русла; 3 — укрепление лотка
входного оголовка; 4 — коническое звено; 5 —фундамент портальной стенкн входного ого-
ловка; 6 — цилиндрическое звено-, 7 — секция звеньев; 8 — фундаментный блок; 9 — щебеноч-
ная подготовка; /0 •—укрепление лотка выходного оголовка; // — воронка размыва с камен-
ной наброской; /2 — укрепление отводящего русла; /3 — бетонный упор; /4 — укрепление
откоса насыпн; 15— откосное крыло; 16— портальная стенка выходного оголовка
ния размыва подводящее и отводящее русла в зависимости от ско-
рости потока укрепляют бетонными плитками, бетонными блоками
по щебеночной подготовке, монолитным бетоном, мощением
камнем на цементном растворе по щебеночной подготовке или
каменной наброской.
Отметка верха укрепления откосов насыпей у труб должна быть
выше уровня подпора не менее чем на 25 см, прн этом возвышение
бровки земляного полотна над уровнем воды должно быть не ме-
нее 0,5 м при безнапорном режиме и не менее 1,0 м при напорном
или полунапорном режиме.
Для обеспечения равномерного давления на элементы труб и
предотвращения размыва насыпи тело трубы должно быть заклю-
чено в массив плотного, водонепроницаемого, мягкого, хорошо уп-
лотненного грунта (суглинки, глины), который должен возвышать-
ся не менее чем на 0,5 м над верхом трубы. В прямоугольных тру-
бах оголовки засыпают дренирующим грунтом.
При возведении трубам придают строительный подъем (по лот-
ку в продольном направлении) по круговой кривой. В зависимости
от грунтов основания и типа фундаментов строительный подъем
назначают в пределах 0,0125—0,025 высоты насыпи. При насыпях
высотой более 12 м строительный подъем определяют в соответст-
вии с расчетом ожидаемых осадок от веса грунта насыпи.
Рис 30 4 Косогорная труба-
/ — укрепление русла на входе, 2 — звенья трубы, 3 — фундамент секции, 4— быстроток
У косогорных труб, к которым относятся трубы, расположенные
на местности с уклоном более 2%о, на выходе должны быть спе-
циальные устройства для гашения энергии. Прямоугольные трубы
и большинство круглых возводят со ступенчатым расположением
звеньев, что приводит к уменьшению сечения и должно быть обос-
новано гидравлическим расчетом (рис. 30.4).
30.2. Конструкции железобетонных труб
Железобетонные трубы изготавливают из тяжелого бетона со
средней плотностью от 2200 до 2500 кг/м3 классом не ниже В20,
водонепроницаемостью не меньше IF6. В зависимости от климати-
ческих условий местности марка бетона по морозостойкости долж-
на быть: для умеренных условий (среднемесячная температура наи-
более холодного месяца минус 10 °C и выше) F 200, для суровых
и особо суровых условий — F 300.
Арматурную сталь применяют в основном классов AI, АП и
АШ. На заводах круглые трубы изготавливают центрифугирован-
ным способом с толщиной стенок 10—24 см. При строительстве из
условий унификации входной и выходной оголовки выполняют оди-
наковыми, предпочтительно коническими.
Исходя из условий эксплуатации и учитывая значимость дорог
разных категорий Строительными нормами и правилами рекомен-
дуется назначать наименьшие отверстия труб: 1,0 — при длине до
20 м; 1,25 м — при длине трубы 20 м и более. Для дорог III кате-
гории н ниже разрешается принимать отверстия труб: 1,0 м — при
длине до 30 м; 0,75 — при длине до 15 м; 0,5 — на съездах при
уклоне трубы 10 %о и более с ограждением на входе. Для северных
условий со средней температурой наружного воздуха наиболее хо-
лодной пятидневки ниже минус 40 °C отверстия следует назначать
не менее 1,5 м независимо от длины. В местах возможного обра-
196
зования наледей иногда применяют прямоугольные железобетон-
ные трубы шириной не менее 3 м и высотой ие менее 2 м в комп-
лексе с противоналедными сооружениями.
Для надежного опирания на грунт и противодействия сдвигу
портальная стенка, откосные крылья и звенья оголовков должны
опираться на фундаменты, глубина заложения которых зависит от
типа основания: при пучинистых грунтах — на 0,25 м больше рас-
четной глубины промерзания в районе строительства; при непучи-
нистых грунтах — не менее 1,25 м. При скальных грунтах можно
уменьшить глубину заложения фундаментов оголовков.
В зависимости от типа грунтов основания, их несущей способ-
ности, уровня грунтовых вод и высоты насыпи тело круглых труб
может опираться на бетонный фундамент, гравийно-песчаную по-
душку или на спрофилированное по очертанию трубы земляное ло-
же. В связи с тем что давление от веса насыпи и временной под-
вижной нагрузки по длине трубы неодинаково, различны и дефор-
мации основания даже при однородных грунтах. Чтобы предотвра-
тить расстройство стыков звеньев труб, их сборные или монолит-
ные бетонные фундаменты выполняют секциями (блоками) длиной
1,5—3 м. Деформационные швы между секциями (3—5 см) допус-
кают вертикальные перемещения смежных секций без нарушения
целостности тела трубы и стыков ее элементов. При сооружении
секций фундаментов длиной более 5 м или сплошного фундамента
на всю длину трубы его необходимо рассчитывать на изгиб в про-
дольном направлении и соответствующим образом армировать.
Как правило, сплошные фундаменты неэкономичны.
Бесфундаментные трубы (рис. 30.5, а, б) можно выполнять при
крупнообломочных и плотных песчаных (кроме пылеватых) грун-
тах, а также твердых и полутвердых глинистых грунтах с услов-
ным сопротивлением /?о = 250 кПа. Трубы малых диаметров (d =
= 0,5 м и 0,75 м) можно укладывать только при насыпях высотой
до 0,9—1,35 м. Типовые конструкции бесфундаментных труб диа-
метром 1,0 м выдерживают давление от веса насыпи высотой до
7 м. Бесфундаментные трубы (см. рис. 30.5, б) можно укладывать
и на скальные грунты при насыпях высотой до 15 м.
Фундаментные трубы (рис. 30.5, в—д) применяют при диамет-
рах d^\ м. Ширину подошвы фундамента трубы определяют ис-
ходя из несущей способности грунта по формуле (4.6) для цент-
рально нагруженных фундаментов. Типовые трубы d=l,0 м раз-
работаны для насыпей высотой до 7 м, трубы больших диаметров
могут быть использованы для насыпей до 20 м. При недостаточной
несущей способности грунтов основания фундаменты сборного ти-
па (см. рис. 30.5, г) и монолитные фундаменты (см. рис. 30.5, д)
используют как ростверки свайных фундаментов.
Арматурный каркас круглых труб состоит из двух рядов рабо-
чей арматуры, расположенной по окружности и выполненной в ви-
де спирали (рис. 30.6, а), поперечной арматуры в виде хомутов и
197
0,25
Рис. 30.5. Бесфуидаментиые (а, б) и фундаментные (в, г, д) трубы:
/ — обмазочная гидроизоляция; 2— подготовка из гравия или щебня; 3 — гравийио-песчаная
подушка; -/ — лекальный блок; 5 — монолитная или сборная плита; 6 — монолитный фунда*
мент
Рнс. 30.6. Схема армирования труб:
(У — звена круглой трубы; б, в — лекального блока; г — круглой с плоским основанием;
/ — наружная рабочая арматура; 2 — внутренняя рабочая арматура; 3— расвределительная
арматура; 4 — хомуты
198
распределительной продольной
арматуры. Лекальные блоки (см.
рис. 30.6, б, в) армируют конст-
руктивно.
Более простая конструкция
сопряжения звеньев труб с плос-
ким фундаментом приведена на
рис. 30.6, г. Такие трубы упроща-
ют строительство, но увеличива-
ют трудовые затраты и расход
арматуры по сравнению с ци-
линдрическими звеньями.
В последнее десятилетие на
автомобильных дорогах нашли
широкое применение сборные же-
лезобетонные цилиндрические
трубы с длинномерными звенья-
ми (£ = 24-5 м), имеющими тор-
цовые участки специальной фор-
мы: раструбные (рис. 30.7, а, б),
фальцевые (рис. 30.7,в). Типо-
вые звенья таких труб изготавли-
вают диаметрами 1,0; 1,2; 1,4 и
1,6 м. Монтаж труб из длинно-
мерных звеньев выполняют быст-
рее, чем из звеньев метровой
длины, но требуется более тяже-
лое крановое оборудование.
Иногда используют аналогич-
ные по конструкции дорожным
трубам типовые раструбные или
фальцевые длинномерные звенья,
предназначенные для ливневой
канализации промышленных
предприятий. При изготовлении
таких труб необходимо удовлет-
ворить условия по морозостойко-
сти бетона.
В опытном порядке применя-
ют трубы и других поперечных
сечений: овоидальные, четырех-
шарнирные, овоидальные с плос-
ким основанием, скомбинирован-
ным армированием.
Наружные поверхности эле-
ментов труб покрывают обмазоч-
ной или оклеенной гидроизоляци-
Рис. 30.7. Длинномерные звенья труб:
а — раструбные (тип ТРС н РТБ); б —
раструбные (тнп РТ); в — фальцевые
Рис. 30.8. Стыки звеньев труб с об-
мазочной гидроизоляцией:
а— гладкие звенья; б — раструбные зве-
нья;
/ — звено трубы; 2 — отделочный слой из
горячей битумной мастики толщиной 1,5—
3 мм; 3 — мешковина илн щелочестойкая
стеклоткань; 4 — горячая асбестоцементная
или асбестобитумная мастнка; 5 — битум-
ный лак; 6 — цементный раствор; 7 — пак-
ля. пропитанная битумом; 8 — горячая ас-
бестобнтумная мастика
199
Рис. 30.9. Схемы сборных прямоугольных железо-
бетонных труб;
а — одноочковая из сборных звеньев; б и в — одно- и
двухочковая нз сборных элементов; е — армирование
звена
ей. Обмазочная изоляция состоит из двух слоев горячей или хо-
лодной битумной мастики, которую наносят по грунтовке из бй|
тумного лака. Оклеечная изоляция состоит из трех слоев битумио!
мастики, армируемой двумя слоями мешковины или ща
лочестойкой стеклоткани. Для предохранения гидроизоляции от
повреждений во время засыпки трубы поверх изоляции выполняют
защитный слой. При многоочковых трубах пазухи между трубамг
заполняют бетоном (см. рис 30.1,6), поверх которого устраивают
гидроизоляцию.
Особое внимание уделяют тщательности выполнения швов меж-
дву звеньями труб (рис. 30.8).
Основным элементом, обеспечивающим герметичность шво!
является плотноутрамбованная (зачеканенная) пакля, пропитаг
ная битумом.
Прямоугольный контур сборных железобетонных труб боль
ших отверстий, как правило, образуют из отдельных элементов за
водского изготовления разнообразных типов и конфигурации (ри<
30.9).
Время монтажа таких труб значительно увеличивается, тат
как требуется образовать замкнутый арматурный каркас (см. рис
30.9, г), обетонировать стыки, обеспечить уход за бетоном омоно
ливания стыков.
При слабых грунтах основания, которые не могут воспринят!
давление от веса трубы и насыпи или сильно оседают, в проект!
рассматривают несколько вариантов замены или усиления слабой
грунта, устройство столбчатого или свайного фундамента. Стой
мость трубы такого типа становится сравнимой со стоимостью ма
лого моста.
30.3. Конструкция каменных и бетонных труб
Каменные и бетонные трубы выполняют в виде массивных бс
ковых стенок со сводчатым перекрытием (рис. 30.10). Пролеты ка
менных и бетонных труб обычно не превышают 4—5 м.
200
Рис. 30.10. Каменные н бетонные трубы:
а —- каменная труба на сплошном фундаменте; б —каменная труба на раздельном фунда-
менте; в — бетонная труба;
/ — обратный свод; 2 — оклеечная изоляция; 3 — мощеный лоток; 4— бетонный трехшарнир-
ный свод
Своды из каменной кладки или бетона в большинстве случаев
выполняют бесшарнирными, круговыми, что упрощает подмости и
опалубку (кружала). С целью экономии материала иногда своды
выполняют подъемистыми или по кривой давления. В некоторых
случаях выполняют бетонные и железобетонные своды двух- и
трехшарнирными.
Толщина стен по обрезу фундамента составляет 0,3—0,5 высо-
ты труб. Толщину ключевой части назначают не менее 25—40 см
для бетонных и 35—60 см — для каменных сводов.
При слабых грунтах целесообразно устраивать общий фунда-
мент, что позволяет снизить давление по подошве. Для улучшения
работы фундамента в трубе устраивают обратный свод, который
одновременно является лотком для протекания воды.
30.4. Конструкция металлических и полимерных труб
Первые металлические гофрированные трубы из сварочного
железа и позже из малоуглеродистой стали были изготовлены из
волнистого оцинкованного железа на Петербургском металличес-
ком заводе в 1875 г. К 1888 г. на Среднеазиатской (бывш. Закас-
пийской) железной дороге было уложено 1800 м труб диаметром
0,53—1,07 м. До 1914 г. на различных железных и некоторых авто-
мобильных дорогах юга и центра России было построено еще
64000 м металлических труб. Тогда же начали изготовлять и
строить чугунные трубы диаметром до 2,1 м. Большая часть ме-
таллических труб, построенных до 1914 г., находится в эксплуата-
ции до настоящего времени.
За рубежом металлические водопропускные трубы были пост-
роены впервые в США в 1896 г. В других странах такие трубы на-
чали возводить только в текущем столетии, а в Японии — в пос-
201
1
ледние два десятилетия. В настоящее время металлические трубы
широко применяют и в нашей стране, и за рубежом, как в суро-
вых северных климатических условиях, так и в жарких, тропичес-
ких районах.
По сравнению с железобетонными металлические гофрирован-
ные трубы имеют ряд преимуществ: малый вес элементов, удобст-
во складирования и транспортировки в пачках, простота сборки не-,
большим количеством рабочих, короткие сроки строительства, эко-
номическая эффективность и др.
По форме поперечного сечения гофрированные трубы подразде-
ляют на круглые, эллиптические, овоидальные, трубы-арки, ароч-
ные и коробовые мосты-трубы (рис. 30.11).
Наиболее широко в дорожном строительстве используют круг-
лые трубы. Эллиптические трубы применяют при засыпке грунтом
с малой степенью плотности. Овоидальные трубы наиболее часто
возводят для пешеходных тоннелей и скотопрогонов. Трубы-арки и
арочные мосты-трубы используют и как водопропускные, и как
тоннельные мосты при ограниченной высоте насыпи.
Типовой проект круглых одно- и многоочковых водопропускных
труб диаметром 1,5—3,0 м из гофрированного металла толщиной
1,5—2,5 мм, разработанный Ленгипротрансмостом, дает возмож-
ность строить трубы на автомобильных дорогах при высоте насы-
пи до 13 м (рис. 30.12). За рубежом иногда применяют гофриро-
ванные стальные трубы с толщиной металла до 4,3 мм, что поз-
воляет использовать их при высоте насыпи до 30 м.
Восприятие нагрузки тонкостенной трубой зависит не только
от конструкции самой трубы, но и от окружающей ее грунтовой
подушки (основание), грунтовой призмы засыпки, обеспечивающих
совместную работу гибкой конструкции трубы с окружающим
грунтом. Надежность работы системы труба—грунт зависит от ти-
па окружающего грунта, способов его укладки и уплотнения. По-
этому к материалу грунтовой призмы предъявляют более высокие
требования, чем к грунту земляного полотна. В зависимости от мо-
дуля деформации грунт должен быть уплотнен до 0,95—0,98 мак-
симальной стандартной плотности. Гранулированным грунтам от-
дают предпочтение, связные грунты уплотняют при оптимальной
влажности. Илистые и скальные грунты нежелательны.
Рис 30 11 Поперечные сечения металлических гофрированных труб
а — круглая б — эллиптическая, в — овоидальная г — труба арка, д — арочная мост труба
202
В условиях северной зоны на-
шей страны, где преобладают
мелкие или пылеватые влажные
и водонасыщенные пески с ма-
лым модулем деформации
(£<20 кПа), строительство гоф-
рированных металлических труб
сопряжено с большими трудно-
стями, так как для выполнения
грунтовой призмы приходится из-
далека привозить соответствую-
щие грунты или строить железо-
бетонные прямоугольные трубы
На основе научных исследо-
ваний и обобщения опыта проек-
тирования и строительства ме-
таллических гофрированных труб
в районах трассы БАМ и севера
Западной Сибири СибЦНИИС
предложил простую и эффектив-
ную конструкцию1 в виде жест-
кого слоя (ограничителя дефор-
маций) на уровне горизонталь-
ного диаметра труб (рис 30 13).
Жесткий слой может быть вы-
полнен из любого материала, об-
ладающего высокими значения-
ми модуля упругости и плотно-
сти Возможно выполнение жест-
кого слоя из местных грунтов, ук-
репленных цементом с соответ-
ствующим подбором состава. Раз-
меры жесткого слоя определяют
по методике, разработанной
СибЦНИИСом
Рис 3012 Металлическая гофриро-
ванная водопропускная двухочковая
труба отверстием 2X1,5 м:
а — общий вид б — продольный разрез,
в — поперечный разрез
1 — верхняя отметка грунтовой призмы,
2 — грунтовая призма 3 — гофрированная
труба, 4—асфальтобетонный лоток, 5 —
бетонный блок протнвофнльтрацнонного
экрана, 6 — лекальный бетонный блок ого-
ловка, 7 — гравнйно песчаная подушка
По предложению Р Е Под-
вального металлические гофрированные трубы применяют в рас-
пластанных логах северной климатической зоны даже при прогно-
зируемом образовании невысоких (до 1 м) наледей — возводят
многоочковые трубы с ярусным расположением по высоте Если
часть отверстий труб большого диаметра, установленных в ниж-
1 А с 592913 СССР, М кл E01F5/00 Устройство для предотвращения дефор-
маций жесткой водопропускной трубы / Богаенко В П, Потапов В С, Подваль-
ный Р Е , Куркин Ю П Заявл 03 05 76, Опубл 28 02 78 Бюл № 6, 2 с
А с 796606 СССР, М кл Е 16L 1/100 Устройство для предотвращения
овализации в грунте гибкого трубопровода / Раткевич М Г, Потапов А С, Под-
вальный Р Е, Богаенко В П Заяв 07 02 79, Опубл. 15 01 81 Бюл № 2, 2 с.
203
нем ярусе, закрывается наледью, водный поток проходит чере
верхние трубы
В зависимости от нагрузок, которые должны выдержать труб1
их секции изготавливают из листов металла разной толщины с ра:
личными размерами и типом гофра (рис. 30.14, а—г). Для тру
диаметром (пролетом) до 3—6 м наиболее распространенные длг
ны волн гофра b = 40-4-150 мм при толщине листов стали 1,5-
4,5 мм. Для высоких насыпей применяют конструкции с круты
гофром (см. рис 30.14, а), которые имеют большую площадь и мс
мент инерции сечения Трубы с треугольным гофром (см рис
30 14, в) применяют редко.
Гофрированные трубы изготавливают различными способами
из отдельных гофрированных листов, поставляемых металургичес
кими заводами, с последующей гибкой листов и пробивкой дыр длг
Рис 30 13 Конструкция гофрированной металлической трубы с жестким слоем
а — из монолитного бетона б — из сборных лннейиых элементов (обломкн свай) I
/ — труба, 2 — жесткие железобетонные элементы с заполнением нз щебня, 3 — заполнен^
песком 4 — защитный лоток из асфальтобетона, 5 — гравийио песчаная подушка 6 — мон^
литиый бетой
204
Рис 30 14 Элементы металлических гофрированных труб
1 — поперечный стык 2— гофрированный элемент, 3 — болты, 4 — продольный стык 5 —
фланец
заклепок или болтов; из стальной полосы со спиральным гофром и
замковым швом (см. рис. 30 14, г) Спирально гофрированные тру-
бы на 4—12% легче, чем трубы из гнутых гофрированных листов,
соединяемые заклепками или болтами.
Для защиты от коррозии стальные трубы подвергают горячему
цинкованию с толщиной слоя цинка 70—100 мкм с наружной и
внутренней стороны. В зависимости от коррозионной активности
(агрессивности) окружающего трубу грунта и протекающей через
нее воды поверх цинкового покрытия наносят дополнительную за-
щиту битумные мастики (с наполнителями или без них), полимер-
ные лакокрасочные покрытия (эпоксидно-полиамидные эмали),
эпоксидно-каучуковые краски, покрытие алюминием) и др Болты,
гайки и шайбы оцинковывают гальваническим способом Шайбы
или прижимные поверхности болтов и гаек выполняют сферичес-
кой формы в соответствии с кривизной трубы В зависимости от
вида и крупности твердых частиц, двигающихся по трубе вместе с
потоком воды, в трубе устраивают лоток из бетона или асфальто-
бетона Угол охвата трубы лотком всегда больше 90°, возвышение
лотка над верхом гребней гофров должно быть не менее 20 мм.
При большой агрессивности среды, помимо защитных покрытий,
увеличивают толщину стенок труб, применяют нержавеющие стали.
Гофрированные листы соединяют с помощью болтов (рис 30 14,
<5, е), заклепок или точечной сварки, образуя секции с последую-
щим стыкованием их В некоторых случаях секции не делают, а
последовательно стыкуют листы, образуя трубу нужной длины.
205
Секции (звенья) некоторых типов труб с поперечным гофром и
трубы со спиральным гофром стыкуют с помощью бандажей. При-
меняют и другие типы соединений.
В настоящее время многие страны, в том числе и СССР, прово-
дят широкие исследования по применению алюминия и его спла-
вов для строительства водопропускных труб. Антикоррозионная
стойкость технического алюминия превосходит сталь только в
грунтах с хорошей воздухопроницаемостью. В болотистых и осо-
бенно щелочных грунтах алюминиевые сплавы корродируют быст-
ро. Алюминиевые сплавы типа АМГ, содержащие до 2,5% магния,
корродируют медленее дюралюминов.
В США сооружают алюминиевые гофрированные трубы отвер-
стием до 4,0 м.
Наиболее долговечными являются водопропускные трубы из
чугуна. На некоторых железных дорогах эксплуатируются трубы
диаметром до 2,1 м, выполненные более 75 лет назад из серого чу-
гуна. На рис. 30.15, а приведена конструкция крайнего звена тру-
бы диаметром 106,7 см, длина секции по стыкам 213,4 см.
С 50-х годов во всех развитых странах начали проводить боль-
шие исследования по применению в дорожном строительстве труб
из синтетических полимерных материалов — полимербетоны, стек-
лопластики, поливинилхлорид и др. Исследования НИИЖБа,
МИИТа и др. показали возможность использования химически
Рис. 30.15. Трубы из чугуна и полимерных материалов:
а — продольный разрез 1Ц)айиего звена чугунной трубы; б — труба из полнвнннлхлорнда;
в — полнмербетонная труба;
1 — тело трубы; 2 — бетонный фундамент; 3 — песчано-гравнйная подушка
206
стойких и прочих полимербетонов, полученных на основе смолы
фАМ, полиэфирных и карбомидных смол.
Положительные качества полимерных материалов — химичес-
кая стойкость и водонепроницаемость. В то же время полимерные
материалы со временем стареют, т. е. изменяются их физико-меха-
нические свойства. Процесс старения полимерных материалов изу-
чен еще недостаточно, что не дает возможность надежно прогно-
зировать их свойства на весь период эксплуатации труб в течение
50—70 лет в различных климатических условиях.
В Англии и США наиболее часто используют полиэтилен, а в
ФРГ — поливинилхлорид для труб диаметром до 2,7 м со спи-
ральным швом (рис. 30.15, б), длина звена — до 12 м. Поливинил-
хлорид— легкий (плотность 1,55 г/см3) и прочный (Ry = 75 МПа)
материал, легко обрабатывается, сваривается и склеивается.
Существенным недостатком полимерных материалов является
большой коэффициент Пуассона (v = 0,4), что не позволяет объе-
динять эти материалы со сталью и бетоном для строительства в
районах с резкими перепадами температур.
В 1960 г. на основе исследований Союздорнии Мосгипротранс
предложил конструкцию трубы из полимербетона (рис. 30.15, в).
В 1974—1975 гг. на железных и автомобильных дорогах осу-
ществлено опытное строительство стеклопластиковых водопропуск-
ных гофрированных труб диаметром 1,5 м, разработанных Лен-
гипротрансмостом. Применение стеклопластиковых труб вместо
железобетонных сокращает сроки строительства в 10—15 раз и
трудоемкость строительно-монтажных работ в 4—5 раз.
30.5. Основы расчета труб
Трубы под насыпями дорог испытывают давление грунта и пе-
редающееся через грунт насыпи давление временной подвижной
нагрузки, находящейся на проезжей части или обочинах. Изнутри
на стены труб действует вес воды, который в большинстве случаев
уменьшает наружное давление, но увеличивает его на фундамент и
основание.
Нагрузка на трубу от веса насыпи зависит не только от высо-
ты столба и удельного веса грунта, но и от взаимодействия частиц
грунта в процессе их деформаций при уплотнении. По данным экс-
периментальных исследований работы жестких (железобетонных)
труб установлено, что в некоторых точках вертикальное давление
превышает давление от веса столба грунта над трубой на 20—40%,
а в некоторых случаях — в 1,5—2,0 раза. Природа увеличения дав-
ления грунта на жесткие (условно недеформируемые) трубы чрез-
вычайно сложна и приближенно может быть объяснена схемой,
приведенной на рис. 30.16.
207
Рис. 30.16. Схемы для определения давления на железобетонную трубу:
о — прямоугольную; б — круглую
В процессе послойной засыпки тела жесткой трубы одновремен-
но с двух сторон возрастает боковое давление, но труба сущест-
венно не деформируется. По мере возрастания слоя над трубой
начинает увеличиваться вертикальное давление. В процессе уплот-
нения насыпи толща грунта дад трубой (см. рис. 30.16, зона //)
оседает на величину S2, а соседние зоны / — на величину Si. Зо-
ны разных осадок разделены условными вертикальными плоскостя-
ми 1—I и II—II, к которым приложены силы трения и сцепления
боковых объемов грунта, двигающихся вниз по отношению к цент-
ральному объему II и пригружающему его. Дополнительная при-
грузка к давлению от веса центрального столба насыпи в инженер-
ных расчетах учитывается коэффициентом Су>1, который входит
в формулу (30.1) для вычисления вертикального давления грунта
от веса насыпи на звенья труб руркПа:
PiP = ytCvyn h,
(30.1)
где у/=1,3 (0,8)—коэффициент надежности; уп—нормативный удельный
вес грунта, кН/м3, для типовых проектов принято уп=17,7 кН/м3; h — высота за-
сыпки от верха дорожного покрытия до верха звена трубы, м; Cv —коэффици-
ент вертикального давления:
cv = h
ltg ч’п;
3 Ка
В =----------------;---------—
tg2 45° tg<pn
(30.2)
(30 3)
в
208
й — диаметр (ширина) звена (секции) по внешнему контуру, м; (рп — норма-
тивный угол внутреннего трения грунта, град, для типовых проектов принято
<рп = 30° — для звеньев труб в иасыпн; (рп = 25° — для оголовков труб; а — рас-
стояние от основания иасыпн до верха звена (секции) трубы, м; К — коэффици-
ент, принимаемый равным 1,2 при фундаментах неподатливых (на скальном
основании или на сваях-стойках), 1,1—при малоподатливых (на висячих сваях),
1,0 — при массивных мелкого заложения и грунтовых (нескальных) основаниях.
Если B>h[D, то следует принимать B = hlD.
Расчетное горизонтальное (боковое) давление рнр, кПа,
Рлр = 7/?п tg2 ^45° —у5-), (30.4)
где hx — высота засыпки от верха дорожного покрытия до середины высоты
звеньев (секций) труб, м
Расчетное вертикальное давление на звенья труб ртл. кПа, от
временной подвижной нагрузки НК-80 при высоте засыпки 1 м и
более
Pvk = 186/(3+ Л). (30.5)
При высоте засыпки меньше 1 м давление на рассматриваемую
часть трубы определяют с учетом распределения давления в грун-
те под углом к вертикали arctg 0,5 (26,5°).
Расчетное значение горизонтального давления от нагрузки
НК-80 phk, кПа,
(45°—фп/2). (30.6)
Вертикальное и горизонтальное давление на трубы от нагру-
зок НГ-60 и АБ выполняют по формулам СНиП 2.05.03-84. На на-
грузки АК расчет труб не производят.
Полное вертикальное pv и горизонтальное рк давления на тру-
бы определяют суммированием давлений от постоянной и времен-
ной нагрузок.
Фактически железобетонные трубы не являются абсолютно
жесткими и в процессе засыпки немного деформируются (рис.
30.17, а). Деформации трубы заканчиваются тогда, когда пассив-
ный отпор грунта по боковым поверхностям будет равен давлению
стенок трубы. При слабо уплотненной насыпи возможно разруше-
ние трубы, так как большие деформации вызовут изгибающие мо-
менты в продольных сечениях трубы больше предельных по не-
сущей способности. Армирование круглых железобетонных труб
следовало бы выполнять в соответствии с эпюрой моментов (см.
Рис. 30.17, б, в). При таком армировании необходимо указывать,
гДе располагается верх трубы, что не отвечает требованиям тех-
нологии строительства. Исходя из условий обеспечения скоростно-
го строительства при соблюдении прочности в круглых трубах уста-
навливают рабочую арматуру по внутреннему и наружному пери-
метрам (см. рис. 30.17), что позволяет укладывать звенья в любом
209
Рис 30 17. Схемы деформаций круглых труб:
а — деформации жесткой (железобетонной) трубы; б — эпюра изгибающих моментов, в —
армирование в соответствии с эпюрой моментов, г — армирование с учетом технологии
строительства, д — деформации гибкой (металлической) трубы; :
1 — рабочая арматура; 2 — распределительная арматура, 3 — наружная рабочая арматура^
4— внутренняя рабочая арматура; 5 — сеченне гибкой трубы до деформации; 6 — то жц|
в момент предельного равновесия; 7 — то же после нсчерпаиня несущей способности; 8 —а
упругий отпор (пассивное давление) g
г
положении. С целью использования однотипной технологии навив-1
ки многие заводы-изготовители располагают внутреннюю рабочую^
арматуру после распределительной, считая от внутренней поверх-^
ности (см. рис. 30.6, а). |
Изгибающие моменты в продольных сечениях круглых железо-)
бетонных труб
Л4 = гар[1—fg2(450 —6’ (30.7)
где rd — средний радиус звена, м, р — расчетное давление на звено, прини-
маемое для труб под автомобильные дороги по формуле
p=l,3prP+l,2pcft; (30.8)
б — коэффициент, принимаемый в зависимости от условий опирания звена:
6=0,25 — при опирании круглого звена на грунтовую (профилированную) уплот-
ненную подушку при а^90°; 6 = 0,22 —при опирании круглых звеньев на фунда-
мент через бетонную подушку с углом охвата а^120°. Остальные обозначения
приведены ранее
Расчет конструкции трубы на прочность производят по прави-
лам расчета изгибаемых железобетонных элементов. Предельное*
раскрытие трещин равно 0,02 см.
Прямоугольные железобетонные трубы рассчитывают как рам-
ные конструкции на упругом основании. При определении усилий в
сечениях прямоугольной трубы с небольшой высотой засыпки сле-
дует рассматривать несколько схем загружения временной под-
вижной нагрузкой — над трубой и в пределах призм обрушения с
одной или двух сторон. Подбор сечений производят по правилам
расчета внецентренно сжатых элементов.
Стальные гофрированные трубы вследствие своей
гибкости воспринимают давление грунта и деформируются несколь-
ко иначе, чем жесткие железобетонные круглые трубы. В начале
послойной засыпки сечение круглой гофрированной трубы дефор-
мируется (овализирует) вверх. В дальнейшем, при возрастании
210
высоты насыпи, трубы деформируются внутрь по вертикали и в на-
ружные стороны — по горизонтали. В отличие от деформаций грун-
та над жесткими (железобетонными) кольцами (см. рис. 30.16, б)
столб грунта над металлическими трубами оседает больше, чем
смежные зоны насыпи, которые частично поддерживают объем
грунта II. Следовательно, вертикальное давление грунта на гибкую
гофрированную трубу будет меньше давления от веса столба грун-
та над ней. Так как гипотезы различных теорий, отражающих ра-
боту тонкостенной трубы в грунте, в той или иной степени идеали-
зируют грунт, большинство авторов, проводивших теоретические и
экспериментальные исследования, рекомендуют не учитывать
уменьшение вертикального давления. Это положение закреплено в
СНиП 2.05.03-84, где разрешено определять вертикальные и гори-
зонтальные давления на гофрированные трубы по формулам
(30.1) — (30.6), принимая в формуле (30.1) значение коэффициента
Cv=\.
Разработанный ВНИИ транспортного строительства метод гео-
метрически и физически нелинейного расчета гибких металличес-
ких труб и учет зарубежного опыта Гипротрансмостом поло-
жены в основу расчетных положений типового проекта металличес-
ких гофрированных труб. Метод реализует идею о том, что пре-
дельное состояние гибкой трубы под нагрузкой может быть при
нулевом значении пассивного отпора грунта, так как вследствие
роста чрезвычайно больших поперечных деформаций трубы, на-
правленных внутрь (рис. 30.17, д), объем трубы начинает умень-
шаться и, следовательно, дальнейшее уплотнение грунта не проис-
ходит.
Расчетная осевая сжимающая сила на единицу длины стенки
трубы
N — pD/2, (30.9)
где D — средний диаметр трубы, м; р — расчетное значение давления, кПа.
Устойчивость стенки проверяют по формуле
<j = h/m<fA "С Ry, (30.10)
где т = 0,7 — коэффициент условий работы; <р — коэффициент продольного
изгиба; А — площадь поперечного сечения трубы на единицу длины; Ry — рас-
четное сопротивление материала трубы.
Контрольные вопросы
1 Каковы основные достоинства н недостатки водопропускных труб в срав-
нении с малыми постами?
2 . Для какой цели выполняют оголовки труб?
3 В каких условиях применяют трубы с фундаментами?
4 . Почему у круглых железобетонных труб имеется два ряда рабочей спи-
ральной арматуры?
5 Какие основные преимущества имеют металлические трубы?
6 Почему под действием нагрузки деформации круглых труб нз металла н
железобетона различны?
211
Глава 31
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СООРУЖЕНИЯ НА ГОРНЫХ ДОРОГАХ
31.1. Общие сведения
Строительство и эксплуатация автомобильных дорог в горных
районах сопряжены с определенными трудностями. Горные дороги
прокладывают преимущественно по косогорам, крутым склонам,
основаниям откосов и ущельям, причем в зависимости от топогра-
фических и горно-геологических условий дорожное полотно распо-
лагают в выемке, на насыпи или в полувыемке-полунасыпи. При
этом необходимо обеспечить общую и местную устойчивость скло-
нов и откосов и предотвратить возможные обрушения пород,
вызванные нарушением равновесного состояния горного мас-
сива.
Кроме того, для бесперебойного и безопасного движения по
горным дорогам приходится защищать их от возможных обвалов
и камнепадов, оползней, снежных заносов и лавин, водных и селе-
вых потоков.
В связи с этим по трассе горных дорог возводят специальные
сооружения, количество которых обычно в 2—2,5 раза больше, чем
на равнинных дорогах (на1 км), а стоимость их может достигать
50% общей стоимости дороги.
Для возможности прокладки дороги через глубокие ущелья и
каньоны при наличии крутых горных склонов, когда трассирова-
ние дороги непосредственно по ним нецелесообразно или практи-
чески невозможно, чаще всего возводят мостовые сооружения:
виадуки, эстакады, мосты, полумосты и балконы.
Во многих случаях для преодоления высотных препятствий -и
сокращения общей длины дороги сооружают тоннели (см. раз-
дел 11) или полутоннели.
Для укрепления и стабилизации крутых откосов насыпей и вы-
емок устраивают подпорные и облицовочные стены.
Для защиты дороги от камнепадов, обвалов, снежных лавин и
заносов сооружают противообвальные, противолавинные и снего-
защитные галереи, которые обеспечивают пропуск обваливших-
ся масс породы или снега над дорогой. Этой же цели служат улав-
ливающие сооружения — траншеи, рвы, сетчатые ограждения, ва-
лы, барражные стены, которые перехватывают лавины, оползни,
осыпи, сели.
Для пропуска сточных вод через полотно дороги предназначены
трубы под насыпями, водосбросы, лотки и быстротоки, а для про-
пуска грязевых и селевых потоков — селедуки.
При пересечении трассой дороги горных рек часто устраивают
регуляционные и берегоукрепительные сооружения — струенаправ-
212
ляющие дамбы, буны, габионы, бетонные тюфяки и плиты, предо-
храняющие берега рек от подмыва и закрепляющие дно.
Помимо указанных видов сооружений, на горных дорогах воз-
водят также ограждающие конструкции — парапеты, надолбы, ко-
лесоотбойные брусья и стенки, способствующие безопасности дви-
жения.
Для проектирования и строительства специальных сооружений
на горных дорогах необходимы тщательные инженерно-геологи-
ческие и топографические изыскания. В процессе изысканий выяв-
ляют особенности рельефа местности, характер и интенсивность
горно-обвальных явлений, фиксируют места схода лавин, селей и
оползней, изучают геологическое строение горного массива, физи-
ко-механические свойства грунтов, степень их выветриваемости и
трещиноватости, наличие тектонических нарушений и пр. Изыска-
ния проводят путем детальных обследований с производством
геодезических геолого-разведочных работ и лабораторных испы-
таний.
Строительство специальных сооружений на горных дорогах
имеет ряд особенностей, обусловленных сложными топографичес-
кими и климатическими условиями, труднодоступностью районов
строительства, удаленностью от индустриальных баз. Это вызыва-
ет затруднения в применении сборных железобетонных конструк-
ций, требует устройства временных подъездных дорог и мостов для
доставки элементов конструкций, материалов и оборудования. Кро-
ме того, возведение специальных сооружений, особенно в условиях
высокогорья, можно вести только в теплое время года.
Все это значительно удлиняет сроки и повышает стоимость
строительства.
При строительстве специальных сооружений на автомобильных
дорогах для доставки материалов и оборудования наряду с автомо-
бильным транспортом в труднодоступных районах применяют под-
весные канатные дороги, фуникулеры, а иногда вертолеты.
Строительство специальных сооружений по трассе горных дорог
необходимо вести с обязательным соблюдением требований охраны
окружающей природной среды.
Разнообразные искусственные сооружения — тоннели, подпор-
ные и облицовочные стены, полумосты, балконы и эстакады, за-
щитные галереи, трубы, улавливающие и регуляционные сооруже-
ния—построены на горных дорогах СССР, главным образом в Кры-
му, на Кавказе и в Средней Азии. Например, по трассе Кавказской
перевальной дороги длиной 53,7 км построено 175 искусственных
сооружений: Рокский тоннель длиной 3,6 км, 13 мостов, 140 водо-
пропускных труб, 13 подпорных стен и 8 противолавинных галерей.
Аналогичные сооружения эксплуатируют и строят в горах Болга-
рии, Чехо-Словакии, Югославии, Италии, Франции, Швейцарии,
США, Японии и других стран.
213
31.2. Гравитационные подпорные стены
При проложении трассы горной дороги в насыпях и выемках
для увеличения крутизны их откосов и сокращения объемов скаль-
ных работ устраивают подпорные стены, удерживающие породный
массив, откос которого имеет крутизну большую, чем предельная,
по условиям устойчивости.
Различают низовые подпорные стены, удерживающие откос на-
сыпи (рис. 31.1, а), и верховые стены, закрепляющие откос выем-
ки (рис. 31.1, б). В полунасыпях-полувыемках, а также при разви-
тии трассы дороги в виде петель или серпантина требуется устрой-
ство верховых и низовых стен (рис. 31.1, в).
Иногда подпорные стены служат не только для закрепления
откосов, но и для проложения по ним участка автодороги, являясь
составной частью насыпи (рис. 31.1, г). Подпорные стены устраи-
вают и для защиты от размыва полотна дорог, проходящих вдоль
горных рек, а также для крепления откосов предпортальных вые-
мок на подходах к тоннелям; они входят в состав защитных гале-
рей и улавливающих сооружений.
В зависимости от высоты и крутизны откосов, свойств горных
пород и условий их залегания применяют подпорные стены гра-
витационные, устойчивость которых обеспечивается собствен-
ным весом или грунтовым пригрузом, и заанкеренные, удер-
живаемые анкерными устройствами.
Гравитационные стены выполняют массивными из каменной
кладки, монолитного бетона и бутобетона, из сборных бетонных
блоков на цементном растворе или облегченными из монолитного
или сборного железобетона.
Низовые массивные подпорные стены (рис. 31.2, а—в) проекти-
руют с вертикальной или слабо наклонной наружной и уступчатой
или ломаной внутренней гранью, что повышает сопротивление сте-
ны опрокидыванию и сокращает расход материалов кладки. Фун-
даменты таких стен можно развивать только в сторону насыпи,
так как с противоположной стороны располагается горный склон.
Рис. 31.1. Схемы низовых н верховых подпорных стен на горных дорогах:
J — низовая стена; 2 — насыпь; 3 — проезжая часть; 4 — верховая стена
214
Рис. 31.2. Поперечные сече-
ния низовых и верховых
массивных подпорных стен:
1 — стена; 2 — насыпь; 3 — про-
езжая часть; 4 — дренажные
устройства; 5 — фундамент
Верховые подпорные стены (рис. 31.2, г, д) находятся в более
трудных условиях, так как в большинстве случаев воспринимают
нагрузку со склонов значительной высоты. Однако они могут иметь
фундамент, развитый в направлении действия сил, передающихся
со склона, что позволяет создать более экономичную конструкцию.
Задней грани верховых стен иногда придают уклон до 5 : 1 в сто-
рону склона, а переднюю грань устраивают прямолинейной или
ломаной с наклоном в ту же сторону.
Толщина массивных стен из каменной кладки и бутобетона по-
верху должна быть не менее 0,6 м, а из монолитного бетона — не
менее 0,4 м с увеличением к фундаменту. Ширину стены по обрезу
фундамента принимают равной не менее (0,35-~-0,4)Д, где Н—
высота стены.
Глубина заложения подошвы фундамента подпорных стен в
скальных грунтах должна быть не менее 0,25 м, в нескальных не-
пучинистых грунтах — не менее 1 м, а в прочих грунтах должна
не менее чем на 0,25 м превышать расчетную глубину промер-
зания.
Для увеличения устойчивости стены против сдвига по подошве
фундаменту придают уклон в сторону, противоположную возмож-
ному сдвигу, или устраивают свайные фундаменты. По длине
сплошные подпорные стены могут иметь переменную высоту, что
достигается ступенчатым или плавным переходом.
В некоторых случаях для укрепления наклонных слоев грунта
Устраивают ограниченной длины подпорные сооружения — контр-
форсы, которые в отличие от сплошных подпорных стен закреп-
215
Рис. 31.3. Подпорные стены из монолитного железобетона:
/— стена; 2— проезжая часть; 3 —насыпь; 4 —дренажные устройства; 5 — фундаментная
плнта; 6 — контрфорс; 7 — «шпора»; 8 — разгружающая площадка
ляют откосы только в отдельных местах и могут объединяться
плоским или сводчатым заполнением.
Для лучшего приспособления к неравномерным осадкам, а так-
же для компенсации температурных и усадочных напряжений
сплошные подпорные стены разделяют по всей высоте деформа-
ционными швами, располагая их в бетонных стенах не реже чем
через 10 м, а в каменных — не реже чем через 25—50 м.
Для отвода воды, скапливающейся за подпорными стенками,
в них устраивают дренажные отверстия размерами не менее
15х 15 см и застенные дренажи из щебня или гравия.
Массивные подпорные стены и контрфорсы характеризуются
чувствительностью к неравномерным осадкам основания, значи-
тельной материалоемкостью и трудоемкостью возведения в связи
с ограниченными возможностями механизации работ.
Облегченные подпорные стены из монолитного железобетона
имеют значительно меньшие толщины, чем массивные стены,
вследствие чего расход материалов сокращается в 1,5—3 раза. Та-
кие конструкции выполняют, как правило, уголкового профиля
в виде вертикальной или наклонной стенки, переходящей внизу
в горизонтальную или слабо наклонную консольную фундамент-
ную плиту, которая со стороны откоса пригружается грунтовой от-
сыпкой.
Стенка трапецеидального очертания имеет толщину вверху ai
не менее 0,15—0,2 м, а внизу а2 порядка (1/io4-1/i2) Н, где Н — вы-
сота стенки (рис. 31.3, а).
Толщина фундаментной плиты d должна быть не менее толщи-
ны стенки внизу (аг).
Длину фундаментной плиты Ьф принимают равной (0,54-0,6) Н,
причем (0,254-0,3)5ф приходится на переднюю bi и (0,754-0,7) Ьф—
на заднюю Ь2 консоли.
216
Такие консольные безреберные стены устраивают высотой Н до
4—6 м. При необходимости закрепления откоса большей высоты
во избежание чрезмерного увеличения толщины стенки целесооб-
разно устройство поперечных ребер жесткости — контрфорсов тол-
щиной не менее 0,25 м, которые размещают по длине стены через
с = 2-М м (рис. 31.3, б).
Для повышения устойчивости стены против сдвига конец фун-
даментной плиты заглубляют в грунт, устраивая бортовую балку —
«шпору», или подошве придают уклон, при котором ее скольже-
нию по грунту сопротивляется масса стены и грунтового пригруза.
При высоте стены Н более 8—10 м целесообразно устраивать
разгружающие площадки, повышающие устойчивость стены против
опрокидывания и облегчающие работу ее нижней части (рис.
31.3,в).
В последнее время на горных дорогах довольно широкое рас-
пространение получили подпорные стены из сборного железобето-
на, в наибольшей степени отвечающие требованиям индустриали-
зации и механизации строительства и характеризующиеся эконо-
мичностью, высоким качеством конструкции и надежностью в экс-
плуатации.
Чаще всего применяют конструкции стен углового профиля,
состоящие из стеновых и фундаментных блоков, объединяемых ме-
жду собой омоноличиванием стыков, сваркой выпусков арматуры
или закладных деталей и пр.
На рис. 31.4, а показана конструкция подпорной стены из вер-
тикальных стеновых блоков ребристого сечения переменной тол-
щины и фундаментного блока также ребристого сечения с пазом
для заделки вертикальной стенки. Фундаментный блок опирают
на бетонные лежни длиной 0,5 м и шириной 0,2 м, утопленные
в щебеночную подготовку. Меняя положение лежней, можно регу-
лировать напряжения в грунте основания под подошвой фунда-
мента. При высоте подпорных стен более 4—6 м ребристые или
сплошные стеновые блоки усиливают контрфорсами, железобетон-
ными или стальными тяжами, а также анкерными плитами, что
позволяет уменьшить боковое давление грунта на стену и повы-
сить экономичность конструкции.
Подпорные стены с анкерными плитами состоят из вертикаль-
ных плоских или ребристых стеновых блоков, опирающихся
на сплошные фундаментные блоки, и наклонных разгружающих
плит, шарнирно соединенных с фундаментными блоками и связан-
ных со стеновыми панелями железобетонными тяжами (рис. 31.4,6).
Применяют подпорные стены из отдельных объемных блоков
таврового поперечного сечения, объединяемых по высоте омоноли-
чиванием стыков с выпусками арматуры. Они состоят из верхнего
блока высотой 2 м, нескольких промежуточных блоков высотой по
1 м и фундаментного блока с опорной плитой толщиной 25 см
, 217
(рис. 31.4, в). Изменяя количество промежуточных блоков, мож-1
но устраивать стены высотой от 3 до 8 м.
При необходимости закрепления откосов на высоту более 8 м
иногда устраивают многоярусные стены, которые могут состоять
из опорных Г-образных блоков, за которые заводят плоские или
арочные панели (рис. 31.4, г).
Сборные конструкции стен могут быть выполнены в виде от-
дельных железобетонных столбов, заделанных в фундаментные
блоки. Между столбами закладывают железобетонные плиты, пе-
редающие нагрузку от грунта засыпки на столбы (рис. 31.4, д).
В ряде случаев подпорные стены сооружают из проволочных
контейнеров, заполненных щебнем или камнем. Плоские сетчатые
элементы из проволоки диаметром 3—4 мм объединяют в контей-
неры на месте строительства и загружают крупнообломочными
материалами, используя экскаваторы или другие погрузчики. Та-
ким образом создают гравитационные подпорные стены различной
конфигурации высотой до 18 м.
В последнее время на автомобильных дорогах получили распро-
странение подпорные стены из армированного грунта. Конструк-
ции состоят из тонкостенных ограждающих железобетонных плит,
к которым под прямым углом закреплены гибкие металлические
Рис 31 4 Подпорные стены из сборного железобетона
/—стеновой блок 2— обвязка, 3 — проезжая часть, 4 — насыпной грунт 5 — фундамент
ный блок, 6 — бетонная подготовка, 7 — лежень, 8 — железобетонный тяж, 9 — анкерная
плнта 10— угловой блок, 11— средине блоки, /2 — опорный блок, 13—арочные панели,
14— железобетонные плиты, 15 — опорный столб
218
Вид A
Рис 315 Подпорная стена из армированного I рунта
/ — ограждающие плнты, 2 — насыпь, 3 — проезжая часть, 4 — гибкие ленты, 5 — засыпка,
6 — ленточный фундамент
ленты, и грунтовой засыпки (рис. 31.5). Принцип действия-таких
подпорных стен основан на том, что боковое давление грунта вос-
принимается арматурными лентами за счет сил трения, возникаю-
щих под действием грунтового пригруза, который является актив-
ным элементом конструкции. Таким образом обеспечивается сов-
местная работа ограждающих плит, анкеров и грунта.
Подпорные стены из армированного грунта устраивают высо-
той до 8—10 м и более и шириной примерно равной высоте стены.
Ограждающие плиты выполняют чаще всего из сборного желе-
зобетона квадратной, полигональной или крестообразной формы
размерами 1,5X1,5; 1,5x2 и 2x2 м, толщиной 18—26 см и массой
около 1 т. Плиты соединяются между собой посредством пазов-
выступов, при помощи закладных деталей, фиксаторов, сваркой
арматурных выпусков и другими способами и опираются в ниж-
ней части на ленточный фундамент из монолитного бетона.
Арматурные ленты чаще всего выполняют из оцинкованной
стали шириной 80—120 и толщиной 3—5 мм. Возможно примене-
ние лент из нержавеющей стали, алюминиевых сплавов, стекло-
пластика или нетканых синтетических материалов Ленты могут
иметь гладкую, рифленую или ребристую поверхность, что повы-
шает коэффициент трения с грунтом. По высоте стены ленты рас-
полагают через 30—35 см и более и закрепляют на железобетон-
ных плитах с помощью накладок на болтах. Засыпка лент произ-
водится, как правило, мелкозернистым песком с добавлением не
более 15% каменных материалов. Она должна обладать хороши-
ми дренирующими свойствами и иметь угол внутреннего трения
не менее 25°.
Подпорные стены из армированного грунта характеризуются
экономичностью и простотой возьздения, причем эффективность их
возрастает с увеличением высоты. Податливость стен за счет де-
формативности грунта делает их нечувствительными к осадкам
основания.
219
31.3. Заанкеренные стены
Наряду с гравитационными подпорными стенами на горных до
рогах находят применение гибкие заанкеренные стень
в виде стального или железобетонного шпунта, пересекающих^
или касающихся буровых свай диаметром 530—1020 мм, сплош
ных траншейных стен, удерживающих откосы насыпей и выемок з<
счет закрепления в грунтовом массиве.
Низовые подпорные стены могут быть закреплены горизонталь
ными тяжами из стальных балок, труб, стержней или пучков высо
копрочной проволоки, закрепленных на массивных железобетон
ных упорах, маячных сваях или плитах за пределами призмы об
рушения (рис. 31.6, а). Такие анкеры устраивают по мере отсыпю
насыпи или укладывают в предварительно вскрытые поперечны*
траншеи.
Рис. 31.6. Заанкеренные подпорные стены:
1 — ограждающая стена; 2— тяж; 3 — проезжая часть; 4—анкерная плита; 5 насыпио!
грунт; 6 — скальные анкеры; 7 — трубы; 8 —заполнение грунтом
220
При закреплении верховых подпорных стен чаще всего приме-
няют скальные анкеры, состоящие из стальных стержней,
прядей или канатов, помещаемых в пробуренные скважины диа-
метром 150—200 мм и глубиной от 4—6 до 20—30 м. Стержни,
пряди или канаты заделывают в скважинах за пределами призмы
обрушения цементным раствором и натягивают домкратами, за-
крепляя на опорных поясах на фасаде стены (рис. 31.6,6). Анкеры
несущей способностью от 300 до 2000 кН располагают под углом
«=204-30° к горизонту с шагом 2—4 м в один или несколько яру-
сов в зависимости от высоты стены.
Наряду со сплошными заанкеренными стенами в ряде случаев
устраивают легкие решетчатые конструкции из перекрестных же-
лезобетонных или стальных балок и труб, закрепленных скаль-
ными анкерами (рис. 31.6, в).
Балки или трубы располагаются вдоль и поперек горного скло-
на и образуют решетку с ячейками 1,5X1,5 или 2X2 м, которые
заполняют монолитным бетоном, набрызг-бетоном или грунтом.
Такие стены могут закреплять склоны крутизной от 4 : 1 до 10:1
на высоту до 7—8 м. Их отличает незначительный расход мате-
риалов, простота возведения, эстетический внешний вид.
Для обеспечения устойчивости верховых откосов глубоких вые-
мок, наряду с анкерной, применяют нагельную (стержневую)
крепь. Стержни из арматурной стали периодического профиля
диаметром 16—25 мм забивают в грунт или устанавливают в зара-
нее пробуренные скважины, закрепляя их цементным раствором.
Длина стержней 1Н составляет (0,54-0,6)77, где Н — глубина выем-
ки, а шаг аи— 1,24-1,5 м. Для защиты от коррозии нагели гальва-
низируют или покрывают пластиковыми материалами. Поверхность
откоса закрепляют тонким слоем (150—250 мм) набрызг-бетона
по стальной или синтетической сетке, защищая грунт от эрозии,
местных вывалов и пр. (рис. 31.7). В результате создается прочная
на растяжение и сдвиг грунтостальная стенка, способная воспри-
нимать горизонтальное давление грунта.
Гравитационные подпорные стены массивной и облегченной
конструкции (рис. 31.8, а, б) рассчитывают аналогичным образом
на действие собственного веса G, активного qa и пассивного qa бо-
кового давления грунта, а также гидростатического давления.
Активное давление грунта действует со стороны поддерживае-
мого откоса и при вертикальной задней грани стены и горизонталь-
ной поверхности земли определяется по формуле
?a = Y</tg2 (45°— <р/2), (31.1)
где у — удельный вес грунта; у — глубина, на которой определяют давле-
ние; <р — угол внутреннего трения грунта.
Если внутренняя грань стены наклонена в сторону откоса, то
боковое давление грунта принимают равным давлению на услов-
ную вертикальную грань стены, включая грунтовый клин в объем
кладки.
221
Пассивное давление грунта, которое действует обычно на фун-
дамент стены со стороны наружной грани,
<?п = У У tg3(45° +<р/2). (31.2]
При расчете низовых подпорных стен, удерживающих откос
насыпи, по которой прокладывают дорогу, при определении боко-
вого давления грунта необходимо учесть действие временной под-
вижной нагрузки Рвр на призме обрушения, располагаемой непо-
средственно за задней гранью стены вплотную к ней. При распо-
ложении подпорной стены вдоль направления движения транс-
портных средств давление от каждого ряда колес приводят к на-
грузке, равномерно распределенной на сплошной полосе.
Усилия в сечениях гравитационных стен находят из уравнений
равновесия, а заанкеренные стены рассчитывают как многопролет-
ные неразрезные балки, защемленные в грунте и свободно опер-
тые в местах постановки анкеров, причем усилия в анкерах рас-
кладывают на горизонтальные и вертикальные составляющие (рис.
31.8, в, г). Анкеры рассчитывают по несущей способности и прове-
ряют прочность анкерной тяги на разрыв. Облегченные подпорные
стены из монолитного или сборного железобетона, помимо расчета
по прочности и устойчивости, проверяют по трещиностойкости и
деформациям.
При расчете гравитационных стен проверяют напряжения на
грунт под подошвой фундамента:
а) при e = M/N <Ь/&
N'F<R и N/F-+ M/W^l,2R;
б) при е — М/N >Ь/6
222
где b — ширина подошвы фундамента, с=(&/2—MJN)—расстояние от наи-
более нагруженного края подошвы фундамента до точки приложения продольной
силы N; М я N — изгибающий момент и продольная сила в сечении подошвы
фундамента; Р и W — площадь и момент сопротивления подошвы фундамента;
R — расчетное сопротивление грунта сжатию.
Гравитационные подпорные стены проверяют также на устой-
чивость против опрокидывания и сдвига по подошве.
Проверка устойчивости стены против опрокидывания сводится
к определению расчетного момента опрокидывающих сил Моа от-
носительно оси, проходящей через переднее нижнее ребро подош-
вы фундамента стены (точка А на рис. 31.8, а), и предельного мо-
Рис. 31 8. Схемы к расчету массивной, облегченной и заанкеренной подпорных
стен
223
мента Л4пр, равного моменту удерживающих сил относительно той
же оси, отношение которых должно удовлетворять условию
^оп/^пр^т> (31.3)
где т — коэффициент условий работы, равный 0,7 для нескальных и 0,8 для
скальных оснований.
Проверку устойчивости подпорных стен против скольжения
выполняют по условию
Т'сд/Т'пр /,г1 • (31.4)
где Тсц—проекция сдвигающих сил иа плоскость скольжения; 7пр—пре-
дельная сдвигающая сила, равная проекции удерживающих сил на ту же плос-
кость; mt — коэффициент условий работы, равный 0,8 для низовых и 0,9 для вер-
ховых подпорных стеи.
Подпорные стены из армированного грунта рассчитывают как
гравитационные стены на общую устойчивость. При этом растяги-
вающие усилия в каждом армирующем элементе 7\ не должны пре-
вышать их прочности на растяжение /?т:
Ti =-^TT7TVo^2tg2(45°-<F/2)</?T, (31.5)
л («тЧ
где п — общее число слоев с полосами; I — номер полосы; И — высота стены;
ц — угол внутреннего трения грунта; у0 — удельный вес грунта с армирующими
элементами.
Аналогичным образом рассчитывают подпорные стены, арми-
рованные нагелями.
Работам по возведению подпорных стен предшествует расчист-
ка склонов и откосов. Прежде всего сбрасывают и удаляют нави-
сающие над дорогой каменные глыбы, а затем заполняют отдель-
ные пустоты в горном склоне бетонной смесью или цементным ра-
створом. Кладку стен из отдельных камней ведут вручную с при-
менением средств малой механизации. Бетонные и железобетонные
стены возводят с применением сборно-разборной опалубки. Бетон-
ную смесь подают за опалубку бетононасосами с последующей по-
слойной укладкой и уплотнением глубинными вибраторами. Сбор-
ные железобетонные элементы рационально монтировать кранами
непосредственно «с колес».
Стены из армированного грунта возводят в следующей очеред-
ности. Вначале вдоль фасада стены вскрывают траншею глубиной
до 1 м, в которой бетонируют фундамент. На фундамент устанав-
ливают первый ряд фасадных плит, закрепляют на них арматур-
ные ленты и производят отсыпку и уплотнение первого слоя грунта
толщиной 30—35 см. Затем в аналогичной последовательности сте-
ну наращивают до проектной высоты. На оползневых горных скло-
нах подпорные стены могут быть возведены способом опускного-
колодца из отдельных железобетонных секций с последующим за-
полнением бетоном илн грунтом.
224
31.4. Эстакады вдоль склонов, полумосты и балконы
При проложении трассы дороги вдоль крутых горных склонов,
особенно в неблагоприятных горно-геологических условиях, вза-
мен высоких насыпей и глубоких выемок часто оказывается целе-
сообразным устройство эстакад, полумостов и балконов.
Эстакады вдоль склонов имеют преимущества по срав-
нению с насыпями при возвышении пролетных строений над скло-
ном на 20—25 м и более. В этом случае значительно сокращаются
объемы земляных работ, не нарушается устойчивость грунтового
массива. Кроме того, устройство эстакад вместо насыпей позво-
, ляет сохранить ценные земельные угодья, способствует улучшению
условий видимости и обзорности, повышает эстетические качества
' участков горной дороги.
, Обязательным условием возможности создания эстакад явля-
‘ ется близкое залегание коренных устойчивых грунтов, на которые
можно опереть фундаменты опор.
В некоторых случаях под эстакадами предусматривают про-
пуск скальных обвалов или небольших снежных лавин. В связи
с этим в местах наиболее вероятного движения каменных или
снежных масс промежуточные опоры не устраивают или защища-
ют их камнеотбойными железобетонными или бетонными стенами
с амортизирующей отсыпкой и проверяют расчетом на ожидаемые
динамические воздействия.
Большое количество эстакад построено в горах Болгарии (на
автомагистрали «Хемус»), Италии, Швейцарии и других странах.
При наличии по трассе дороги частых и крутых поворотов эс-
такады проектируют, как правило, криволинейными в плане и про-
филе в соответствии с топографическими условиями горной мест-
ности (рис. 31.9). Иногда устраивают две эстакады для односто-
роннего движения, располагая их в одном или разных уровнях.
Схема разбивки эстакады на пролеты определяется прежде
всего свойствами грунтов в основании опор. Получили распростра-
нение эстакады с разрезными и неразрезными балочными или рам-
но-консольными пролетными строениями из ребристых или короб-
чатых балок постоянной или переменной высоты. Наряду с моно-
литными, применяют прямолинейные или криволинейные пролет-
ные строения из сборного железобетона. Конструкции опор, как
правило, столбчатые кругового, прямоугольного или эллиптическо-
го сечения. Проезжую часть на криволинейной эстакаде устраива-
ют с односторонним уклоном и уширяют с внутренней стороны для
обеспечения безопасности движения.
Полумосты возводят на отдельных труднодоступных участ-
ках трассы во избежание нарушения устойчивости крутых склонов
устройством широкой врезки и располагают на горном склоне так,
что проезжая часть дороги полностью или частично размещается
на несущей конструкции полумоста. В первом случае между кон-
8 Зак. 578 2 25
Рис. 31 9 Общий вид эстакады вдоль горного склона
226
Рис 31 10 Схемы арочного и
балочных полумостов-
/—ограждение, 2 — арка, 3— мас-
сивная опора, 4—подпорная стена,
5 — проезжая часть, 6 — пролетное
строение, 7 — Г-образная опора,
8 — скальные анкеры
струкцией полумоста и горным склоном остается зазор, а при ча-
стичном размещении проезжей части на полумосту пролетное
строение опирается одной стороной на берму, устроенную в горном
склоне. Между конструкцией полумоста и косогором устраивают
деформационный шов.
На существующих горных дорогах большинство полумостов —
арочные из каменной кладки или монолитного бетона. Опоры та-
ких полумостов имеют переменную высоту в поперечном от оси
дороги направлении в соответствии с рельефом местности (рис.
31.10,а).
В последнее время получили распространение полумосты из же-
лезобетона в виде ребристых или коробчатых балок и плит, опи-
рающихся на Г-образные рамы (рис. 31 10,6), или на массивные
бетонные опоры В случае необходимости опоры полумостов могут
быть закреплены скальными анкерами значительной длины (рис.
31.10,в).
Индустриальность изготовления и возможность механизирован-
ного монтажа предопределяют преимущества полумостов из сбор-
ного железобетона. Однако сложность унификации и типизации
таких конструкций в связи с необходимостью приспособления их
к рельефу местности требует в каждом отдельном случае индиви-
дуального проектирования и изготовления.
8* 227
В горных местностях со сложным рельефом (например, на верх-
них ярусах крутых, обрывистых склонов), когда устройство опор
полумостов крайне затруднено, применяют балконы, представ-
ляющие собой заанкеренные в горном склоне консольные выступы,
на которых частично или полностью располагается проезжая часть
дороги.
Применение балконов ограничено прочными и устойчивыми
скальными грунтами, в которые должны быть заанкерены консоль-
ные выступы. В практике строительства горных дорог применяют
балконы преимущественно из сборного и сборно-монолитного же-
лезобетона. Устройство балконов целиком из монолитного железо-
бетона сопряжено с трудностями бетонирования, так как крутые
горные склоны, на которых чаще всего возводят балконы, требуют
возведения высоких и громоздких подмостей.
Сборные конструкции могут состоять из ребристых консольных
балок, вылет которых /к о зависимости от уступа в горном склоне
Рис 3111 Схемы балконов:
1—проезжая часть, 2 — ограждение, 3— железобетонный блок, 4 — тощий бетой, 5 — же.
зобетоииая анкерная тяга-консоль, 6 — несущие буронабивные сван, 7 — сваи заполнен!
В— анкерные сваи, 9 — железобетонные плиты, 10 — оголовок анкерной сваи, 11 — плоское
скольжения
228
составляет 0,75—2,0 м. Опорный участок корытообразного профи-
ля длиной /о=1,5-=-3 м заполняют крупнообломочным материалом
или тощим бетоном и заделывают в скалу «шпорой», предохраняю-
щей конструкцию балконов от сдвига. Таким образом, опорный
участок балкона является противовесом, обеспечивающим устойчи-
вость консоли (рис. 31.11, а).
На оползневых горных склонах, стабилизация которых вызы-
вает значительные трудности, возможно устройство балконов, за-
анкеренных в буронабивные сваи, заглубленные ниже плоскости
скольжения в коренные устойчивые грунты.
На рис. 31.11, б показан балкон сборно-монолитной конструк-
ции из консольных железобетонных балок — анкерных тяг, закреп-
ленных к оголовкам анкерных свай и опирающихся на несущие
буронабивные сваи, которые служат основанием балкона и пре-
дотвращают сползание земляного полотна.
Консольные части балок перекрыты плоскими железобетонны-
ми плитами, на которые опираются проезжая часть и тротуар.
Прочность и устойчивость балконов проверяют расчетом. Бал-
кон рассчитывают как консольную балку, загруженную равномер-
но распределенной нагрузкой от собственного веса g и временной
подвижной нагрузкой, принимаемой в виде сосредоточенных сил
Р от давления колеса автомобиля (рис. 31.11, в).
Устойчивость консоли против опрокидывания относительно гра-
ни А проверяют из условия
Мс/Мпред < т, (31 6)
где Л1,- — момент всех сил относительно точки с — центра тяжести опорной
части балкона, Л1пРед — предельный опрокидывающий момент относительно гра-
ни А, т — коэффициент надежности, принимаемый равным 0,75—0,8.
Пролетные строения и опоры эстакад, располагаемых вдоль
горных склонов, рассчитывают по предельным состояниям в соот-
ветствии с их конструктивными схемами. Методика расчета ана-
логична той, которая изложена в § 17.4 применительно к город-
ским эстакадам.
31.5. Защитные галереи
1
Наиболее эффективным и надежным средством защиты горных
дорог от снежных и каменных обвалов являются галереи, пере-
крывающие проезжую часть и обеспечивающие пропуск над доро-
гой продуктов обвала. Галереи сооружают, как правило, в стеснен-
ных горных условиях, у крутых, отвесных склонов (более 50—60°),
наиболее опасных с точки зрения возможного обрушения снежных
или каменных масс.
Иногда галереи возводят взамен открытых выемок в слабых
грунтах или как промежуточное звено между эстакадой (виаду-
ком) и тоннелем.
229
По назначению галереи подразделяют на противолавин-
н ы е, защищающие дорогу от снежных лавин, и противооб-
вальные, предохраняющие дорогу от осыпей и камнепадов. Раз-
личие между этими типами галерей состоит только в характере и
значениях действующих на них нагрузок.
На перевальных участках дороги в ряде случаев устраивают
снегозащитные галереи для предохранения проходящей
в выемке дороги от снежиых заносов. Защитные галереи требуют
значительных материальных затрат на их возведение, но более
экономичны в эксплуатации, чем противообвальные и снегозащит-
ные улавливающие сооружения, нуждающиеся в периодической
очистке от скапливающихся продуктов обвалов и систематическом
ремонте.
Галереи целесообразно располагать вплотную к горному скло-
ну, чтобы уменьшить вероятность падения обвальных масс непо-
средственно на перекрытие и не осложнять конструкции низовых
опор. В каждом конкретном случае вопрос о месте расположения
галереи решают в соответствии с рельефом местности, характером
и интенсивностью вероятных обвалов.
Необходимую длину галереи назначают с учетом пропуска над
ней возможного горного обвала или снежной лавины. Порталы
противолавинных галерей следует размещать на менее заносимых
участках местности.
Требования к плану и продольному профилю защитных гале-
рей такие же, как для открытых участков трассы. Размеры попе-
речного сечения галерей определяются габаритами приближения
строений и оборудования автодорожных тоннелей (см. § 41.2)
с уширением проезжей части на кривых радиусом менее 250 м.
Противолавинные и снегозащитные галереи проектируют для
пропуска двухполосного и однополосного движения, причем в пос-
леднем случае вторую полосу движения размещают рядом с гале-
реей на открытом участке. В период снежных обвалов движение
организуют только под защитой галереи поочередно в обоих на-
правлениях. В случае необходимости в галереях предусматривают
устройство искусственной вентиляции, освещения и водоотвода.
В зависимости от характера и интенсивности воспринимаемых
динамических воздействий на горных автомобильных дорогах со-
оружают галереи легкого и тяжелого типов.
Галереи легкого типа предохраняют дорогу от неболь-
ших скальных обломков — осыпей и скользящих снежных лавин—
осов. Такие галереи не испытывают значительных динамических
нагрузок и могут быть оставлены без амортизирующей отсыпки.
Одной из разновидностей галерей легкого типа являются рам-
ные галереи, сооружаемые обычно из монолитного или сборного
железобетона и реже из металла и дерева. Если горный склон
сложен нарушенными грунтами, конструкция галереи состоит из
230
Рис 31 12 Рамные галереи легкого типа:
/— грунтовая засыпка, 2 — перекрытие, 3 — Г образная рама, 4— фундамент, 5 — проезжая
часть, 6 — подпорная стена
верховой подпорной стены и Г-образной рамы, опирающейся с од-
ной стороны на стену, а с другой—на грунт (рис. 31.12,а).
В крепких скальных грунтах верховую подпорную стену мож-
но не делать, опирая ригели рам на бермы или заделывая их
в штрабы (рис. 31.12, б). Монолитные или сборные железобетон-
ные Г-образные рамы бетонируют или монтируют через 3—5 м,
перекрывая их в кровле сплошными, ребристыми или пустотными
железобетонными блоками. Стойки рам опирают на сплошные лен-
точные фундаменты или отдельные фундаментные массивы, зало-
женные в прочных грунтах ниже глубины промерзания. По блокам
перекрытия устраивают грунтовую засыпку толщиной 0,3—0,5 м.
Если слагающие горный склон грунты не позволяют опереть
на них стойки рамных галерей и высота стоек весьма значитель-
на, целесообразно применять навесные консольные гале-
реи. Конструкция таких галерей состоит из перекрывающих доро-
гу сверху консольных железобетонных блоков, частично заделан-
ных в горный склон и консольно опирающихся на верховую под-
порную стену. Блоки перекрытия устраивают из монолитного или
сборного железобетона ребристого поперечного сечения. Они мо-
гут быть двухконсольными, причем одна из консолей перекрывает
дорогу, а другая, обычно корытообразного профиля, опирается на
берму в откосе, частично подкрепленную подпорной стеной.
Опорную консоль засыпают каменной наброской, заанкерива-
ют в скалу и покрывают грунтовой отсыпкой, создавая необходи-
мый пригруз (рис. 31.13, а). Блок перекрытия можно опирать так-
же на берму в горном склоне и на промежуточную стену (рис.
31.13, б).
Галереи тяжелого типа предназначены для восприятия
удара снежных лавин или отдельных масс грунта, падающих иа
перекрытие. Для уменьшения динамического воздействия падаю-
щих масс снега или грунта и во избежание повреждения конструк-
231
ции перекрытия галереи тяжелого типа покрывают амортизирую-
щей отсыпкой из крупнообломочных материалов. Отсыпку устраи-
вают с наклоном в сторону от горного склона, что способствует
сползанию снега и скатыванию упавших глыб с кровли галереи
в сторону долины.
Наклон отсыпки к горизонту назначают из условия плавного
сопряжения с горным склоном, но не менее 15—20°.
Толщину амортизирующей отсыпки по оси противообвальных
галерей принимают порядка 1,5е, где е — глубина проникания
камня расчетного объема в отсыпку, но не менее 1,5 м Толщина
амортизирующей отсыпки противолавинных галерей должна быть
не менее 0,3 м над низовой опорой Низовую часть отсыпки удер-
живают специальным упором, укрепляют мощением или покрыва-
ют железобетонными плитами на ширину не менее 1 м
Для отвода воды с перекрытия галерей защитному слою при-
дают продольный и поперечный уклоны не менее 3%S; а в наибо-
лее пониженных местах устанавливают водоотводные трубки.
Галереи тяжелого типа возводят из каменной кладки, бетона
или железобетона арочной или балочной конструкции
Арочные галереи представляют собой массивные соору-
жения, состоящие из свода, опирающегося на стены, одна из кото-
рых закрепляет горный склон, а другая располагается со стороны
обрыва и защищает проезжую часть сбоку (рис. 31.14, а).
Свод возводят чаще всего из монолитного бетона или железо-
бетона Может оказаться целесообразным устройство свода из
сборных железобетонных блоков сплошного или ребристого сече-
ния по типу элементов тоннельных обделок (см. § 42 3) Свод га-
лереи защищают от воды наружным гидроизоляционным покры-
тием и покрывают амортизирующей отсыпкой
Стены сооружают из каменной кладки, монолитного бетона
или бутобетона В низовых стенах оставляют проемы, размеры ко-
торых и размещение вдоль дороги назначают по условиям осве-
щения и вентиляции В верховой подпорной стене устраивают дре-
наж, а зазор между стеной и горным склоном заполняют тщатель-
но уплотняемым скальным грунтом
Арочные галереи, обладающие высокой несущей способностью
и жесткостью, применяют при значительных статических и дина-
мических нагрузках, на наиболее сложных участках трассы К не
достаткам таких галерей относится трудоемкость возведения, не
обходимость устройства усиленных низовых стен, воспринимаю
щих распор свода, чувствительность к осадкам основания.
Балочные галереи состоят из плоского перекрытия моно-
литной или сборной конструкции, опирающегося на массивные
стены или столбчатые опоры (рис. 31 14, б). Чаще всего применя-
ют сборные железобетонные блоки перекрытия П- или Т-образно-
го поперечного сечения (рис. 31.14, в) высотой (’/юЧ-1 /12)L (где
L — пролет перекрытия), которые устанавливают горизонтально
232
Рис 31 13 Комсопьные галереи
/ — грунтовая засыпка 2 — консольный блок 3 — проезжая часть, 4 — подпорная стена,
5 — скальные анкеры 6 — каменная наброска, 7 — проем
Рис 31 14 Арочная и балочные галереи тяжелого типа
--амортизирующая засыпка 2 — гидроизоляция, 3 — железобетонный свод, 4— дренаж
пакпПРОем’ — подпорная стена, 7 проезжая часть, 8 — каменная наброска, 9 — защитное
Av. тне* — блок перекрытия, //—отмостка 12 — упор 13 прогон, 14 — колонна, 15—
Фундамент 16 ~ продольна^ рама
233
Рис. 31.15. Схема нагрузок иа проти-
волавинную галерею
или с наклоном до 1:3 в сторо-
ну от горного склона. Для улуч-
шения работы перекрытия его
целесообразно устраивать с раз-
гружающими консолями с вер-
ховой стороны.
В некоторых случаях для опи-
рания блоков перекрытия вместо
сплошных низовых стен устраи-
вают систему из колонн и прого-
нов или продольные железобе-
тонные рамы. Колонны распола-
гают с шагом 3—4,5 м, а стойки
рам — 4—6 м. Для повышения
устойчивости таких опор в про-
дольном направлении и лучшего
восприятия ими лавинного или обвального воздействия между ко-
лоннами (стойками рам) через 20—30 м устраивают монолитные
стенки.
Балочные галереи обладают меньшей несущей способностью и
жесткостью, чем арочные, однако они более просты в изготовле-
нии и монтаже, лучше приспосабливаются к неравномерным осад-
кам основания, позволяют более широко применять сборный
железобетон.
Особенности расчета галерей, как и других противообвальных
или противолавинных сооружений, заключаются в неопределенно-
сти действующих на них нагрузок. Галереи обычно рассчитывают
на статические и динамические нагрузки от падающих масс снега
или грунта, а в сейсмически активных районах — и на действие
инерционных сил.
Статические нагрузки складываются из собственного веса кон-
струкции, амортизирующей отсыпки и снега или скальных облом-
ков, скапливающихся на перекрытии галереи (рис. 31.15).
Нагрузку от лавинного снега принимают равномерно распреде-
ленной интенсивностью
Рс — Тс hc, (31.7)
где у,- — удельный вес снега, составляющий в зависимости от его состояний
0,1—8 кН/м3; йс —толщина снежного покрова, м.
Расчетный угол наклона поверхности снега к горизонту 01 при-
нимают равным 15°, но не менее угла наклона к горизонту поверх-
ности амортизирующей отсыпки на кровле галереи.
Расчетную толщину снежного покрова следует принимать не
менее 3 м для небольших, редко сходящих, и не менее 6 м — для
больших и часто сходящих лавин.
Массу задерживающихся на перекрытии галереи скальных об-
ломков определяют статистическими методами с учетом наиболее
вероятной интенсивности горных обвалов в данной местности. |
234 I
Противолавинные галереи рассчитывают дополнительно на
удар снежной лавины и на сдвиг от сползающей массы снега.
Давление от удара лавины на 1 м2 амортизирующей отсыпки
нормально к ее поверхности зависит от скорости движения лавины
в момент удара v и определяется по формуле
V2
Pg = Тс sin2 а, (31.8)
где а — угол между поверхностью амортизирующей отсыпки и направлением
движения лавины; g — ускорение силы тяжести.
Статическую и динамическую нагрузки принимают равномерно
распределенными по всему пролету перекрытия или по его части.
При движении снежной лавины по перекрытию галереи за счет
трения между снежным покровом и амортизирующей отсыпкой
возникает сдвигающая сила Т, действующая в плоскости отсыпки
в направлении движения лавины. В общем случае при действии на
перекрытие суммарной нагрузки от удара лавины и толщи снега
сдвигающая сила
' Т = Тс/тр sin2 а+~лс cos (31.9)
где Р — угол наклона поверхности амортизирующей отсыпки к горизонту;
(Тр — коэффициент трения лавиииого снега при движении- fTp = O,45-4-0,6.
Противообвальные галереи, помимо статической нагрузки, рас-
считывают на удар одиночным камнем расчетного объема. Преж-
де всего определяют глубину проникания камня в амортизирую-
щую отсыпку е по формуле
6 VpV V 2tg4 (45° + <р/2) —1 ’ (31.10)
где vp — скорость камня расчетного объема в момент удара; G — вес камня
расчетного объема; g— ускорение свободного падения; о> — площадь диаметраль-
ного сечения камня, принимаемого условно шаровой формы; у и ф — удельный
вес и угол внутреннего трення материала амортизирующей отсыпки.
Ударная сила от падения одиночного камня расчетного объема
может быть получена из выражения
Руд — 2уе [2 tg4 (45°-(-ф/2)—1] со. (31.11)
Определив расчетные нагрузки, галереи рассчитывают по пре-
дельным состояниям в соответствии с их конструктивными схе-
мами.
Трудности строительства галерей заключаются в необходимо-
сти выполнения значительных объемов работ в стесненных усло-
виях и в сжатые сроки. Трудоемкие операции по возведению гале-
235
рей обычно ведут прн ограниченных размерах строительной пло-
щадки с использованием по возможности средств механизации для
скальных, земляных, бетонных н монтажных работ. Если горный
склон сложен нарушенными и неустойчивыми грунтами, верховую
подпорную стену возводят в тоннельных выработках — штольнях,
а затем разрабатывают выемку и возводят галерею.
Контрольные вопросы
1. Какие виды специальных сооружений устраивают иа горных дорогах и ка
ково их назначение?
2. Каковы основные достоинства и недостатки подпорных стен из монолитно
го бетона и железобетона, сборного железобетона и из армированного грунта?
3. В каких случаях устраивают заанкеренные и нагельные подпорные стены
4. Какова область применения эстакад, полумостов и балконов?
5. Каковы основные виды и конструкции защитных галерей? На какие на-
грузки рассчитывают противообвальные и противолавииные галереи?
РАЗДЕЛ 8
НАПЛАВНЫЕ МОСТЫ И ПАРОМНЫЕ ПЕРЕПРАВЫ
Глава 32
КОНСТРУКЦИИ НАПЛАВНЫХ МОСТОВ. ПАРОМНЫЕ ПЕРЕПРАВЫ
32. > ыКДвм попЛавпЫХ МОСТОВ Я ТаЗрОтпЬаХ ПОрСПриВа
Особенности их работы
Наплавные мосты сооружают при пересечении автомо-
бильной дорогой многоводной реки с большой глубиной воды или
слабыми грунтами. Их устраивают также для обеспечения связи
между берегами во время строительства капитальных мостов. На-
водят применение наплавные мосты на пионерных дорогах, а так-
ие в военных целях.
Наплавной мост (рис. 32.1, а) обычно состоит из речной, бере-
говых и переходных частей, имеет поперечные и продольные за-
крепления. Речная часть перекрывает глубоководную часть вод-
пой преграды. Пролетное строение при этом устанавливают на
плавучие опоры. При колебаниях воды в реке речная часть на-
плавного моста поднимается или опускается. Значительные верти-
кальные перемещения плавучих опор вызывает и подвижная
нагрузка. Плавный переход транспортных средств с береговых
пролетов на оседающую речную часть обеспечивает переходная
часть моста. Поперечное закрепление моста выполняется обычно
якорным (см. рис. 32.1, а). Оно удерживает наплавной мост от
сноса силой течения воды или поперечным ветровым давлением.
Продольное закрепление тросами концов речной части за берега
исключает возможность ее смещения к одному из берегов при
продольном ветре или резком торможении автомобилей на мосту
(рис. 32.1, б).
В зависимости от вида применяемых плавучих опор наплавные
мосты могут быть понтонными или плашкоутными. Ранее
па практике находили применение и плотовые наплавные мосты.
Понтоны могут быть металлическими или железобетонными. Они
представляют собой замкнутые полые ящики или цистерны. В ка-
честве плашкоутов в наплавных мостах применяют речные суда
или баржи. Они могут быть деревянными. По материалу плавучих
237
опор наплавные мосты разделяют на деревянные, металлически
и железобетонные.
Наплавные мосты, у которых уровень проезда может меняться
называют мостами обычного типа. Возможно устройство
таких наплавных мостов, у которых уровень проезда всегда оста
ется постоянным (мост постоянного уровня). В них пла
вучие опоры связывают вертикальными тяжами или тросами с ан
керами, закрепленными в грунте дна (рис. 32.1, в). В качеств
анкеров применяют металлические или бетонные якоря или вин
У
///
Рис. 32 1 Схемы наплавных мостов:
1 — береговая часть, 2— переходная часть; 3 — речная часть; 4 — плавучая опора; 5 — п<
перечное закрепление, 6 — продольное закрепление; 7 — пролетное строение; 8—анкер ил
винтовая свая; 9 — выводная часть
238
товые сваи. Тяжам придают начальное натяжение таким образом,
чтобы при наинизшем уровне воды в реке и загружении моста
временной нагрузкой натяжение в них не доходило до нуля.
Применение таких мостов возможно только при незначитель-
ных изменениях уровня воды.
В современных наплавных мостах речная часть может пред-
ставлять собой сплошную плавучую ленту (рис. 32.1, г). В таких
мостах плавучие опоры располагают вдоль оси сооружения и свя-
зывают между собой жестко или шарнирно. Во время сильных на-
воднений и ледохода наплавные мосты разводят во избежание
повреждения плавучих опор или отрыва отдельных участков мо-
ста или даже всего моста. На судоходных реках в наплавных мо-
стах предусматривают выводные звенья (участок плавучей части)
или разводные пролеты (рис. 32.1, д).
По условиям эксплуатации различают стационарные и
сезонные наплавные мосты. Стационарные мосты обеспечива-
ют пропуск транспортных средств круглогодично. Для условий
СССР более характерно применение сезонных наплавных мостов.
С наступлением зимнего периода наплавные мосты, как правило,
убирают. Срок эксплуатации наплавных мостов может составлять
20—25 лет и даже более.
Одним из существенных недостатков наплавных мостов являет-
ся стеснение живого сечения водного потока, что вызывает увели-
чение скорости течения и приводит к размыву русла.
В тех случаях, когда связи между берегами могут иметь пере-
рывы, вместо наплавных мостов может быть устроена паромная
переправа. Она состоит из перевозных паромов, пристаней
с подходами и средств передвижения паромов (см. рис. 32.10).
Пропускная способность паромных переправ в 8—10 раз ниже,
чем наплавных мостов. Для устройства паромной переправы тре-
буется участок реки с возможно большими глубинами как в пре-
делах основного русла, так и у берегов. В отличие от наплавного
моста паромная переправа обеспечивает перевозку грузов и пас-
сажиров и во время паводков.
32.2. Конструкция деревянных наплавных мостов
Наплавные мосты с деревянными плавучими опорами ранее
широко применялись на автомобильных дорогах и в городских ус-
ловиях. Плашкоутами таких мостов служили деревянные суда от-
крытые или с палубой. Плашкоуты выполняли и по специально раз-
работанным проектам. Изготовление деревянных плашкоутов
трудоемко и может быть оправдано в современных условиях лишь
при отсутствии других возможностей.
Плавучую часть деревянных наплавных мостов обычно образу-
ют из нескольких звеньев, в состав каждой из которых входит ряд
239
Рис. 32.2 Схемы деревянных наплавных мостов:
/ — пролетное строение, 2 — плашкоут; 3 — шарнир
плашкоутов, объединенных общей обстройкой (пролетным строе-
нием). Компоновка моста из звеньев облегчает его наводку и раз-
водку.
Обстройка может опираться на плашкоуты центрально по их
оси (рис. 32.2, а) или внецентренно — на борта (рис. 32.2, б)
Звенья соединяют между собой шарнирно (см. рис. 32.2, б) или
жестко за счет применения неразрезной обстройки (рис. 32.2, в).^
В последнем случае уменьшаются просадки наплавного моста noj
нагрузками.
На реках с небольшими колебаниями уровня воды переходнук
часть наплавного моста выполняют в виде простейшего пролетно
го строения, один конец которого закреплен на береговой опоре
а другой свободно опирается на обстройку плавучей части. Есл!
изменение уровня воды в реке значительно, то переходную част!
моста делают с несколькими пролетами и опорами, снабженным!
подъемными приспособлениями.
Конструкция плашкоута должна быть приспособлена для пере-
дачи давлений от пролетных строений и временной нагрузки нг
воду. Плашкоут состоит из поперечного и продольного каркасог
(наборов) и обшивки (рис. 32.3). Поперечный каркас образуют и:
ряда полурам, называемых шпангоутами. Продольный каркас со-
стоит из двух или более ферм. Обшивку днища и бортов выполня-
ют из плотно пригнанных друг к другу досок, щели между которы-
ми законопачивают.
Изготовляют плашкоуты на стеллажах. В эксплуатируемых
плашкоутах всегда должно быть небольшое количество воды про-
тив высыхания днища. Во избежание загнивания внутренних по-
Рис. 32.3. Поперечное сеченне плаш-
коута:
/ — шпангоутная рама; 2 — обшивка; 3 —
продольный каркас; 4 — болт
240
верхностей плашкоутов в верхних частях бортов или в палубе уст-
раивают люки, открываемые в сухую погоду.
При эксплуатации наплавного моста в зимний период необхо-
димо обеспечивать его работу на плаву, не допуская вмерзания
плавучих опор в лед.
32.3. Конструкция металлических наплавных мостов
Металлические наплавные мосты могут быть постоянными ис-
кусствеными сооружениями на автомобильных дорогах и в горо-
дах, эксплуатируемыми круглогодично. Например, в течение не-
скольких десятков лет в г. Риге находился в эксплуатации наплав-
ной мост через р. Даугаву, сооруженный в 1895 г. Опорами метал-
лических наплавных мостов служат закрытые или открытые пон-
тоны и речные баржи.
В плане понтоны имеют прямоугольную или обтекаемую фор-
му. Для лучшей обтекаемости понтонам придают скосы днища
в носовой и кормовой частях (рис. 32.4, а). Несущей конструкци-
ей металлического понтона служит его корпус, имеющий оболочку
из стального листа, реже из легких сплавов толщиной не менее
6—8 мм.
Размеры понтонов сборно-разборных наплавных мостов опре-
деляются условиями их перевозки. Длина понтонов обычно не пре-
вышает 9 м. Ширину понтонов назначают в соответствии с разме-
рами" кузова автомобилей (2,2—2,6 м). Высоту понтона определя-
ют расчетной наибольшей его осадкой с запасом надводного бор-
та. Она обычно не превышает 1,4 м.
В поперечном сечении металлические понтоны чаще всего име-
ют прямоугольную замкнутую форму (рис. 32.4, б). Поперечные
рамы-шпангоуты придают неизменяемость контуру сечения понто-
Рис. 32.4. Металлические понтоны:
1 — блок понтона; 2 — поперечные сцепы понтонов; 3 — стальной лист; 4 — рама-шпангоут;
5 — ребро жесткости; 6 — связи
241
на. Этой же цели служат и диафрагмы-переборки, устанавливае
мые по длине понтона.
При возведении временных наплавных мостов в качестве пла
вучнх опор в отечественной практике широкое применение нашл!
замкнутые понтоны типа КС размерами 1,8x3,6x7,2 м.
В плавучих опорах цилиндрической формы шпангоуты имеют
вид кольцевой замкнутой рамы (рис. 32.4, в). В беспалубных пон-
тонах поперечное сечение имеет открытую форму (рис. 32.4, г).
Положительными качествами открытых понтонов является воз-
можность их простого осмотра, покраски и ремонта в процессе экс-
плуатации. Однако по сравнению с закрытыми открытые понто-
ны имеют большую высоту бортов.
В закрытых понтонах лучше используются подъемные силы, они
обладают повышенной в сравнении с открытыми поперечной жест-
костью, нет опасности заливания водой при сильных волнениях
UQ ПО1/О 1
Для незатопляемости понтонов их разделяют внутри сплошно-
стенчатыми переборками на отдельные отсеки. При этом число
отсеков назначают таким образом, чтобы в случае затопления од-
ного из отсеков грузоподъемность моста существенно не снизи-
лась.
Весьма эффективным является использование в наплавных мо-
стах несамоходных речных барж, которые буксируются способом
толкания и поэтому имеют срезанные под прямым углом кормы
и носы, а также специальные упоры или упорные балки для пере-
дачи усилия от буксира-толкача. Эти баржи сравнительно легко
соединяются шарнирами в мосты-ленты.
В поперечном сечении стальные речные баржи могут иметь зам-
кнутое сечение шириной до 10—11 м. Палуба и днище баржи вы-
полняют в виде ортотропных плит (рис. 32.4, д). Поперечная же-|
сткость барж обеспечивается решетчатыми связями.
Поскольку длина отечественных барж в 5—6 раз превышает их
ширину, то экономичным является образование мостов-лент вдоль
палубы (рис. 32.5, а). При ширине корпуса не менее 7 м удается
Рис 32 5. Схемы мостов-лент из речных барж:
I — переходной пролет: 2 — баржа
242
Рис 32.6 Расположение прогонов в поперечном сечении наплавных мостов
организовать однопутное, а при ширине 10 м — и двухпутное дви-
жение. Баржи с обстройками для наведения наплавного моста ус-
танавливают уступами (рис. 32.5, б).
Обстройка металлических наплавных мостов по статической
схеме может быть балочной (разрезной, неразрезной, консольной)
или реже рамной. Несущими элементами обстройки служат сталь-
ные балки (прогоны) или фермы.
В автодорожных наплавных мостах применяют стальные или
деревянные прогоны, по которым устраивают поперечины и доща-
тый настил.
В двухполосных мостах прогоны размещаются равномерно по
ширине проезжей части (рис. 32.6, а), в однопутных — группиру-
ются в две колеи под колесами проходящих автомобилей (рис.
32.6, б).
Деревянные прогоны имеют обычно прямоугольное сечение.
Стальные прогоны бывают двутаврового или швеллерного сечения.
Наиболее употребимы прокатные профили.
Швеллерные прогоны, имеющие широкие полки, крепят к пон-
тону стрингерными болтами. Двутавровые прогоны закрепляются
к понтону с помощью накладок (рис. 32.7, а) или болтами, пропу-
щенными через поперечины настила (рис. 32.7, б). Между прого-
нами устанавливают поперечные связи, необходимые для исключе-
ния опрокидывания прогонов от поперечных ударов подвижной
нагрузки. Обычно достаточно попарное объединение прогонов (см.
рис. 32.7, а, б).
В обстройках консольной системы прогоны смежных пролетов
соединяются шарнирно. Наиболее просто шарнирное сопряжение
швеллерных прогонов осуществляется с помощью болта, постав-
ленного в отверстия на стенках соединяемых прогонов (рис.
32.7,в). Для двутавровых прогонов шарнирный стык выполняют
на швеллерных или листовых накладках (рис. 32.7, а). Конструк-
ция шарнира должна обеспечивать свободный поворот, поэтому
между накладками и полками прогона по высоте должен быть пре-
дусмотрен необходимый зазор.
Для обеспечения жесткого сопряжения прогонов в неразрезной
схеме обстройки стык также может быть выполнен на болтах
с применением двусторонних накладок. Однако при этом число
болтов с обеих сторон стыка должно быть не менее двух.
243
Рис. 32.7. Пролетные строения с металлическими прогонами:
/ — стрингер понтона; 2— фасонные шайбы для крепления прогона: 3 — лапчатый болт;
4 _ поперечина, 5 — прогон, 6 — деревянная диафрагма пакета прогонов; 7 — болт крепле-
ния к стрингеру; 8 — стяжные болты; 9— шарнирный болт; /0 — швеллерная накладка
Для шарнирного соединения ферм обстройки может быть при-
менен листовой шарнир, а для жесткого их соединения—винтовые
стяжки в уровне верхнего и нижнего поясов.
Существует несколько способов устройства выводных звеньев
в наплавных мостах. Длина выводного звена должна обеспечивать
установленную для временных мостов ширину судового хода, ко-
торая измеряется поперек течения. Удаление выводного звена из
линии моста может быть выполнено буксирными судами так же,
Рис. 32.8. Схемы удаления выводного звена из линии моста:
/ — выводное звено; 2 — куст свай
244
как и обратный ввод. При отсутствии буксиров выводное звено мо-
жет быть спущено по сечению и отведено в сторону с помощью
боковых якорей или тросов к берегу или к наплавной части моста
(рис. 32.8, а).
Разводку моста можно осуществить путем поворота выводного
звена вокруг куста свай или жесткой опоры моста (рис. 32.8, б).
Тяга осуществляется с помощью канатов и лебедок.
32.4. Железобетонные наплавные мосты
В наплавных мостах могут быть применены железобетонные
плавучие onoppi. В эксплуатации железобетонные понтоны доста-
точно долговечны и дешевле, чем металлические. Железобетонные
понтоны имеют, как правило, замкнутую конструкцию. Внутрен-
нее пространство таких понтонов имеет многосекпионную структу-
ру, образуемую продольными и поперечными стенками (рис. 32.9,а).
Это повышает незатопляемость понтонов. При значительной высо-
те железобетонных понтонов может потребоваться устройство и
продольных ребер жесткости (рис. 32.9, б).
Для железобетонных понтонов характерно дисперсное армиро-
вание стержневой арматурой, что повышает трещиностойкость
конструкции. По этим же соображениям в понтонах из железобе-
тона целесообразно предварительное напряжение.
Класс бетона для понтонов принимают не ниже ВЗО с повышен-
ным расходом цемента. Днище, борта и палуба железобетонных
понтонов должны обеспечивать как прочность, так и водонепрони-
цаемость.
Из железобетонных понтонов можно образовать мост-ленту.
Объединение понтонов между собой в этом случае возможно
Рис. 32.9. Конструкция железобетонных понтонов:
^о7тПРОДОЛЬНЫе пРомежУточные стенки; 2 — поперечные стенки; 3 — продольное ребро жест-
245
с помощью стяжных болтов, расположенных по контуру концевых
диафрагм. Герметизация швов обеспечивается применением рези-
новых прокладок и заполнением оставшихся швов цементным раст-
вором.
Движение автомобилей организуется непосредственно по верх-
ней плите понтонов.
32.5. Паромные переправы
На второстепенных или строящихся участках автомобильных
дорог может оказаться целесообразным применение паромных пе-
реправ.
Вид парома, способ передвижения и его конструкция зависят
от объема перевозок, ширины реки и ее водного режима.
На несудоходных реках небольшой ширины применяют паромы
с простейшим способом перемещения — при помощи каната, пере-
кинутого поперек реки и тяговых лебедок (рис. 32.10, а). Паром
в этом случае перемещается нормально к течению реки.
Для широких рек характерно движение паромов «восьмеркой»
(рис. 32.10. б). Паром подходит снизу (по течению) и подвижной
состав разгружается своим ходом Передвижение паромов обеспе-
чивается буксирными судами или буксирно-моторными катерами
На реках со скоростью течения не менее 1 м/с для продвижения
парома можно использовать силу течения воды. Переправу мож-
но устроить вдоль троса, перекинутого с одного берега на другой.
Рис 32 10 Схемы паромных переправ:
/ — пристань. 2 — тяговые лебедки. 3 — канат, 4 — блок; 5 —подход; 6 — паром; 7 — буксир,
v — траектория движения парома. 9 — якорь, 10— поплавки
246
Паром, связанный с тросом двумя короткими канатами и бегущим
блоком, перемещается по кривой большого радиуса.
Переправу можно организовать, используя для этого продоль-
ный трос, длина которого должна в 1,5—2 раза превышать ширину
реки (рис. 32.10, в). Трос поддерживают над поверхностью воды
поплавками (небольшие лодки). Такие паромы называют парома-
ми-самолетами. Они удобны для судоходных рек.
В перечисленных выше паромах загрузка транспортных средств
осуществляется поперек его продольной оси. Если в качестве паро-
ма используется звено моста-ленты, то возможна и продольная за-
грузка парома.
Для причаливания парома к берегам, а также для его загрузки
и разгрузки применяют пристани. При колебаниях воды до
0,5—0,6 м пристань может быть выполнена в виде постоянной кон-
струкции на сваях. Если переправа должна работать в условиях
переменного уровня воды ди 1,5—2,0 м, то пристань выполняют
в виде мостика с одним или более пролетами и подъемными опо-
рами. Эти опоры снабжают талями для регулирования положения
мостика при колебаниях воды в реке (рис. 32.11, а).
Возможна конструкция причального устройства в виде тре-
угольного мостика, перемещаемого с помощью тросов с лебедка-
ми по наклонному лежневому пути.
В современных условиях более предпочтительны паромы, рабо-
тающие без пристаней. Такие паромы имеют опорные стойки, пе-
редающие давление от въезжающих с берега автомобилей грунту
дна реки (рис. 32.11, б). Имеются также паромы, снабженные во-
доизмещающими аппарелями (рис. 32.11, в), опирающимися на
берег
Весьма простой и быстро оборудуемой пристанью для автодо-
рожных паромов является баржа, устанавливаемая у берега и
закрепляемая за него. При этом баржа может даже опираться
днищем на грунт. Въезд на пристань обеспечивается погрузочным
мостиком.
Конструктивно паром представляет собой самостоятельное
звено наплавного моста, грузовой площадкой которого служит
платформа. Ее огораживают перилами. В местах где происходит
погрузка и разгрузка, перильное ограждение делают съемным.
Паром снабжают рулевым устройством для управления при движе-
нии.
На широких реках находят применение самоходные паромы
Они представляют собой суда, приспособленные для перевозки
грузов и пассажиров. Такие паромы имеют подъемный мосгик,
обеспечивающий связь парома с берегом (рис. 32.11, г).
Конструкция пристаней должна быть защищена от навала паро-
мов или буксирных судов устройством причальных кустов свай
Паромы и пристани должны иметь радиосвязь. В темное вре-
мя суток на мачтах паромов вывешивают белые огни, на правом
247
берегу — зеленый и на левом — красный огонь. Эти меры обеспе-
чивают безопасность работы паромной переправы.
Пропускная способность паромной переправы зависит от грузо-
подъемности парома и длительности рейса между берегами. Время
рейса парома, т. е. полного его оборота с возвращением к исход-
ной пристани.
T = 2.5//cn-hm,
(32.1)
где I — расстояние по прямой между пристанями; vn — средняя скорость
движения парома; т — время пребывания парома у пристаней за рейс под
погрузкой и разгрузкой, ч.
Время т в формуле (32.1) зависит от вида переправляемого
подвижного состава, конструкции парома и пристаней (табл. 32.1).
При большой длине хода паромов рациональное их число для
одной пары пристаней
(32.2;
Суточную пропускную способность обычно определяют по поте-
ре 7’п = 4 ч на техническое обслуживание и перерыв в подаче тран-
спортных средств на переправу.
Рнс. 32.11. Конструкция паромов и причальных устройств:
/ — переходной мостик. 2 — подъемная опора; 3 — паром; 4 — аппарель при движении па-
рома; 5 — подъемная аппарель при погрузке; 6 — стойка аппарели, опирающаяся на дно при
входе тяжелой машины; 7 — плавучая аппарель при погрузке; 8— лебедка подъема аппаре-
ли; 9— укрепление дна и берега разборными покрытиями; 10двойная проушина сцеп
понтонов; И — одинарная проушниа; 12—подъемный мостнк
248
Таблица 32.1
Виды работ tn, мин, для автодорожных паромов
с продольной погрузкой с поперечной погрузкой
Причаливание и швартовка 3—4 2—3
Погрузка автомобиля без прицепа 0,5—1 1—1,5
Погрузка гусеничной машины 1—1,5 1,5—2
Погрузка автопоезда длиной более 1,5—2 4—5
15 м
Перестановка парома у причала 2—3 2-3
Отчаливание и разворот 2—3 1,5—2
Зная расчетное число паромов п, количество перевозимых в обе
стороны на пароме автомобилей А, пропускную способность пере-
правы с одной парой пристаней определяют по формуле
М = пЛ(24 —Тп)/Т. (32.3)
Для увеличения пропускной способности переправы нужно уве-
личивать скорость движения парома и сокращать продолжитель-
ность стоянок на загрузке и разгрузке. При большой ширине реки
одну пару пристаней можно обслуживать двумя или несколькими
буксирными или самоходными паромами.
Контрольные вопросы
1 Каковы условия применения наплавных мостов?
2. Какие элементы понтона обеспечивают неизменяемость контура его сече-
ния?
3 Какова конструкция обстройки металлического наплавного моста?
4. Каковы основные виды паромов на автомобильных дорогах?
5. Как определить пропускную способность паромной переправы?
Глава 33
ОСНОВЫ РАСЧЕТА НАПЛАВНЫХ МОСТОВ И ПАРОМНЫХ ПЕРЕПРАВ
33.1. Расчет плавучих опор
Расчет плавучих опор наплавных мостов и паромов заключает-
ся в определении их грузоподъемности, проверке остойчивости и
погружения.
Плавающая опора подвергается воздействию приходящегося на
нее давления Q от собственного веса опоры и обстройки, давления
Р от временной нагрузки и реактивного давления воды, равнодей-
ствующая которого W приложена в центре водоизмещения (рш
^3.1, а).
249
Рис 33 1. Схемы для расчета плавучей опоры на осадку и остойчивость:
ц т —центр тяжести, ц. в —центр водоизмещения
Условие равновесия плавучей опоры запишется в следующем
виде:
Q+P = W = yV, (33.1)
где у — удельный вес воды; V — объем воды, вытесненной погрузившейся
плавучей опорой.
Полезная грузоподъемность
P = yV-Q (33.2)
Таким образом, грузоподъемность опоры зависит от объема ее по-
груженной части. Полностью использовать весь объем нельзя, так
как необходимо иметь некоторый запас плавучести на случай не-
равномерной осадки опоры и волнения.
Контур внешнего очертания плавучей опоры на уровне воды
называют ватерлинией, а площадь А, ограниченную этим кон-
туром, — площадью ватерлинии. На практике площадь ва-
терлинии определяют по формуле
A = aL0B, (33.3)
где а — коэффициент полноты площади ватерлинии, принимаемый равным
1,0 для понтонов без обводов, 0,85—0,95 для барж с простейшими обводами и
0,7—0,8 для самоходных судов; Lo, В — полная длина и ширина корпуса пон-
тона
Водоизмещение понтона при его погружении в воду иа глубину t
V = (a.—Q,\)LaBt. (33.4)
250
Грузоподъемностью опоры принято называть ее водоиз-
мещение при наибольшей допустимой осадке, т. е. величину yAt.
Для понтонов их фактическая грузоподъемность в большинстве
случаев меньше, так как ограничивается условиями остойчиво-
сти. При этом под остойчивостью плавучей опоры понимают ее
способность воспринимать кренящие силы (моменты) и прихо-
дить в состояние равновесия. Центрально приложенные силы, в том
числе и собственный вес, вызывают равномерную осадку опоры
(рис. 33.1, б, в).
Если временная нагрузка Р приложена эксцентрично по отно-
шению к центру тяжести понтона, то возникающий при этом кру-
тящий момент М = Ре будет вызывать неравномерные осадки пон-
тона (рис. 33.1, г).
Эпюра суммарных осадок имеет форму трапеции (рис. 33.1,6).
Из-за крена центр водоизмещения будет перемещаться в сторо-
ну крена до тех пор, пока момент М не уравновесится парой сил
Q+P и W с плечом ei (рис. 33.1, е). Точку пересечения вертикали,
проведенной через новое положение центра водоизмещения,
с прежней осью плавания называют метацентром т, а рас-
стояние от метацентра до центра тяжести понтона метацент-
рической высотой h (см. рис. 33.1, е). Для малых углов кре-
на положение метацентра и метацентрическую высоту можно счи-
тать неизменными.
Превышение метацентра под центром водоизмещения называют
метацентрическим радиусом р (см. рис. 33.1, е):
Р=/Д, (33.5)
где I — момент инерции площади ватерлинии.
Формула поперечной метацентрической остойчивости может
быть записана в виде
tg <р = Л7/уУ (р— а), (33 6)
где а — расстояние между центром тяжести и центром водоизмещения пла-
вучей опоры (см. рис. 33.1, е).
Необходимым условием остойчивости будет р—а>0. При
р^а плавучая система теряет остойчивость. Для отдельных пла-
вучих опор или барж выполнение условия (33.6) бывает доста-
точным.
В конструкциях паромов с развитой шириной необходимо соб-
людение условий как поперечной, так и продольной остойчивости
Осадку любой точки плавучей опоры от временной нагрузки,
приложенной центрально, и собственного веса определяют по фор-
муле (см. рис. 33.1, в, е)
t = (Q+P)/yA.
(33.7)
251
Погружение произвольной точки b плавучей опоры от крена
(см. рис. 33.1, г, е) определяют с использованием формулы (33.6)
следующим образом:
"-г,гф- у/(1 —л/р) |а«)
где z — расстояние от точки b до оси плавучей опоры.
Учитывая формулы (33.7) и (33.8), полную осадку плавучей
опоры получим в виде
Q Р Mz 1 ( Г ez 11
Sf =------~L ----------------Jq4-P 1-|-----------1 (33 91
У A y/(l—a/p) у A ( [ r2(l — а/p) Jj ’ '
где r=
— радиус инерции площади ватерлинии.
Надводный борт измеряют от воды до палубы. Наименьший
размер надводного борта принимают равным 0,2 м для открытых
и 0,1 м для закрытых плавучих опор. Этот норматив снижают
вдвое для паромов у пристани и средней части опор наплавного
моста, а для паромов в движении повышают на 0,1 м или полови-
ну реальной высоты волны.
33.2. Расчет плавучей части
При расчете наплавного моста основным является расчет всей
плавучей части моста как плавучей цепи. Наиболее просто выпол-
нять расчет разрезной системы наплавного моста. Линии влияния
для основных расчетных факторов (опорная реакция и изгибаю-
щий момент) остаются такими же, как для разрезной балки на
жестких опорах (рис. 33.2, а, б).
Для определения продольного уклона i требуется построить
линию влияния.
Рис. 33.2. Линии влияния усилий и
уклона в разрезной схеме
252
Согласно формуле (33.7) осад-
ка отдельной опоры п от дейст-
вия центрально приложенной
единичной силы
/„ = 1/уЛ, (33 10)
где у — удельный вес воды; А - пло-
щадь ватерлинии.
Из-за резкого погружения со-
седних плавучих опор под дейст-
вием подвижной нагрузки про-
летные строения будут наклоняться. Уклон пролетного строения
i = (33 И)
где /„+1 —осадка опоры л+1-й.
Если учесть, что осадки плавучих опор связаны с их реакциями,
то, принимая во внимание (33.10) и (33.11), выражение для линии
влияния наклона пролетного строения (рис. 33.2, в) можно запи-
сать так:
л в 1=1/уЯ/(л.в /?п—л. в. (33.12)
где л в Rn, л. в Rn+i —линии влияния опорных реакций смежных опор.
Наплавной мост, образованный из звеньев, шарнирно связан-
ных между собой, представляет собой статически неопределимую
систему с числом неизвестных, равным числу промежуточных шар-
ниров. Расчет регулярной системы значительно упрощается, если
использовать фокусные свойства шарнирной цени.
Среднюю часть наплавного моста можно представить в виде
двух полубесконечных цепей, концы которых соединены шарни-
ром. Суммарная податливость шарнира на границе этих цепей
бш = О,5бо, (33 13)
где 60 — податливость конца полубескоиечиой речной части
Линию влияния осадки шарнира /ш получают, используя фокус-
ные точки, расположенные на расстоянии г от середины звеньев
(рис. 33.3, а). При этом г — радиус инерции площади ватерлинии
понтонов, входящих в шарнирное звено. Рассматривая л в^ш как
эпюру осадок моста от Р=1 в шарнире, можно увидеть, что осад-
ки не будет в фокусе, т. е. на расстоянии 0,5/ + г от шарнира. Ли-
ния влияния уклона имеет вид, приведенный на рис. 33.3,6.
Для линии влияния шарнирного давления <?ш (рис. 33.3, в) ну-
левые точки также совпадают с фокусами, так как при расположе-
нии здесь силы Р=1 осадка шарнира, а стало быть и <2ш=0.
Если нагрузка расположена с эксцентриситетом е относительно
оси проезжей части, то шарниры нагружаются неравномерно. Наи-
более нагруженное шарнирное соединение следует рассчитывать
на перерезывающую силу
Q = Qnife/n, (33 14)
где k= 1 + nl/d-, п^З — число шарниров, учитываемых в расчетной схеме;
d — расстояние между крайними шарнирами по ширине моста.
Для построения линии влияния изгибающего момента в сред-
нем сечении звена его рассматривают отдельно от всей цепи с при-
ложенными шарнирными давлениями Qo (рис. 33.4). При Р=1,
приложенной в середине звена,
Qo = r/(l-r2r).
(33.15)
253
Рнс. 33 3. Лнннн влияния усилий I.
перемещений в шарнирной схеме
Рнс. 33 4. Схемы для построения ли-
нии влияния изгибающего момента в
среднем сеченнн звена
Рис 33 5 Схема для расчета нераз-
резной плавучей цепи
254
При этом все плавучие опоры
звена будут создавать одинако-
вые реакции
Rt = б0 У А,
(33 16)
где б0 — податливость середины
звена.
Ее находят как ординату ли-
нии влияния /ш (см. рис. 33.3,а):
б0 — бщ г/ (0,5/ + г).
Наибольшую ординату линии
влияния М находят как сумму
моментов всех сил, расположен-
ных левее или правее среднего
сечения звена, т. е. (см. рнс.
33.3, г и 33.4):
I п/2
m~-Qn — + «г =
о
r I <4 )
------- "7Г +уЛб0 > щ , (33.17)
/-4-2г 2 г 0 1 I v
1 \ Л /
где п — число плавучих опор в шар-
нирном звене.
Нулевые точки Л.В.А1 на смеж-
ных звеньях совпадают с фоку-
сами, так как при расположении
Р=1 в фокусе на рассматривае-
мое звено через шарниры не пе-
редается никакого давления.
Ордината линии влияния М
в шарнире (см. рис. 33.3, г)
mmin~ т — 0,25/. (33.18)
При неразрезной системе
наплавного моста, имеющего в
своем составе более четырех-пя-
ти плавучих опор, расчет можно
производить в соответствии
с теорией изгибаемых балок иа
сплошном упругом основании.
В общем случае расчетной схе-
мой такого моста является не-
разрезная балка на упругих
опорах (рис. 33.5). Если про-
летное строение опирается центрально на плавучие опоры, то для
определения неизвестных опорных моментов М2, ..., Мп исполь-
зуют уравнения пяти моментов. Система уравнений в этом случае
имеет вид:
(4 6fi) М1-Г(1-4Р) М,4 РЛ13 = С1;
(1-40) М,+ (4 + 60) М21 (1-40) Мз+0М4 = С2;
0M1-l(I-40) М2+ (4+ 60) М3 4(1—40) М4+0М5 = С3;
(33.19)
0М„_2 +- (I -40) Мп_4 (4-г 60) Мп + (1 —40) Мп+Н 0Мп+2 = Сч ,
где 0 = 6£7/у/М; EI — изгибиая жесткость пролетного строения; /—рас-
стояние между осями плавучих опор; А — площадь ватерлинии плавучей опо-
ры; у — удельный вес воды.
Значения свободных членов С;, С2, ..., Сп зависят от на1рузки,
действующей на отдельные пролеты:
Cn = GQn-^ + 6Qn+1-^±1-4-0/(4»_1-24« + 4“ м), (33 20)
где A°_j, А^. —давления на опоры п—1, п, г<+1 в предположении,
что заданное пролетное строение — разрезное; Qn, Qn-ч— площади эпюр момен-
тов от действующих нагрузок в пролетах п и n+l; ап, 0^+1 —расстояние цент-
ров тяжести эпюр моментов от левой и правой опор рассматриваемых пролетов
Прн действии сосредоточенного груза в пролете п (см. рис. 33.5)
ап Ь(Р — №)Р . а'„ с(Р—(?)Р
ОйЬ]> --- . OibTl -
’ I P l р
При расчетах в неразрезной схеме бывает достаточным учесть
не более шести пролетов. Определив из системы (33.19) опорные
моменты, можно затем найти опорные реакции и йзгибающие мо-
менты в пролетах.
33.3. Расчет элементов наплавных мостов
Плавучая опора как основной элемент наплавного моста пред-
ставляет собой пустотелую конструкцию, которая работает как бал-
ка на сплошном упругом основании. Внешними воздействиями для
такой балки являются сосредоточенные давления от прогонов про-
летного строения Р (рис. 33.6, а) и собственный вес <?п, который
можно считать равномерно распределенным по длине плавучей
опоры. Эти силы совместно с реакцией воды qa (рис. 33.6, б) вызы-
вают общий изгиб конструкции понтона, воспринимаемый про-
дольными элементами каркаса.
255
Рис. 33.6. Схемы для расчета продольного и поперечного каркасов плавучих
опор
В металлических понтонах его водонепроницаемость обеспечи-
вается тонкой обшивкой, воспринимающей давление воды и пере-
дающей его шпангоутам 1 (см. рис. 33.6, а). Шпангоуты работают
на местный изгиб, вызванный давлением воды. Элементы продоль-
ного набора, находящиеся в подводной части корпуса, и верхние
пояса бортовых ферм 2 (рис. 33.6, ж) участвуют в совместной ра-
боте на общий и местный изгиб. Если давление от пролетного
строения передается на стойки шпангоутных рам, то они также
работают на местный изгиб.
Проверку прочности элементов плавучей опоры выполняют по
результатам совместного расчета на общий и местный изгиб.
При расчете понтона на общий изгиб следует учитывать воз-
действие только давления от пролетного строения и уравновешива-
ющую его реакцию воды qp (рис. 33.6, в). При известной осадке
плавучей опоры t величина
<7Р=уВ (/ —/п), (33.21)
где у — удельный вес воды; В — ширина опоры по ватерлинии; — неучиты-
ваемая осадка от собственного веса плавучей опоры.
Для упрощения расчетов эпюру qv принимают прямоугольной,
распространяющейся на длине средней площади ватерлинии опо-
ры L, т. е. площади сечения опоры по поверхности воды при сред-
нем значении расчетной осадки, равной 0,5(/—/п).
256
Максимальную осадку t принимают по результатам расчета
моста на плавучесть.
Для понтонов разборных наплавных мостов осадку t принима-
ют равной высоте борта до палубы, так как их прочность проверя-
ют при их полном погружении в воду.
Если в пролетном строении п прогонов и расстояние между ни-
ми меньше половины высоты борта, то давление, передаваемое на
один прогон,
P = qpL/n. (33.22)
Определив действующие на понтоны силы, можно построить
эпюру поперечных сил в его корпусе (рис. 33.6, г). Наибольшее
значение поперечной силы под наружным прогоном
Стах= Яр {L/2 zH), (33.23)
где zH — расстояние от оси понтона до наружного прогона.
Эпюру изгибающих моментов можно построить, проинтегриро-
вав эпюру Q (рис. 33.6, д). Наибольшее значение изгибающего мо-
мента получают под внутренним прогоном:
п/2
Mmax = <7p/2(L/2-zc)S-P2 —zc), (33.24)
о
где 2С, г, — расстояние от оси понтона до внутреннего и до других прогонов.
Если борта и днище плавучих опор не воспринимают давлений
от обстройки, то их расчет не производят. На шпангоутную раму
давление воды собирается с поверхности понтона между смежны-
ми рамами. При этом эпюра в пределах бортов имеет треугольное
очертание с наибольшей ординатой qB=ytd. Эта же величина явля-
ется равномерно распределенной нагрузкой в пределах днища
(рис. 33.6, е).
В открытом понтоне эпюра изгибающих моментов в шпангоу-
тах имеет вид, показанный на рис. 33.6, ж. Наибольшие ординаты
этой эпюры
Мг = M1-—qB В2/8. (33.25)
В понтонах с верхними поперечными балками поперечный кар-
кас рассматривают как раму с одним неизвестным — продольным
усилием Х\ (рис. 33.6, з).
Верхние пояса бортовых ферм рассчитывают на сжатие с изги-
бом в горизонтальной плоскости.
Прогоны и настил рассчитывают так же, как и в мостах с про-
летными строениями на жестких опорах.
Контрольные вопросы
1. Каково условие равновесия плавучей опоры?
2. Что называется грузоподъемностью плавучей опоры?
3. Какие воздействия следует учитывать при расчете понтона на общин из-
гиб?
9 Зак. 578 2 57
РАЗДЕЛ 9
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА МОСТОВ, ТРУБ
И СПЕЦИАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ГОРНЫХ ДОРОГАХ
Глава 34
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ И СООРУЖЕНИЙ
34.1, Изготовление деревянных конструкций
В настоящее время заметно сократилась область применения
древесины для конструкций мостов. Деревянные конструкции труб
и специальных сооружений на горных дорогах практически не при-
меняют.
Деревянные опоры и пролетные строения мостов предпочитают
возводить из сборных конструкций и элеметов, изготовленных на
заводах, полигонах и базах мостостроительных и лесозаготови-
тельных организаций. При возведении отдельных сооружений из-
готовление элементов и конструкций из местного лесоматериала
может быть организовано непосредственно на строительной пло-
щадке.
Поступающий лесоматериал принимают, проверяя соответствие
его качества, и размещают на складе в соответствии с породой, сор-
таментом, сортом и размерами. Склад располагают на сухом воз-
вышенном месте с хорошим стоком дождевой воды. Лес уклады-
вают в штабеля таким образом, чтобы во время хранения он был
надежно защищен от увлажнения, загнивания, а также от слиш-
ком быстрого высыхания.
Для изготовления конструкций мостов допускается применять
древесину с влажностью не выше 15—25%. В штабелях обеспечи-
вается естественная сушка материалов на открытом воздухе. Про-
должительность такой сушки весьма велика, поэтому на мощных
деревообделочных заводах и полигонах применяют искусственную
сушку древесины нагретым воздухом, токами высокой частоты или
выдержкой в нагретом до 120—140°С петролатуме — маслянистом
материале, получаемом при очистке нефтяных смазочных масел.
Исходный лесоматериал — бревна, доски, брусья — обрабаты-
вают, чтобы заготовить детали конструкций—сваи, прогоны, эле-
менты ферм и связей, доски для клееных балок и блоков дерево-
258
плиты. Лесоматериал размечают, обрезают по проектным разме-
рам, строгают, долбят и сверлят.
На заводах и мощных полигонах обработку лесоматериала
производят комплектами высокопроизводительных станков. Про-
дольную распиловку на доски и брусья, а также окантов-
ку бревен выполняют на пилорамах — круглопильных, маятнико-
вых и ленточных. Доски строгают на фуговальных и строгальных
станках. Фрезерные станки используют для изготовления шпунтов
или образования шипов. Для устройства гнезд применяют долбеж-
ные установки, а круглые отверстия просверливают на сверлиль-
ных станках. От станка к станку заготавливаемые детали переме-
щают по роликовым столам, организуя поточную технологию, ис-
ключающую встречное движение.
На полигонах и базах с небольшим объемом выпускаемой про-
цированным инструментом — электропилами, электрорубанками,
электросверлильными машинками и электродолбежниками.
Разметку производят преимущественно по шаблонам.
Для свай отбирают прямолинейные бревна и обрабатывают их
поверхности. Естественную коничность обычно оставляют, стесы-
вая выступы в основаниях сучков. Бревна для свай, погружаемых
в направляющих каркасах, цилиндруют на специальных фрезер-
ных станках. Для заострения свай применяют шаблоны-кондукто-
ры (рис. 34.1, а).
Заготовка простейших прогонов из круглого леса состоит из
отбора бревен нужного диаметра, их окантовки, отпиливания эле-
ментов проектной длины и обработки концов для укладки на на-
садки опор. Размер окантовки обеспечивают соответствующей ус-
Рис 34 1 Шаблоны-кондукторы:
I — направляющие прорези для пилы; 2 — поперечная доска рамы кондуктора; 3 — штырь;
4 — гвоздь, фиксирующий положение распорки связей; 5 — верхняя продольная раздвижная
доска, 6 — болт с гайкой, 7 — ннжияя продольная доска, 8 — контур прогона, 9 — брус-упор
9* 259
кости; 4 — горизонтальное ребро жестко-
сти; 5 — доски поясов, 6 — подкладная
доска; 7 — стяжной болт; 8 —• шапочный
тановкой пил на пилораме. При выполнении двух последних опе-
раций используют шаблоны и кондукторы. По шаблонам делают
раскрой досок при заготовке элементов дощатых ферм и клееных
балок.
Сборка элементов и блоков конструкций заключается в уста-
новке деталей в проектное положение по отношению одна к дру-
гой и в устройстве соединений между ними. Для ускорения сборки
и обеспечения необходимой точности применяют шаблоны и кон-
дукторы.
При сборке блоков простых прогонов используют кондуктор в
виде деревянной рамы (рис. 34.1,6), в котором проектное положе-
ние каждой детали прогона обеспечивается ее контактом с брусом-
упором и двумя штырями на поперечных досках. Подобные кон-
дукторы используют для сборки любых плоских блоков, в том
числе и плоских рам опор.
Дощатые фермы собирают на стеллажах-кондукторах в гори-
зонтальном положении (рис. 34.2). Последовательно укладывают
ребра жесткости, половину досок поясов, доски стенки, вторую по-
ловину досок поясов, ребра жесткости. Собранные детали стягива-
ют сжимами или струбцинами. После этого, пользуясь шаблонами
и кондукторами, забивают гвозди и устраивают нагельные соеди-
нения.
Фермы Гау-Журавского на месте изготовления, как правило,
подвергают только контрольной сборке на стеллажах-кондукторах
в горизонтальном положении. Выкладывают пояса и выверяют их
положение. Затем раскладывают 'и подгоняют элементы решетки
и натягивают тяжи. Тщательно
проверив геометрические разме-
ры фермы, плотность врубок и
соединений, элементы маркиру-
ют, а конструкцию разбирают и
отправляют на склад готовой
продукции в виде комплекта эле-
ментов и деталей.
Клееные конструкции изготав-
ливают в закрытых цехах при по-
стоянной температуре. Доски
строгают и стыкуют для набора
нужной длины. Лучшим считают
зубчатый стык. Зубья нарезают
на станке со специальной фре-
зой. Клей на зубья наносят ки-
стями или губками. После сты-
ковки доски подвергают оконча-
тельной строжке на четырехсто-
роннем строгальном станке. Про-
катывая доски по вальцам, ча-
260
стично погруженным в емкость с клеем, наносят его на пласти
досок. Перед нанесением клея пласти досок накалывают на спе-
циальных станках. Доски, смазанные клеем, поступают в сбороч-
ный кондуктор-пресс, где из них собирают конструкцию в соответ-
ствии с рабочими чертежами. Создав по склеенным поверхностям
давление 0,3—0,5 МПа, конструкцию выдерживают в прессе в те-
чение времени, необходимого для полимеризации клея. Готовую
конструкцию отправляют на антисептирование.
Для предохранения от загнивания древесину антисептируют,
т. е. обрабатывают химическими веществами, обезвреживающими
дереворазрушающие грибки. Применяют маслянистые и водораст-
воримые антисептики. В качестве маслянистого антисептика чаще
всего используют креозотовое масло, реже — антраценовое масло,
торфяной креозот или сланцевое масло. Маслянистые антисепти-
ки сохраняют свои защитные свойства в течение 25—30 лет. Водо-
растворимые антисептики — фтористый и кремнефтористый нат-
рий, оксидифенолят и динитрофенолят натрия и др. легко прони-
кают в древесину, но быстро вымываются атмосферными осад-
ками.
Для конструкций мостов наиболее эффективна глубокая про-
питка древ*есины маслянистыми антисептиками. Различают глубо-
кую пропитку под давлением, по способу горяче-холодных ванн и
путем длительного вымачивания.
Глубокую пропитку под давлением осуществляют, помещая
деревянные элементы в автоклавы, где сначала создается вакуум
для удаления воздуха из клеток древесины, а затем повышенное
давление, при котором в древесину проникает горячий антисептик.
При способе горяче-холодных ванн элементы в течение 3—5 ч
выдерживают в ванне с антисептиком, нагретым до 80—90°C, пос-
ле чего быстро переносят в ванну с холодным антисептиком и вы-
держивают в ней 2—3 ч. Пропитка происходит в результате ча-
стичного удаления воздуха из клеток древесины в период нагре-
вания и образующегося в них вакуума при охлаждении.
При длительном вымачивании древесину в течение 2—3 сут
выдерживают в ваннах с холодным антисептиком.
Пропитка маслянистым антисептиком исключает возможность
последующего приклеивания элемента. Поэтому клееные конст-
рукции антисептируют после склеивания. При изготовлении всех
прочих видов деревянных конструкций пропитке подвергают заго-
товленные детали.
Когда нет возможности осуществить глубокую пропитку эле-
мента или пропитанный антисептиком элемент в отдельных местах
подвергали механической обработке, применяют диффузионное ан-
тисептирование пастами (суперобмазками). Для конструкций мо-
стов, как правило, используют пасты иа битумной основе, содер-
жащие сильный водорастворимый антисептик. Пока древесина су-
261
ха, антисептик бездействует. При увлажнении древесины антисеп-
тик растворяется и проникает в древесину посредством диффузии
через стенки ее клеток.
34.2. Изготовление бетонных и железобетонных конструкций
По технологии строительства бетонные и железобетонные кон-
струкции подразделяют на сборные, монолитные и сборно-моно-
литные.
Сборные мостовые железобетонные конструкции (МЖБК) из-
готавливают на специализированных заводах и полигонах, а так-
же на отдельных технологических линиях неспециализированных
предприятий, выпускающих бетонные и железобетонные конструк-
ции другого назначения. Там же организуют изготовление элемен-
тов труб и конструкций специальных сооружений на горных доро-
гах.
Завод МЖБК представляет собой промышленное предприятие,
выпускающее в год не менее 20 тыс. м3 конструкций и оснащенное
высокопроизводительным технологическим оборудованием. На за-
водах изготавливают в основном элементы унифицйрованных и
типовых конструкций, производство которых требует применения
сложных машин, механизмов и других видов оборудования.
Полигоны создают как временные предприятия для обеспече-
ния сборными конструкциями строящихся участков магистральных
дорог, районов дорожного строительства или отдельных крупных
строек. Оснащение полигонов машинами, механизмами и другим
технологическим оборудованием хуже, чем заводов, работы ведут-
ся на открытых площадках и во временных помещениях. Соответ-
ственно выше трудоемкость и себестоимость продукции полигонов.
Объем годовой продукции полигона обычно составляет 2—3 тыс. м3
и не превышает 10 тыс. м3.
Менее дорогое технологическое оборудование полигонов быст-
ро окупается, если на полигоне изготавливать простые по форме и
армированию ненапрягаемые конструкции. Производство конст-
рукций на полигоне может быть организовано за короткий срок в
непосредственной близости от строящихся сооружений. Изготовле-
ние тяжелых и крупногабаритных блоков конструкций моста на
приобъектном полигоне позволяет избежать дорогой, а часто и
трудно осуществимой перевозки указанных блоков с действующих
заводов.
Технологический процесс изготовления железобетонных конст-
рукций состоит из взаимосвязанных заготовительных и формовоч-
ных работ.
К заготовительным работам относят изготовление элементов
опалубки, изготовление арматуры и приготовление бетонной смеси.
262
к формовочным работам относят сборку опалубки, монтаж и
предварительное напряжение арматуры, транспортировку, уклад-
ку и уплотнение бетонной смеси, уход за свежеуложенным бето-
ном, разборку опалубки.
В последнее время на заводах и полигонах используют в ос-
новном стальную опалубку, которую изготавливают на заводах
металлоконструкций. В этом случае работы по заготовке опалубки
сводятся к ремонту имеющихся элементов, который производят в
механической мастерской предприятия. Для изготовления и ремон-
та деревянной опалубки на заводе или полигоне организуют дере-
вообделочный цех или опалубочный двор со складом лесоматериа-
лов.
Изготовление арматуры и арматурных элементов производят в
арматурных цехах, при которых устраивают склады исходных ма-
териалов.
Работы пи илишвлению арма1уры состоят из приемки и хране-
ния исходного материала, заготовки деталей, сборки из заготов-
ленных деталей каркасов и сеток, изготовления арматурных пуч-
ков.
Заготовку деталей арматуры осуществляют, как .правило, на
поточных технологических линиях, оборудованных необходимыми
станками и механизмами. Арматурную сталь, поступающую на за-
вод или полигон в виде бухт проволоки или стержней стандартной
длины, предварительно очищают от грязи и ржавчины, а затем
подвергают правке, резке на стержни требуемой длины, стыковке,
если требуемая длина стержней превышает стандартную, и гнутью.
В состав поточной линии для заготовки стержней диаметром до
12 мм из проволоки, поступающей в бухтах, входят правильно-
обрезной и гибочный станки. В правильно-обрезном станке устрой-
ство для выпрямления проволоки объединено с приспособлением
для отрезки стержней требуемой длины. Выпрямление проволоки
осуществляют посредством многократного ее изгиба в ротацион-
ной или роликовой установке. В ротационной установке проволоку
протягивают через стальную трубку, изогнутую в виде дуги и вра-
щающуюся с большой скоростью вокруг оси, которая проходит че-
рез концы дуги. В роликовой правильной установке многократный
изгиб проволоки происходит вследствие протягивания ее через си-
стемы роликов, между которыми проволока движется «змейкой».
Арматура диаметром 16 мм и более в большинстве случаев
правки не требует. Заготовку стержней больших диаметров произ-
водят на поточных линиях, в состав которых входят стационарная
сварочная машина для стыковки стержней контактной сваркой,
приводной дисковый станок или пресс-ножницы для резки и ста-
нок для гнутья. Для гнутья стержней используют приводные стан-
ки, снабженные гибочным диском, во время вращения которого
стержень, расположенный между двумя упорами-пальцами, изги-
бается.
263
Движение стержней вдоль поточных линий происходит по роль-
гангам.
Поточные линии 'изготовления сеток и каркасов включают кон-
дукторы для их сборки из заготовленных деталей и машины для
точечной сварки в местах пересечения стержней.
Для изготовления арматурных каркасов с хомутами в виде спи-
ралей используют специальные машины, которые формируют кар-
кас и выполняют точечную сварку в местах пересечения спирали
хомутов с продольными стержнями.
Пучки предварительно напрягаемой арматуры формируют из
высокопрочной проволоки на установке, в состав которой входят
правильный ротационный станок, вертушки для бухт высокопроч-
ной и вязальной проволоки, тяговый механизм и механизмы для
сборки и вязки прядей. Пучки могут быть сформированы из семи-
проволочных прядей заводского изготовления. Установку оборуду-
но-стержневых анкеров, если пучки предназначены для натяжения
на упоры. При изготовлении пучков, которые натягивают на бетон
с закреплением проволок в анкерах при помощи высаженных голо-
вок, в состав технологической установки включают портативный
гидропресс конструкции ВНИИ транспортного строительства для
образования на концах проволок указанных утолщений.
Комплекс формовочных работ выполняют в формовочных цехах
или на открытых площадках, организуя его по стендовой или по-
точно-агрегатной технологии. При стендовой технологии весь комп-
лекс формовочных работ выполняют последовательно на одном
месте — стационарном стенде. Стационарные стенды выполняют
из железобетона или металла. Конструкция стенда определяется
видом изделий и может быть довольно разнообразной. Для изго-
товления предварительно напряженных конструкций с натяжени-
ем арматуры на упоры сооружают стенды, отличающиеся как кон-
структивными решениями самих упоров, так и конструкциями,
обеспечивающими устойчивость положения последних и восприни-
мающими распор. Как правило, нагруженные распором элементы
стенда воспринимают одновременно вертикальные нагрузки от
веса опалубки, ненапрягаемой арматуры и бетона изделия. В ука-
занных элементах закрепляют оттяжки отгибаемых арматурных
пучков.
Часто стационарный стенд совмещают с пропарочной камерой
(рис. 34.3, а). Такой стенд называют распорно-камерным. Конст-
рукции стенда, вопринимающие распор, одновременно выполняют
функции ограждающих конструкций пропарочной камеры. Распро-
странены распорно-балочные стенды (рис. 34.3,6), сооружаемые в
виде балки-распорки, объединенной с упорами на концах.
Опалубку конструкций, изготавливаемых на стационарных
стендах, целесообразно делать механизированной, используя кон-
струкции стендов для ее закрепления (см. рис. 34.3. а).
264
Рис. 34 3. Железобетонные стационарные стенды:
1 — плита-упор, 2 — оголовок; 3— захват; 4— каркасно-стержневой анкер; 5 — изготавливае-
мая балка; 6 — пучок: 7 — стенки, 8 — анкерное устройство; 9— кронштейн; 10 — крышка;.
У— щит опалубки; 12— поддон; 13 — винтовая стяжка; 14 — упорные тяги; 15 — распорная
балка
Стендовая технология малопроизводительна. Применяют ее
чаще всего на полигонах.
На заводах МЖБК для изготовления стандартных и унифици-
рованных предварительно напряженных балок пролетных строе-
ний и других массовых изделий наиболее часто применяют поточ-
но-агрегатную технологию формовочных работ. Агрегатом, или по-
движным упором, называют стенд, поставленный на колеса и пере-
мещаемый по рельсовому пути от одного рабочего поста к друго-
му (рис. 34.4). На каждом 'из постов выполняют определенные
виды формовочных работ. Посты оснащают высокопроизводитель-
ными машинами, механизмами и оборудованием.
Последовательность выполнения формовочных работ при изго-
товлении предварительно напряженных балок при стендовой и по-
точно-агрегатной технологиях практически одинакова. Смазывают
раскрытую опалубку, натягивают пучки и устанавливают ненапря-
гаемую арматуру нижнего пояса и ребра. Затем устанавливают
опалубку, арматуру плиты, укладывают и уплотняют бетонную
смесь. После 6—8 ч твердения уложенной смеси изделия подвер-
гают термовлажностной обработке. Опалубку снимают до про-
паривания или после его окончания. Проверив прочность бетона
путем испытаний контрольных образцов или ультразвуком, уси-
лия натяжения пучков передают с упоров на изготовленную
265
Рнс. 34.4. Схема передвижного стенда для изготовления предварительно напря-
женных балок:
/ — оголовок; 2 — распорная балка; 3 —двухосная тележка; 4 — верхняя распорка; 5— стой-
ка; 6 — оттяжка
конструкцию. Балку отправляют на склад готовой продукции,
где выполняют отделочные работы — заделывают торцы бал-
ки с концами обрезанных пучков, сколы бетона и раковины.
Предварительное натяжение арматуры, как правило, произво-
дят гидравлическими домкратами.
Коробчатые блоки составных по длине конструкций, так же
как и блоки плитно-ребристых конструкций ПРК, для обеспечения
плотности примыкания поверхностей соседних блоков при сборке
пролетных строений изготавливают по так называемому методу,
отпечатка. i
Блоки конструкций с переменной по длине пролета высотой
бетонируют на специальном стенде, устроенном на отсыпанной I
уплотненной нысыпи (рис. 34.5) или на подмостях. В первую оче
редь бетонируют блоки нечетных номеров, устанавливая опалубку
по их торцовым плоскостям. Промежуточные блоки четных номе-
ров бетонируют во вторую очередь, при этом торцовые поверхно-
сти ранее изготовленных блоков используют в качестве торцовой
опалубки бетонируемых.
Рис. 34.5. Стенд для изготовления блоков члененной по длине коробчатой балки:
1—9 — бетонируемые блоки; 10-—бетонный поддон; 11— насыпь; 12— фиксаторы; 13— паро-
проводные трубы
266
Для точного совпадения поверхностей блоков при монтаже кон-
струкции возле торцов или на самих торцах блоков устраивают
фиксаторы, которые, будучи совмещенными при бетонировании
блоков второй очереди, при их совмещении при сборке обеспечи-
вают указанное совпадение. Часто на торцах блоков первой оче-
реди делают выступы или углубления, которые «отпечатываются*
на торцах блоков, бетонируемых во вторую очередь. При монтаже
совмещением соответствующих пар выступов и углублений фикси-
руют плотное примыкание поверхностей стыкуемых блоков.
Для изготовления большого количества составных балок с по-
стоянными высотой, формой и наружными размерами поперечного
сечения на заводе нли полигоне создают поточные линии. Однако
и в этом случае ранее изготовленный блок используют в качестве
торцовой опалубки очередного бетонируемого.
Сваи-оболочки, полые столбы, звенья труб и подобные изделия
изготавливают на центрифугах Бетонная смесь, нодяняемая во
вращающуюся форму, равномерно распределяется и уплотняется
под действием центробежной силы.
Монолитные бетонные н железобетонные конструкции мостов и
сооружений изготавливают, как правило, в проектном положении.
Изготовление опалубки и арматуры может быть организовано
как на строительной площадке, так и на базе или полигоне строи-
тельной организации, и даже на заводе. Бетонную смесь приготав-
ливают в бетоносмеснтельных установках непосредственно на
стройках или на базах организаций, а также покупают как товар
на бетоносмесительных заводах.
При изготовлении конструкций мостов н сооружений в проект-
ном положении для поддержания опалубки с уложенными в нее
арматурой и бетоном, а также для обеспечения безопасных усло-
вий работы людей и механизмов весьма часто возникает необходи-
мость в устройстве временных конструкций — подмостей.
Индустриализация строительства монолитных сооружений
предполагает разработку и создание комплектов высокопроизводи-
тельных машин и механизмов, а также эффективных инвентарных
конструкций подмостей и опалубок, своего рода передвижных за-
водов.
Строительство монолитных сооружений не требует мощных
транспортных и грузоподъемных средств для перевозки и монтажа
тяжелых и крупногабаритных блоков сборных конструкций и мо-
жет быть особенно эффективным в регионах с теплым климатом
при наличии местных каменных материалов и песка.
Монолитные опоры мостов, полумостов и защитных галерей, а
также подпорные стены бетонируют в опалубке различных конст-
рукций. Стационарную опалубку применяют для изготовления не-
повторяющихся конструкций. Сборная щитовая опалубка, как пра-
вило, имеет весьма ограниченную оборачиваемость и целесообраз-
на для бетонирования соответственно ограниченного числа подоб-
267
ных элементов сооружений. Для бетонирования высоких опор эф-
фективна перемещаемая опалубка, называемая скользящей. Весь-
ма часто применяют несъемную опалубку, которую складывают из
блоков облицовки.
Принцип сборно-щитовой опалубки заложен в основу применя-
емых комплектов инвентарной опалубки, которые представляют
собой наборы типоразмеров щитов, изготовленных из полимерных,
деревополимерных материалов или стеклопластика. Имеющиеся в
комплекте типоразмеры позволяют собирать из щитов опалубки
для бетонирования конструкций широкого диапазона форм и раз-
меров. Щиты инвентарной опалубки используют 100 раз и более.
Железобетонные и бетонные пролетные строения мостов в про-
ектном положении можно изготовить на сплошных стационарных
подмостях, попролетно на перемещаемых подмостях, методом на-
весного бетонирования.
Сплошные стяпипнярные подмости представляют собой времен-
ный мост в створе сооружаемого. Конструкции подмостей опира-
ют на собственные фундаменты или на фундаменты и опоры воз-
водимого сооружения (рис. 34.6). Для устройства подмостей мож-
но употребить любые подходящие материалы и конструкции, но
предпочтительнее применять инвентарные конструкции для мосто-
строения МИК-С и МИК-П, которые имеются в мостостроительных
Рис. 34.6. Схемы стационарных подмостей:
а, б, в — виды конструктивных решений;
1—настил; 2 — поперечина; 3 — прогон; 4 — насадка; 5 — стойка; 6 — свая; 7 и 8 — связи;
9 — балка; 10 — прибор для опускания; 11 — ферма
268
организациях. Стационарные подмости для бетонирования арочных
и сводчатых пролетных строений называют кружалами.
Устройство стационарных подмостей обеспечивает простоту и
высокое качество работ по установке опалубки, монтажу армату-
ры и бетонированию, но может оказаться неприемлемым из-за до-
роговизны или вследствие невозможности использования прост-
ранства в пролетах моста.
При строительстве многопролетных мостов с однотипными про-
летными строениями применяют додмости, которые вместе с опа-
лубкой перемещают из пролета в пролет, осуществляя попролет-
ное бетонирование конструкций. Если ведется строительство го-
родской эстакады или пойменного участка моста небольшой вы-
соты, то такие подмости перемещают вдоль и поперек моста на
катучих опорах по устроенным на земле путям. Возможно исполь-
зование такого рода подмостей и на местности, покрытой водой,
Z» ГТАППХ/ЛЧТПТТТ7П»» ТТЛ ТГ ГТ О ГЭ X Т ТТ TJ V CinAOQV
V 11 VX»I VX-i-^Vllll ЧгХП ИМ XXVXCXX_»j
При сооружении высоких мостов с большими пролетами пере-
мещаемые подмости опирают на готовые опоры и передвигают
только вдоль осей пролетных строений. В совокупности с опалуб-
кой перемещаемые подмости, как правило, представляют собой вы-
сокомеханизированные строительные агрегаты. Процессы переме-
щения подмостей, установки и снятия опалубки довольно часто
контролируют с использовании микропроцессорной техники.
Главные несущие конструкции перемещаемых подмостей распо-
лагают ниже или выше сооружаемого пролетного строения
(рис. 34.7). В любом случае приходится решать проблему перено-
са поперечных несущих конструкций и опалубки через опоры мо-
ста в процессе продольного перемещения подмостей.
Ввиду высокой стоимости перемещаемых подмостей их изготов-
ление может быть оправдано только большим объемом выполняе-
мых с их помощью работ. В то же время велика стоимость их пере-
возки, сборки и разборки. Поэтому считается целесообразным при-
менять такие агрегаты для строительства мостов длиной не менее
300 м.
Метод навесного бетонирования позволяет возводить монолит-
ные блочно-неразрезные, балочно-консольные и рамно-консоль-
ные пролетные строения с напрягаемой арматурой без устройства
сплошных подмостей в пролете. Сущность метода состоит в том,
что пролетные строения бетонируют последовательными секциями,
опалубку которых и поддерживающие ее устройства подвешивают
к ранее изготовленным конструкциям. Каждую последующую сек-
цию бетонируют после набора прочности бетоном предыдущей и
обжатия бетона напрягаемой арматурой. В процессе бетонирова-
ния и набора прочности уложенным бетоном каждая секция под-
держивается легкими подмостями, рассчитанными на ее вес
(рис. 34.8).
269
Для навесного бетонирования нужно образовать анкерную
часть пролетного строения, масса и закрепление которой призваны
обеспечить устойчивость положения при наращивании консоли. Ан-
керную часть бетонируют на стационарных подмостях. Навесное
бетонирование называют односторонним, если его ведут в одну
сторону от анкерной части (рис. 34.9, а, б), и двусторонним. Во
втором случае бетонирование называют уравновешенным, а анкер-
ную часть делают минимальной (рис. 34.9, в). В рамных системах
при уравновешенной сборке анкерной частью служит опора
(рис. 34.9, г).
При навесном бетонировании, помимо устойчивости бетониру-
емой конструкции, необходимо обеспечить прочность консолей.
Устройство в пролете временных вспомогательных опор (см.
рис. 34.9, а) способствует решению обеих проблем. Для обеспече-
ния прочности на время бетонирования пролетное строение можно
игппптк монтзжчой няпрягисмой зрмнтурой, рисполигзоМ'ОЙ НН
верхней плите, или шпренгелем (см. рис. 34.9, б).
Рис. 34.7. Схемы перемещаемых подмостей:
а —с главными балками, расположенными ниже сооружаемых пролетных строений; б — то
же выше пролетных строений;
/— опалубка; 2— готовая часть пролетного строения; 3 — поперечная балка; 4—главная
продольная балка, 5 —приборы для перемещения подмостей; б —рама; 7 — фундамент опо>
ры; 3 — опора моста; Р—кронштейн; /0 —крыша; // — верхняя поперечная консоль; 12 —
иижняя поперечная консоль; 13 — откидная площадка; 14 — иастил; 15— подвески; /о гид-
равлические домкраты; 17— подвижная опора; /3 — рельсовый путь; 19—тележка с под-
веской; 20—аванбек; 21 — противовес;
/, III — сооружение пролетного строения; IIt IV — передвижка подмостей
270
3600
J095
Рис. 34.9. Способы обеспечения устойчивости и прочности пролетного строения
при навесном бетонировании:
а — устройство временных опор, б— усиление шпренгелем; в — бетонирование анкерной ча-
сти на подмостях; г — бетонирование ригеля Т-образной рамы
271
Особенность изготовления сборно-монолитной железобетонной
конструкции состоит в том, что оно завершается в проектном по-
ложении бетонированием монолитной части, при этом сборные
элементы, изготовленные на заводе или полигоне, используют в ка-
честве несъемной опалубки и подмостей.
34.3. Изготовление металлических конструкций
Из металла изготавливают в основном конструкции пролетных
строений мостов. Исходным материалом служит стальной прокат
в виде листов и фасонных профилей, выпускаемых металлургиче-
скими заводами. Производство металлических конструкций орга-
низовано на специализированных заводах.
Поступающий на заводы металл, как правило, имеет погнуто-
сти, недопустимые для деталей конструкций мостов. Поэтому ме-
талл правят.
Правку листовой, полосовой и уголковой стали производят на
правильных станках посредством многократного изгиба. Листы и
полосы пропускают через систему вальцов, а уголки — через си-
стему профилированных роликов. Швеллеры и двутавры правят
однократным изгибом. Элемент, имеющий кривизну, укладывают
на две опоры и к выпуклой стороне прикладывают силу, создавая
обратную кривизне пластическую деформацию. Такую правку вы-
полняют на правильно-гибочных кулачковых прессах.
Когда холодная механическая правка не применима вследствие
больших размеров профилей или высокой прочности стали, при-
меняют термическую правку. В зоне максимальной кривизны эле-
мента, с выпуклой стороны, металл нагревают газовыми горелка-
ми до состояния пластичности. При остывании металл нагретой зо-
ны сокращается в силовом взаимодействии с окружающим метал-
лом, вызывая выправление кривизны элемента.
Поверхность листов и фасонного проката перед пуском их в
производство очищают от прокатной окалины и покрывают консер-
вирующим грунтом. Это делают для повышения качества покры-
тий, защищающих металлл от коррозии.
Металл пропускают через дробеметную установку, где веерная
струя дроби разрушает и удаляет с его поверхности пленку про-
катной окалины. На очищенную поверхность немедленно наносят
консервирующий грунт, чтобы не допустить образования новой
окисной пленки. Огрунтовку и последующую сушку металла про-
изводят в специальных камерах, образующих в комплексе с дробе-
метными аппаратами поточную линию очистки и консервации.
Перед обработкой металла производят разметку и наметку.
Разметкой называют вычерчивание на металле детали в натураль-
ную величину по чертежу, а наметкой — перенос на металл кон-
туров и центров отверстий детали с шаблона. Сокращению объ-
272
емов разметочных и наметочных работ способствует использова-
ние работающих по шаблонам и копир-чертежам газорезательных
и плазморезательных машин, применение разметочно-маркировоч-
ных машин с программным управлением и разметочных станков,
обеспечивающих высокую точность работ при больших габаритах
деталей.
На заводах металлических конструкций мостов применяют га-
зовую, плазменную и механическую резку металла.
При газовой резке используют резаки-горелки, в которых смесь
газов образует пламя, нагревающее сталь в месте реза до темпе-
ратуры, близкой к температуре плавления, а струя кислорода под
высоким давлением обеспечивает горение стали и выдувание рас-
плавленного металла из прорези.
Плазменно-дуговая резка происходит посредством проплавле-
ния металла и интенсивного удаления расплава струей плазмы,
вытекающей из сопла плазмотрона. В плазму превращается рабо-
чий газ, пропускаемый через канал плазмотрона, в котором воз-
буждена электрическая дуга между катодом, расположенным в
дуговой камере, и разрезаемым металлом.
Для газовой резки применяют стационарные и переносные ма-
шины, которые при замене резака плазмотроном превращаются в
машины для плазменной резки. Применяют также ручные резаки и
плазмотроны. Механическую резку металла выполняют на разно-
го вида ножевых станках или дисковыми пилами.
Если в процессе резки не обеспечивается требуемая точность
размера детали по ширине или требуется снять с кромки детали
металл, структура которого нарушена в результате резки, то кром-
ки вырезанных деталей подвергают строжке на строгальных стан-
ках.
Заготовленные детали поступают в сборочный цех, где из них
собирают изготавливаемые элементы или блоки конструкций. Де-
тали соединяют электросваркой. Сборку производят в кондукто-
рах. Различают сборочные кондукторы, в которых производят
только сборку элементов или блоков и временное соединение де-
талей, и сборочно-сварочные кондукторы, в которых осуществляют
и сборку, и сварку. Для удобства наложения угловых швов «в ло-
дочку» сборочио-сварочные кондукторы часто делают поворотны-
ми (рис. 34.10).
На заводах применяют в основном автоматическую электроду-
говую сварку под слоем флюса, которую производят самоходными
автоматами, называемыми сварочными тракторами (рис. 34.11).
Качество сварных швов контролируют наружным осмотром,
Ультразвуковой дефектоскопией, просвечиванием рентгеновскими
или гамма-лучами, осмотром микрошлифов на торцах стыковых
Швов и проверкой механических свойств соединений.
Процесс сварки сопровождается возникновением в сваривае-
мых элементах внутренних напряжений и искажений начальной
273
формы. Для предупреждения щ
слесварочных деформаций н
элемент и его детали перед свар
кой накладывают жесткие связи
и создают выгибы элемента, об-
ратные ожидаемым деформаци-
ям. Устройства для предупреж-
дения деформаций конструктив-
но объединяют со сборочно-сва-
рочными кондукторами.
Элементы, форма которых по-
сле сварки оказывается недопу-
стимо искаженной, подвергают
механической, термической или
комбинированной термомехани-
ской правке.
Чрезвычайно ответственной
операцией является образование
отверстий для монтажных соеди-
Рис 34 10 Схема полиоповоротного
сборочно-сварочного кондуктора:
1 — бандажное полукольцо с упорной ра
мой, 2 — неподвижные упоры, 3 — упоры
домкраты, 4 — соединения, 5 — ролики,
6 — свариваемые швы, 7— балка
нений в изготовленных элементах и блоках, а также в деталях сое-
динений (накладках и прокладках). Точность положения отверстий
во многом определяет точность соблюдения проектных контуров
и размеров пролетных строений при сборке.
Применяют два способа образования отверстий. Первый — это
сверление отверстий в отдельных элементах на полный диаметр с
последующей контрольной сборкой конструкции. Второй—свер-
ление отверстий в отдельных элементах на неполный диаметр с
последующим рассверливанием на полный при общей сборке кон-
струкции.
Рис 34 11 Схема сварочного автомата ТС-17М:
а — при наложении стыкового шва, б — при наложении углового шва, gyj
/ — электродная проволока, 2 —самоходное шасси, 3— бункер с флюсом, 4 — кассета дуЦ
той проволоки, 5 — направляющие, 6 — флюс, 7 — свариваемый лист, 8 — флюсовая
ка, 9 — стеллаж
274
Первый способ обеспечивает взаимозаменяемость одноимен-
ных монтажных элементов, сокращает производственный цикл из-
готовления за счет ликвидации общей сборки и рассверливания от-
верстий, не требует производственных площадей для общей сборки
и позволяет снизить трудоемкость изготовления конструкций. Спо-
соб этот применяют при изготовлении серий типовых и унифициро-
ванных конструкций.
Чтобы достигнуть необходимой точности положения отверстий,
их сверлят по кондукторам — плоским накладным для листовых
элементов (фасонок, накладок) и объемным стационарным для
стержневых элементов и блоков балок. Плоский кондуктор пред-
ставляет собой стальной, тщательно выправленный шаблон дета-
ли с просверленными в нем отверстиями, через которые сверлят
отверстия в детали. Объемные кондукторы имеют в своем составе
ряд попарно расположенных по длине плоских кондукторов, за-
крепленных к строго выверенному основанию, и упоры для фик-
сации положения элемента или блока.
По техническим условиям на изготовление проводят контроль-
ную сборку каждого пятого однотипного пролетного строения, из-
готовленного с применением определенного комплекта кондукто-
ров.
При образовании монтажных отверстий по второму способу на
стеллажах, обычно вне цеха, собирают плоские системы пролетно-
го строения — главные балки или фермы, балки проезжей части,
связи. Сборку осуществляют на стяжных болтах, используя отвер-
стия, просверленные на неполный диаметр. После выверки очерта-
ния и размеров собранной конструкции отверстия в соединениях
рассверливают на проектный диаметр. Такой способ обеспечивает
хорошее совпадение отверстий при монтаже, но исключает взаимо-
заменяемость однотипных элементов. Этот способ применяют при
изготовлении индивидуальных конструкций.
В малярном цехе устраивают линии по нанесению на конструк-
ции лакокрасочных покрытий с камерами сушки. В состав цеха
обычно входит участок отгрузки конструкций со складом готовой
продукции.
34.4. Перевозка сборных конструкций мостов и сооружений
Изготовленные на заводах, полигонах или базах сборные кон-
струкции мостов и других дорожных сооружений доставляют к ме-
сту строительства железнодорожным, автомобильным и водным
транспортом. При перевозках должна быть обеспечена безопас-
ность движения на маршруте следования, сохранность используе-
мых транспортных средств и перевозимых конструкций.
Грузоподъемность используемых транспортных средств долж-
на быть увязана с массой перевозимых конструкций и условиями
275
размещения, опирания и крепления последних. Во время перевоз-
ки под действием собственного веса и инерционных сил конструк-
ции должны работать как статически определимые системы. В
этом случае практически исключаются непредвиденные силовые
воздействия на перевозимые элементы и используемые транспорт-
ные средства.
Железобетонные элементы опирают так, чтобы характер их ра-
боты под нагрузками, действующими во время перевозки, соответ-
ствовал армированию.
Установленные на транспортных средствах грузы должны впи-
сываться в габарит погрузки соответствующего вида транспорта.
Устойчивость положения перевозимых конструкций на транс-
портных средствах должна быть обеспечена соответствующим
креплением, которое рассчитывают на восприятие инерционных сил
и усилий от ветровой нагрузки. Также расчетом проверяют устой-
чивость положения транспортного средства с грузом при движении
на криволинейных участках пути.
При перевозках строительных конструкций, особенно тяжелых
балок и ферм пролетных строений мостов, практически всегда при-
ходится решать задачу обеспечения погрузочно-разгрузочных ра-
бот соответствующими грузоподъемными механизмами. Во всех
случаях нужно стремиться к тому, чтобы стоимость и трудоемкость
перевозки были минимальными.
При перевозке по железным дорогам (рис. 34.12, а, б) элемен-
ты конструкций грузят на платформы грузоподъемностью 50 или
60 т с полезной длиной 12,87 м и шириной 2,77 м.
Если длина перевозимых конструкций превышает длину плат-
формы, элементы можно опирать на одну платформу при условии,
что длина выступающих за пределы платформы свесов не будет
более 7 м, а спереди и сзади платформы с грузом будут платфор-
мы прикрытия. Прочность перевозимой конструкции должна быть
обеспечена при работе по балочно-консольной схеме во время пе-
ревозки. Длинные конструкции опирают на две платформы. При
необходимости между нагруженными располагают требуемое ко-
личество порожних платформ. Погруженные на платформы конст-
рукции не должны выходить за пределы очертания габарита по-
грузки шириной 3250 мм на прямых и кривых радиусом 320 м уча-
стках пути.
При погрузке на две платформы балки или фермы опирают на
специальные устройства — турникеты, обеспечивающие повороты
опорных сечений конструкций относительно платформ на кривых,
а на одной из платформ должна быть обеспечена еще и свобода
продольных перемещений конца элемента.
Для перевозки конструкций по автомобильным дорогам в зави-
симости от размеров и массы элементов используют бортовые ав-
томобили, полуприцепы с седельными тягачами и прицепы-роспус-
ки. Особо тяжелые и длинные балки и фермы перевозят на управ-
276
ляемых тележках или на трейлерах, буксируемых тягачами или
тракторами (рис. 34.12, в, г, д).
Согласно Правилам дорожного движения, утвержденным Мини-
стерством внутренних дел СССР 16 июля 1986 г., габариты транс-
портного средства с грузом или без груза не должны превышать
по высоте 4,0 м от поверхности дороги, по ширине 2,5 м, по дли-
не — 20 м для автопоезда с одним прицепом, 24 м для автопоезда
с двумя или более прицепами. Груз не должен выступать за зад-
нюю точку габарита транспортного средства более чем на 2,0 м.
Масса транспортного средства с грузом не должна превышать
30 т.
Если указанные ограничения габаритов и массы не соблюда-
ются, то на движение транспортного средства должно быть полу-
чено специальное разрешение в Госавтоинспекции, а само движе-
Рнс. 34.12 Перевозка конструкций по железным и автомобильным дорогам:
а — на одной железнодорожной платформе; б—на сцепе железнодорожных платформ; в—
на автотягаче н полуприцепе, г — на управляемых тележках, д — на трейлере;
/ — перевозимая балка, 2 — опорные брусья; 3 — тяжн и проволочные скруткн, 4 — плат-
форма прикрытия, 5 — турникет; 6 — автотягач; 7—полуприцеп с вертлюгом; 8— трактор;
9—управляемая тележка; 10 — трейлер
277
ние должно быть организовано в соответствии с требованиями спе-
циальной инструкции Министерства внутренних дел СССР для пе-
ревозки тяжелых крупногабаритных грузов.
Возможность доставки на стройку конструкций автотранспорт-
ными средствами зависит от состояния дорог и мостов на маршру-
те следования.
Контрольные вопросы
1. Какие виды работ составляют технологические комплексы изготовлении
деревянных, железобетонных и стальных конструкций мостов?
2. Что такое стенд для изготовления предварительно напряженных железо-
бетонных элементов конструкций мостов?
3. В чем отличие навесного бетонирования от бетонирования попролетиого?
4. Какими способами обеспечивается высокая точность положения отверстий
для монтажных соединений в элементах конструкций при нх изготовлении?
5. Что проверяют расчетом при проектировании и осуществлении перевозки
сборных конструкций мостов и сооружений?
Глава 35
СТРОИТЕЛЬСТВО ФУНДАМЕНТОВ
35.1. Разбиака осей и контуров фундаментов
При разбивке дорожных сооружений в качестве геодезической
основы используют устроенные при изысканиях дороги знаки, за-
крепляющие на местности ее ось, а также реперы и настенные
марки с известными отметками. Эти знаки, реперы и настенные
марки должны быть привязаны к центрам и маркам государствен-
ной плановой и высотной основы. В то же время положение зна-
ков, закрепляющих ось дороги, должно быть дано в пикетаже
трассы, а отметки реперов и настенных марок — в принятой в про-
екте дороги системе высотных отметок.
Там, где позволяют условия, центры, оси и контуры фундамен-
тов переносят на местность путем непосредственных измерений
расстояний от исходных опорных знаков по направлениям, наме-
чаемым теодолитом.
Ось малого или среднего моста через суходол или небольшой
водоток восстанавливают при помощи теодолита, установив его
над одним из знаков, закрепляющих ось трассы и визируя на ана-
логичный знак на другом конце перехода. В створе визирования
от знака с известным пикетажным положением или от пикетажно-
го столба измерительной лентой или светодальномером отмеряют
расстояния /1, /2, 1з, h, Is и L, соответствующие пикетажному поло-
жению центров опор (рис. 35.1, а). Устанавливая теодолит в цент-
ре каждой опоры, разбивают ее ось в поперечном относительно мо-
278
2 3
90
90’}
Рис. 35 1. Схемы разбивки центров
фундаментов опор мостов:
1 — знаки, закрепляющие ось дороги, опор-
ные: 2— поперечные оси опор; 3 — центры
опор, 4 — столбы, закрепляющие осн опор:
5 — вспомогательные опорные знакн; 6 —
вспомогательная ось (№ 1, 2, 3 4 — номе-
ра опор)
ста направлении. Обе оси закрепляют столбами, располагая их на
таком расстоянии от будущей опоры, где не ожидается осадок и
подвижки грунта при выполнении работ по сооружению фунда-
мента.
Для промеров расстояний через водоток вдоль оси перехода
можно устроить легкий свайный мостик. Зимой разбивку удобно
вести по дощатому настилу, вмороженному в лед.
Если по каким-либо причинам нельзя провести промеры не-
посредственно по оси моста, устраивают вспомогательную раз-
бивочную ось в стороне (рис. 35.1,6). Желательно, чтобы вспомо-
гательная ось была параллельна основной. Когда так сделать не
удается, при переносе центров и осей опор с вспомогательной оси
на основную учитывают угол между этими осями.
При строительстве больших мостов через многоводные аквато-
рии разбивка центров опор путем непосредственных измерений мо-
жет быть неосуществимой. Тогда применяют триангуляционные
или параллактические способы. Для этого на берегах создают
вспомогательную опорную геодезическую сеть в виде системы тре-
угольников или четырехугольников, измеренных с высокой точ-
ностью.
В триангуляционную сеть включают не менее двух исходных то-
чек, закрепляющих ось трассы и расположенных на каждом бере-
ГУ- Основой триангуляционной сети служат базисы Ь\ и Ь2, разби-
ваемые на ровном месте, где обеспечено точное измерение и бес-
препятственное визирование. Разбивку центров опор выполняют
Угловыми засечками не менее чем из двух точек базиса с пересе-
чением засечек в створе оси моста (рис. 35.1, в).
279
Для выполнения угловых засечек предварительно вычисляют уг-
лы <Х|, <12, dj.
Центры и оси опор и контуры фундаментов закрепляют на
временных островках, подмостях, каркасах или кондукторах для
погружения свай или на плавучих системах, используемых для
производства работ. Положение указанных вспомогательных кон-
струкций контролируют также посредством угловых засечек.
При сооружении фундаментов в открытых котлованах размеры
ограждений, контуры фундаментов, оси свай выносят на деревян-
ную обноску из кольев и прибитых к ним горизонтальных досок.
Для высотных разбивок фундаментов и других конструкций
устраивают систему постоянных и рабочих реперов, включающую
исходные реперы в составе геодезической основы. Реперы сохраня-
ют в неизменном положении до окончания работ и сдачи сооруже-
ния в эксплуатацию.
Проектные отметки элементов сооружений переносят в натуру
при помощи нивелира, привязываясь к системе реперов. Высотные
разбивки удобно проводить лазерным нивелиром, передающим
отметки видимым горизонтальным лучом. В стесненных условиях
применяют наполненный водой резиновый шланг, в концы которо-
го вставлены стеклянные трубки. Отметки передают по уровню во-
ды, установившемуся в трубках.
35.2. Сооружение фундаментов мелкого заложения
Фундаменты мелкого заложения и заглубляемые в грунт плиты
ростверков свайных фундаментов сооружают в открытых котлова-
нах. Если местность не покрыта водой, а уровень грунтовых вод
ниже подошвы фундамента, то котлован делают с естественными
откосами, крутизну которых назначают в зависимости от вида
грунта и глубины котлована.
Выбор вида землеройной техники для разработки открытых
котлованов с естественными откосами зависит от формы и разме-
ров котлована, видов разрабатываемых грунтов и производствен-
ных возможностей.
Скреперы и бульдозеры эффективны для разработки котлова-
нов с большими размерами в плане. Экскаваторы, оборудованные
драглайном или обратной лопатой, целесообразны для относитель-
но узких котлованов. Большие объемы скальных и полускальных
грунтов выгодно разрабатывать взрывным способом. При малых
объемах работ твердые грунты разрабатывают пневматическими
лопатами-ломами или отбойными молотками.
В водоносных и слабых грунтах для осушения котлованов и
обеспечения устойчивости их стен применяют разного рода ограж-
дения и крепления. Стены сухих котлованов удерживают от обру-
шения закладным креплением из досок или железобетонных плит,
280
Рис. 35.2. Схемы шпунтовых ограждений:
а — с верхней частью котлована без крепления, б — с распорным креплением; в — с анкер-
ным креплением;
1 — водоупор; 2 — уровень грунтовых вод; 3 — направляюшие схватки; 4 — шпунтовая стен-
ка; 5 — распорка; 6 — обвязка; 7— маячные сваи; 8 — анкерная свая; 9 — стяжка
закладываемых за стойки, устойчивость положения и прочность
которых обеспечивается распорками или анкерами в грунте. Стой-
ки сразу же забивают на глубину, превышающую на 0,5—1,0 м
глубину котлована, или погружают по мере его разработки. За-
кладные элементы устанавливают в процессе выборки грунта.
В мостостроении применяют ограждение в виде бездонного
опускного ящика, собираемого из железобетонных плит. Ящик
опускают и наращивают по высоте по мере углубления котлована,
а при бетонировании фундамента используют как несъемную опа-
лубку.
При разработке котлованов на местности, покрытой водой, или
в водонасыщенных грунтах наиболее часто применяют шпунтовые
ограждения, которые представляют собой водонепроницаемые
стенки, образованные из шпунтовых свай. Шпунтовые сваи, назы-
ваемые шпунтом или шпунтинами, погружают в грунт до разра-
ботки котлована. Проектное положение шпунта в процессе забивки
обеспечивают направляющими схватками, прикрепленными к ма-
ячным сваям; системой распорок или анкеров обеспечивают устой-
чивость положения и прочность шпунта (рис. 35.2).
При малой (до 5—6 м) глубине погружения и при отсутствии
в грунтах твердых прослоек и включений можно применить дере-
вянный дощатый и брусчатый шпунт (рис. 35,3,а,б). В современ-
281
ной практике фундаментостроения наиболее часто ограждения
делают из прокатного металлического шпунта — плоского и корыт-
ного (рис. 35.3, в, г). Металлический шпунт, как правило, исполь-
зуют многократно. Глубина погружения шпунта зависит от вида
грунтов, уровней воды и технологии сооружения фундамента.
Устойчивость и прочность шпунтовых ограждений проверяют
расчетом. Во всех случаях шпунтовые стенки должны быть погру-
жены ниже дна котлована на глубину, обеспечивающую их проч-
ность и устойчивость, но не менее 1 м при связных, крупнопесчаных
и гравелистых грунтах и не менее 2 м при мелкопесчаных, плывун-
ных, а также текучих и текучепластичных связных грунтах.
Рис. 35.3. Виды шпунтов:
I — шпунтина; 2 — гребень; 3 — заточка деревянных шпунтин; 4 — паз; 5 — полушпунтяна;
6 — уголок
282
Рис. 35.4. Виды ограждений котлованов на мест-
ности, покрытой водой:
а — грунтовая перемычка; б—одиночная шпунтовая
стенка с грунтовой перемычкой; в — грунтовая перемыч-
ка между шпунтовыми стенками; г — ограждение в виде
бездонного ящика из инвентарных понтонов;
/ — стяжка; 2 — распорки; 3 — понтон; 4— сварной нож;
5 ~ воздухопровод к компрессору
Шпунтовые сваи погружают высокочастотными вибропогружа-
телями и молотами. От раскалывания и расклепывания при забив-
ке верхнюю часть шпунтины защищают специальными наголов-
никами. Имеются виброударные молоты, предназначенные как для
погружения, так и для извлечения стального шпунта.
На акваториях при строительстве фундаментов мелкого зало-
жения для ограждения котлованов возможно применение чисто
грунтовых перемычек, грунтовых перемычек, примыкающих к од-
ной шпунтовой стенке или расположенных между двумя шпунто-
выми стенками, а также перемычек в виде бездонных ящиков, со-
бираемых из инвентарных понтонов (рис. 35.4). Перемычки из
понтонов эффективны в случаях, когда нельзя забить шпунт.
Грунт в огражденных котлованах разрабатывают преимущест-
венно без водоотлива. Для выборки грунта используют двухче-
люстные и четырехчелюстные грейферы, а также эрлифты и гидро-
элеваторы с механическими или гидравлическими приспособлени-
ями для рыхления грунтов. Обычно после разработки грунта, пе-
ред откачкой воды, на дне котлована укладывают тампонажный
слой бетона.
Подводное бетонирование производят, как правило, способом
вертикально перемещаемой трубы (ВПТ). На предварительно вы-
ровненное дно котлована опускают стальные трубы (рис. 35.5).
Сверху на трубах закрепляют воронки для направления в трубы
бетонной смеси. Трубы подвешивают к грузоподъемным приспо-
соблениям, обеспечивающим перемещение труб по вертикали. Пе-
ред загрузкой в воронки первых порций смеси трубы закрывают
283
пробками, которые должны пе-
ремещаться вниз по стволам
вместе со смесью, не допуская
контакта ее с водой.
Во время загрузки воронок
пробки поддерживают проволо-
кой, которую перерубают после
загрузки. Приподняв трубу на
20—30 см над дном, позволяют
пробке и части смеси выйти на-
ружу. Затем трубу резко осажи-
вают вниз, погружая ее ннжний
конец в излившуюся наружу
смесь. Далее бетонная смесь бу-
дет выходить из трубы, вытесняя
собственным весом ранее вышед-
шую, которая будет защищать
основной объем смеси от контак-
та с водой. По мере укладкисмесн
трубы перемещают вверх. Пере-
мещение смеси по трубам ускоря-
ют вибрированием воронок и труб
навесными вибраторами. Трубы
устанавливают одну от другой
с учетом зоны растекания смеси.
Радиус растекания смеси из тру-
Рис. 35.5. Схема подводного бетони-
рования способом ВПТ;
/ — секция бетонолнтной трубы; 2 — во-
ронка
бы зависит от глубины котлова-
на, диаметра трубы, консистенции смеси и составляет 2—3,5 м.
Бетонная смесь должна быть пластичной, с осадкой конуса 16—
20 см. После набора подводным бетоном требуемой прочности
котлован осушают центробежными насосами.
Перед установкой опалубки и бетонированием монолитного
фундамента, так же как и перед монтажом сборного, грунтовое
или забетонированное дно котлована освидетельствуют и при не-
обходимости выравнивают. При слабых грунтах на дне котлована
перед бетонированием фундамента насыпают и утрамбовывают
слой щебня или гравия толщиной 10—15 см. Блоки сборных фун-
даментов в этом случае устанавливают на слой гравия или песка
толщиной 15—30 см.
Поверхность тампонажного слоя очищают от загрязненного
рыхлого бетона пневматическим инструментом. Блоки сборного
фундамента в этом случае укладывают на подливку из бетона или
цементного раствора.
При сооружении фундаментов на местности, покрытой водой,
используемые машины и механизмы располагают на временных
дамбах, островках, эстакадах, подмостях нли на плавучих средст-
вах.
284
35.3. Погружение свай и оболочек
Для погружения свай и оболочек применяют машины ударно-
го вибрационного или вибрационно-ударного действия, называ-
емые соответственно молотами, вибропогружателями и вибромо-
лотами.
В 99% случаев сваи забивают молотами. Применяют дизель-
ные и паровоздушные молоты. Дизельные молоты наиболее рас-
пространены. Различают штанговые и трубчатые дизель-молоты.
Отечественная промышленность в настоящее время выпускает пре-
имущественно трубчатые молоты, которые по сравнению со штан-
говыми при равной массе ударных частей обладают повышенной
энергией удара. В паровоздушных молотах используется энергия
пара или сжатого воздуха»
По принципу действие различают молоты одиночного и двой-
ного действия. Достоинством молотов одиночного действия явля-
ется относительно большая масса ударной части, которая состав-
ляет до 70% общей массы молота. Производительность таких мо-
лотов весьма мала. Молоты двойного действия имеют малые раз-
меры и относительно малые массы ударных частей, но производи-
тельность их высока. Молотами двойного действия можно не толь-
ко погружать, но и выдергивать сваи. Благодаря герметичности
корпуса они могут работать в воде на глубине до 20 м. Общим не-
достатком паровоздушных молотов является необходимость в ко-
тельных или компрессорных установках для обеспечения их ра-
боты.
Тип и модель молота выбирают в зависимости от размеров по-
перечного сечения свай, их материала, массы, глубины погруже-
ния, несущей способности по грунту и физико-механических
свойств грунтов. При забивке молотами обязательно применяют
амортизирующие наголовники, надеваемые на сваи. Ось молота
должна совпадать с осью сваи. При встрече сваи с твердым вклю-
чением забивку прекращают.
Погружение свай молотами ведут до достижения расчетного
отказа — такого заглубления от одного удара, при котором теоре-
тически обеспечивается требуемая несущая способность сваи по
гРунту.
Применяемые в СССР свайные молоты не позволяют осуществ-
лять погружение свай диаметром более 0,6 м.
Вибропогружатели применяют преимущественно для погруже-
ния в разные грунты оболочек диаметром более 1 м. Принцип ра-
боты вибропогружателя основан на сложении и вычитании цент-
робежных сил, которые возникают при синхронном вращении в
Разные стороны двух дебалансов — масс, не сбалансированных от-
носительно центров вращения. Вибропогружателями возбуждают-
ся такие колебательные движения оболочек и окружающего грун-
тового массива, при которых происходит срыв сил трения грунта
285
по всей боковой поверхности погружаемых элементов, и они начи-
нают перемещаться вниз, преодолевая собственным весом и инер-
ционными силами лобовое сопротивление грунта. и
Для погружения свай и оболочек в рыхлые несвязные грунты
рекомендуется применять вибропогружатели с более высокой ча-
стотой вращения дебалансов (500—600 об/мин), а для заглубле-
ния в плотные грунты, особенно в тугопластичные глины, рекомен-
дуется меньшая частота (300—500 об/мин).
Обычно область рационального применения указывается в тех-
нической характеристике вибропогружателя. В специальной и
справочной литературе имеются рекомендации по выбору марки
вибропогружателя в зависимости от вида грунтов, глубины погру-
жения и диаметра оболочки.
В СССР разработаны и внедрены вибропогружатели с регули-
руемыми параметрами, которые обеспечивают близкий к оптималь-
ному режим погружения оболочек при весьма широком разнооб-
разии местных условий.
При погружении оболочек с открытым нижним концом перио-
дически удаляют грунт из их внутренних полостей. Если для этого
приходится снимать, а потом снова устанавливать вибропогружа-
тель, то темпы погружения резко снижаются. В нашей стране раз-
работаны и применяются вибропогружатели, вибраторы которых
смонтированы по контуру кольцевой рамы. Внутреннее свободное
пространство рамы позволяет разрабатывать грунт в оболочке, не
снимая вибропогружателя.
Вибромолоты используют для погружения стального шпунта,
свай нз двутавров и стальных труб, а также железобетонных свай.
В вибромолоте вибратор в виде закрепленных в литом корпусе
двух электродвигателей с дебалансами на осях опираетсся через
пружины на наголовник, жестко прикрепляемый к свае. При вра-
щении дебалансов возбуждаются колебания вибратора, в ходе ко-
торых его литой корпус ударяет по наковальне, жестко соединен-
ной с наголовником. Таким образом, свая подвергается как вибра-
ционному, так и ударному воздействию.
Если наковальню, жестко соединенную с закрепленным на
свае наголовником, расположить над корпусом вибратора, то мо-
лот будет выдергивать сваю. Такие вибромолоты называют шпун-
товыдергивателями. Промышленность выпускает вибромолоты с
нижней и верхней наковальнями, что позволяет использовать их
для погружения и извлечения шпунтов и свай.
Вибропогружатели жестко соединяют со сваями или оболочка-
ми через стальные сварные наголовники. К железобетонным сваям
наголовники крепят за выпущенные из бетона стержни арматуры
или закладные упоры. К фланцам на торцах звеньев оболочек на-
головники можно прикреплять болтами. В последнее время
меняют наголовники, закрепление которых на головах сваи
оболочек осуществляется автоматически самозаклинивающимис
286
колодками или клиньями. Для вибромолотов применяют наголов-
ники с гидравлическими зажимами.
Для установки свай и оболочек в проектное положение и при-
дания им заданного направления при погружении применяют на-
правляющие устройства: сваебойные копры, навесное копровое
оборудование, устанавливаемое на тракторах, экскаваторах, кра-
нах или автомобилях, а также каркасы и кондукторы.
Копры (рис. 35.6, а) являются конструкциями, предназначен-
ными исключительно для забивки свай и шпунта. Различают про-
стые полууниверсальные и универсальные копры.
Простыми копрами погружают вертикальные сваи длиной до
12 м. Их используют, как правило, вместе с легкими и средними
дизель-молотами.
Стрелу полууниверсальных копров можно наклонять вперед и
назад. Применяют такие копры для погружения средними и тяже-
лыми дизель-молотами вертикальных и наклонных свай длиной
10—16 м.
В универсальных копрах платформа может поворачиваться
относительно вертикальной оси, а стрела наклоняться вперед и
назад. Универсальные копры используют с самыми тяжелыми ди-
зельными и паровоздушными молотами для погружения наибо-
лее длинных и массивных свай.
На платформах копров устанавливают двухбарабанные лебед-
ки, на один из барабанов которой наматывается трос для подъема
молота, а на другой — трос для подъема сваи.
В последнее время в качестве направляющих устройств при
забивке свай все более широко применяют навесное копровое обо-
рудование. В состав такого оборудования входят направляющая
стрела и телескопическая распорка, обеспечивающая заданное
наклонное или вертикальное положение направляющей стрелы
(рис. 35.6, б).
Навесное копровое оборудование может быть установлено не
только на самоходных стреловых кранах, но и на стационарных
стреловых кранах-дерриках, на козловых кранах и даже на кон-
сольно- шлюзовых.
Каркасы (рис. 35.6, в), применяемые в качестве направляющих
устройств при погружении свай и оболочек, представляют собой
жесткие пространственные конструкции, в горизонтальных плоско-
стях которых устроены ячейки для фиксации положения погружа-
емых элементов. Проходя через предназначенные для него ячейки
минимум в двух горизонтальных плоскоостях, погружаемый эле-
мент получает заданное направление. Каркасы обычно собирают
из стержневых элементов с монтажными соединениями на болтах,
что обеспечивает разборку и повторное применение конструкций.
Чаще всего каркасы применяют для погружения свай и оболо-
чек на акватории при глубине воды более 3—4 м. На плавучих
средствах каркас доставляют на место и раскрепляют в плане с
287
Рис 35 6 Виды направляющих устройств для погружения свай и оболочек:
1 — свая; 2— молот; 3 — колер; 4 — направляющая стрела; 5 — распорка; 6 — стреловой
кран; 7 — каркас, 8 — вибропогружатель; 9 — кондуктор-ростверк; 10 — подсыпка
288
Рис. 35.7. Схема подмыва свай:
/ — водоем; 2 —насос. 3 — водонапорные трубы, 4 — копер, 5 — свая, 6 — подмывные трубы;
7 — наконечник лодмывной трубы; 8 — воздуховодная труба; 9 — концевая часть воздуховод-
ной трубы
помощью тросов и якорей. Затем каркас опускают в воду до тре-
буемого уровня. После геодезического контроля положения кар-
каса его закрепляют четырьмя маячными сваями или оболочками,
погруженными сквозь направляющие ячейки. Далее погружают
сваи или оболочки фундамента.
Обычно каркасы одновременно используют как распорное креп-
ление шпунтовых ограждений. На верхней плоскости каркаса мо-
жет быть устроен рабочий настил и установлено оборудование, не-
обходимое для выполнения работ.
Кондукторами называют бетонные и железобетонные конст-
рукции, в которых устроены каналы или ячейки, обеспечивающие
заданные положение и направление свай или оболочек при погру-
жении (рис. 35.6, г), В качестве кондукторов обычно используют
сборные конструкции плит ростверков сооружаемых фундаментов.
Чтобы облегчить погружение свай или оболочек, можно приме-
нить подмыв грунта, контактирующего с их боковыми поверхно-
стями. Вода, подаваемая к нижнему концу сваи или оболочки под
большим давлением, создает восходящие потоки (рис. 35.7, а),
уменьшающие силы трения между грунтом и боковой поверхно-
стью погружаемого элемента. Подмывные трубы располагают
вдоль боковых сторон свай сплошного сечения или в полостях обо-
лочек. Трубы заканчиваются конусными наконечниками
(рис. 35.7,6). Подмыв прекращают, не доходя 1—2 м до проект-
ной глубины, и завершают погружение молотом или вибропогру-
жателем. В твердых и полутвердых глинистых грунтах и в валун-
но-галечниковых отложениях подмыв не применяют.
Зак 578 289
Процесс вибропогружателя оболочки с открытым нижним кон-
цом облегчают, периодически извлекая грунт из ее внутренней по-
лости.
Грунты, не поддающиеся размыву (тяжелые плотные глины и
суглинки, отложения крупного гравия и гальки), удаляют преиму-
щественно грейферами. Для извлечения грунтов типа вязких мяг-
копластичных глин, плотных гравийно-галечных смесей применяют
оборудование вращательного действия — шнековые или ковшовые
буры. Несвязные грунты легко удаляют эрлифтами, суглинистые—
эрлифтами с предварительным рыхлением струей воды под давле-
нием. Песчано-галечниковые грунты разрабатывают гидроэлевато-
рами и гидрожелонками.
Выборка грунта ниже ножа оболочки существенно ускоряет
погружение, но допускается только в связных грунтах и на опреде-
ленную глубину, при которой обеспечивается устойчивость стенок
забоя.
Несвязный грунт извлекают до уровня, при котором практиче-
ски исключается его наплыв через нижний открытый конец обо-
лочки. Прорыв внутрь оболочки разжиженного грунта предупреж-
дают, заливая в оболочку воду до уровня воды снаружи или не-
сколько выше.
Скальные грунты в основании оболочек разбуривают станками
ударно-канатного бурения или агрегатами реактивно-турбинного
бурения.
Для сохранения природной плотности несвязных грунтов виб-
ропогружение оболочки прекращают после образования в ней
грунтового ядра высотой не менее 2 м. Оболочку с ядром вибриру-
ют в течение 10—15 мин без ее погружения для уплотнения ядра
и окружающего оболочку грунта.
В связных грунтах излишнее вибрирование может вызвать их
разжижение и разуплотнение. Поэтому при таких грунтах вибри-
рование прекращают, когда скорость погружения оболочки стано-
вится не более 2 см/мин.
Уширенные основания под оболочками устраивают бурильными
машинами с уширителями. Полости оболочек частично или пол-
ностью заполняют бетоном методом вертикально перемещаемой
трубы (ВПТ). При погружении свай и оболочек на акватории в
зависимости от глубины воды и других местных условий работы
ведут с временных дамб и островков, стационарных подмостей или
плавучих средств.
35.4. Сооружение свай и столбов в грунте
Для устройства в грунте сваи или столба разбуривают глубо-
кую скважину, в которую укладывают бетонную смесь или опус-
кают заранее изготовленный элемент. Возможно применение кон-
290
струкции из заранее изготовленного элемента и бетона, укладыва-
емого на месте. Устраиваемые в грунте конструкции принято на-
зывать буровыми сваями при диаметре до 1 м или буровыми стол-
бами при диаметре 1 м и более.
Современные бурильные машины и оборудование позволяют
быстро и экономично устраивать глубокие скважины в разнооб-
разных геологических условиях и разбуривать в основаниях сква-
жин уширения для увеличения несущей способности сооружаемых
свай или столбов.
Различают ударное и вращательное бурение.
При ударном бурении грунт в забое скважины разрыхляют или
раздробляют ударами рабочего органа, который сбрасывают с
некоторой высоты. В качестве рабочего органа при малосвязных
грунтах используют бур-грейфер, которым и рыхлят грунт, и выби-
рают его из скважины. Твердые грунты разрыхляют иди раздроб-
ляют долотом и извлекают из скважины эрлифтом, гидроэлевато-
ром, грейфером или желонкой.
При ударно-канатном бурении долото поднимают и сбрасыва-
ют на витом тросе. В момент удара долота о грунт трос ослабева-
ет и упруго скручивается. Натягиваясь и раскручиваясь при подъ-
еме долота, трос поворачивает его на небольшой угол в плане.
Благодаря этому долото каждый раз долбит новый участок забоя,
что и обеспечивает равномерное по его площади раздробление
грунта.
Вращательное бурение производят различными видами ротор-
ных буров или турбобурами. На рабочие органы роторного бура
вращение передается от ротора, обычно расположенного на по-
верхности, через жесткую штангу или колонну буровых труб. До-
лота турбобура приводятся во вращение напорной струей воды или
глинистого раствора.
Ковшовыми и шнековыми бурами не только режут и рыхлят
грунт, но и выбирают его из скважины. Другими видами буров
грунт разрыхляют и раздробляют, а для его извлечения использу-
ют эрлифты, гидроэлеваторы или принудительную циркуляцию за-
полняющих скважину воды или глинистого раствора.
Уширения в основаниях скважин разбуривают специальными
устройствами, называемыми уширителями.
Устойчивость грунта на стенах скважин обеспечивают обсад-
ными трубами, погружаемыми до бурения или в процессе его, или
избыточным гидростатическим давлением, создаваемым внутри
скважины путем заполнения ее водой или глинистым раствором.
При ударном бурении обсадные трубы обязательны, так как,
предотвращая обрушение грунта из стенок, они одновременно
обеспечивают заданное направление скважины и требуемый диа-
метр ее сечения.
При роторном бурении приводная штанга обеспечивает доста-
точную прямолинейность скважины, а вращающийся рабочий ор-
10* 291
ган — ковшовый бур, шнек или резцовый рыхлитель — требуемые
форму и размер ее поперечного сечения. Поэтому в данном случае
можно обходиться без обсадных труб, если устойчивость стен
скважины обеспечивается гидростатическим давлением воды или
глинистого раствора. В плотных и средней плотности сухих нли
влажных глинистых грунтах допускается бурение скважин без
крепления стен.
При устройстве скважин вблизи существующих сооружений в
напластованиях ннзкопрочных оплывающих грунтов применение
обсадных труб обязательно. Часто обсадные трубы применяют для
разработки только врехнего небольшого участка скважины в пре-
делах водонасыщенных неустойчивых грунтов, а далее бурение ве-
дут, используя для предотвращения оползания грунта давление
глинистого раствора или воды. Такие укороченные обсадные трубы
называют патрубками. На местности, покрытой полой, патрубки
необходимы для формирования стволов свай и столбов в воде.
Когда устойчивость стен скважины обеспечивают избыточным
давлением воды, уровень ее в скважине должен быть на 3—7 м
выше уровня воды в акватории или уровня грунтовых вод.
При сооружении буровых свай или столбов применяют много-
кратно используемые стальные обсадные трубы, называемые ин-
вентарными, или несъемные обсадные трубы, которые остаются
в составе изготавливаемых в грунте элементов. В качестве несъем-
ных обсадных труб используют преимущественно железобетонные
оболочки. Сваи и столбы, изготовленные с применением несъем-
ных обсадных труб, называют буро-обсадными.
Избыточным давлением воды крепят скважины, устраиваемые в
глинистых и водонасыщенных песчаных грунтах. Там, где невоз-
можно применить избыточное давление воды, и при бурении уши-
рений скважины крепят глинистым раствором.
Для устройства свай и столбов в грунте применяют различные
виды специальных машин и навесного оборудования, отличающие-
ся используемыми методами бурения и крепления скважин, тех-
нологией погружения и извлечения обсадных труб.
Специальные машины для устройства буровых свай и столбов
обеспечивают механизированное выполнение работ не только по
бурению скважнн, но н по установке арматурных каркасов и ук-
ладке бетона. Как правило, машины имеют механизм для погру-
жения и извлечения обсадных труб и сменное рабочее оборудова-
ние, позволяющее вести как ударное, так и вращательное бу-
рение.
Для устройства вертикальных буровых столбов диаметром до
1,7 м применяют отечественные буровые станки МБС-1,7 и
МБС-1.7А.
Оборудование станка МБС-1,7 смонтировано на гусеничном
кране-экскаваторе Э-1258Б (рис. 35.8, а). На основной стреле кра-
на подвешена штанга для вращательного бурения, проходящая
292
через ротор, закрепленный на специальной консоли. Вращательное
бурение осуществляют ковшовым буром. Для подвешивания рабо-
чих органов ударного бурения — грейфера или долота — кран обо-
рудован дополнительной стрелой, которую используют также для
установки в скважину арматурного каркаса, укладки бетонной
смеси и других вспомогательных работ.
Станок МБС-1.7А смонтирован на базе гусеничного крана
ДЭК-251 (рис. 35.8,6). Оборудование для вращательного и удар-
ного бурения подвешено на основной стреле крана. Для ударного
бурения грейфером или долотом штангу и ротор можно отклонять
к стреле.
Для устройства оборудованием МБС-1,7 уширения в основании
скважины используют ромбовидный уширитель, который раскры-
вается под действием веса буровой штанги и закрывается при
подъеме штанги пол действием собственного веса и веса ковша с
разбуренным грунтом.
Бурильные машины БМ-2002, БМ-3002 и БМ-4001 смонтирова-
ны на базе гидравлических экскаваторов и имеют гидравлические
механизмы для погружения и извлечения обсадных труб.
Машину БМ-2002 применяют для устройства вертикальных бу-
ровых свай диаметром 0,63 м и 1,0 м, глубиной до 20 м с ушире-
Рис. 35.8. Буровые машины:
а— МБС-1,7: б — МБС-1.7А;
' — кран-экскаватор Э-1258Б; 2 — грейфер или долото; 3 — дополнительная стрела; 4 — ос-
новная стрела; 5 —- вертлюг, 6 — консольная площадка с ротором; 7 — буровая штанга; 3 —
обсадной патрубок; 9 — ковшовый бур; 10 — гусеничный кран ДЭК-251
293
нием основания до диаметра 2,5 м. В качестве рабочих органов
бурения используют ковшовый и шнековый буры и уширитель.
Для бурения вертикальных скважин диаметром 1,0; 1,2; 1,5 м
глубиной до 30 м с уширением основания до диаметра 2,65 или
3,5 м можно использовать машину БМ-3002, оборудованную ков-
шовым и шнековым бурами, уширителем, ударным грейфером и
ударным долотом.
Вертикальные и наклонные до 5 : 1 скважины диаметром 1,2;
1,5; 1,7 м глубиной до соответственно 40, 30, 24 м с уширением
основания до диаметра 3,5 м можно бурить машиной БМ-4001.
Машина имеет такой же, как у БМ-3002, комплект рабочих ор-
ганов.
Бурильные машины МБНА-1 и МБНА-1М смонтированы на
шасси автомобиля КрАЗ-250 и предназначены для изготовления
вертикальных и наклонных буровых свай и столбов пияметппм
0,85 и 1,0 м с уширением их основания до диаметра 2,5 м. Комп-
лект рабочего оборудования машин МБНА подобен комплекту
оборудования машин БМ-3002 и БМ-4001.
Для сооружения вертикальных и наклонных буровых столбов
диаметром до 1,7 м с уширенным до диаметра 3,5 м основанием в
СССР применяют также бурильные машины японской фирмы «Ка-
то». Машины могут осуществлять роторное бурение ковшовым,
шнековым или резцовым бурами, ударное бурение грейфером или
долотом. Машины оснащены гидравлическим механизмом для по-
гружения и извлечения инвентарных обсадных труб. Бурение мо-
жет производиться и без обсадных труб, с креплением стен сква-
жины избыточным давлением воды или глинистого раствора. Ма-
шины «Като» в зависимости от диаметра и длины изготавливае-
мых ими столбов выпускают на автомобильном или гусеничном
ходу.
В скальных и валунно-галечных грунтах скважины разбурива-
ют главным образом для того, чтобы заделать в них низ столбов.
Для бурения таких скважин используют станки ударночканатного
действия (УКС) и агрегаты реактивно-турбинного бурения (РТБ).
Применяемые в мостостроении станки ударно-канатного буре-
ния, несамоходные, модели УКС-ЗОМ и самоходные моделей БС-2
и БС-2А позволяют разбуривать скважины диаметром до 1,0 м.
Для бурения скважин диаметром 1,0 м и более станки усиливают
по специальным проектам и оснащают более массивными долота-
ми. Станками БС-1М в скалу забуривают сваи-оболочки диамет-
ром 0,6 м.
При забуривании в скалу столбов большого диаметра предпоч-
тение отдают реактивно-турбинному бурению, которое производят
одиночными турбобурами или агрегатами, составленными из не-
скольких турбобуров. Нагнетаемая под большим давлением вода
приводит во вращение валы турбобуров, на которых установлены
шарошечные долота. В агрегатах за счет вращения всех турбобу-
294
ров в одну сторону и реактивных сил, действующих со стороны
грунта на долота, вся батарея турбобуров вращается в другую сто-
рону, в результате чего происходит раздробление скалы по всему
забою. Мелкие застицы шлама выносятся за пределы сква-
жины водой, выходящей из сопел турбобуров, а крупные обломки
скалы удаляют эрлифтом.
Для разбуривания скважин в основаниях столбов диаметром
3 м применяют агрегаты РТБ-2600. Бурение одиночными турбобу-
рами применяют для заделки в скальные и крупнообломочные
грунты столбов диаметром до 1,3 м.
В настоящее время разрабатывается оборудование для более
экономичного колонкового бурения, при котором разбуривается
кольцевая выточка по периметру скважины, после чего отделяется
и извлекается керн неразрушенной скалы.
После бурения скважины тщательно очищают от наплывшего
грунта и шлама. Размеры скважин, пробуренных без обсадных
труб, проверяют специальными мерниками. Затем производят ус-
тановку арматурного каркаса и укладку бетонной смеси. Как пра-
вило, бетон укладывают способом ВПТ.
На местности, покрытой водой, оборудование для устройства
свай и столбов в грунте (Желательно располагать на временных
дамбах и островках или на жестких подмостях.
35.5. Устройство плиты сввйного ростверка
Котлован для заглубляемой в грунт плиты свайного ростверка,
как правило, разрабатывают до погружения свай. Методы разра-
ботки грунта, конструкции креплений стен котлована и огражде-
ний его от воды принимают в зависимости от местных условий
точно так же, как и при сооружении фундаментов мелкого зало-
жения (см. § 35.2).
В котлованах сухих или со слабым притоком грунтовых вод
после погружения забивных или устройства буровых свай и срезки
их на проектной отметке плиту ростверка укладывают непосредст-
венно на выровненное дно котлована.
Если приток воды через дно котлована велик, то после погру-
жения или устройства свай на дне котлована методом ВПТ устра-
ивают тампонажный слой бетона. Когда подводный бетон наберет
требуемую прочность, котлован осушают, срезают излишки свай,
очищают поверхность тампонажного слоя и ведут кладку плиты
ростверка (рис. 35.9, а).
При устройстве плиты ростверка в воде, над поверхностью дна
водотока, конструкцию ограждения, обеспечивающего выполнение
работ насухо, назначают в зависимости от глубины воды.
При глубине до 4—6 м ограждение устраивают из шпунта, за-
биваемого в дно водотока. В полость ограждения отсыпают грун-
295
Рис 35.9. Схемы сооружения плиты свайных ростверков:
/ — свая; 2 — подводный бетон, 3 — плита ростверка; 4 — шпунтовое ограждение; 5 — песча*
ная подсыпка; 6 — инвентарные щнты; 7 — деревянное днище
товую подушку до отметки подошвы ростверка (рис. 35.9,6). Если
шпунт забить нельзя, ограждение делают в виде бездонного ящи-
ка с водонепроницаемыми стенками, который устанавливают на
дно водотока и в полость которого отсыпают грунтовую подушку.
Дальнейшие работы производят теми же методами и в том же по-
рядке, как и при сооружении плиты ростверка в грунте.
При большой глубине воды плиты ростверков сооружают в ог-
раждениях в виде ящиков с днищем. Ящики обычно представляют
собой единую конструкцию с каркасами для погружения свай.
Ящики-каркасы делают из дерева, металла, а иногда из железобе-
тона или из инвентарных понтонов. Ящик-каркас устанавливают
в проектное положение и погружают сваи, оболочки или обсадные
трубы буровых столбов. После погружения забивных или устрой-
ства буровых свай или столбов на днище ящика укладывают там-
понажный слой бетона. В осушенном ящике производят весь комп-
лекс работ по бетонированию или сборке плиты ростверка
(рис. 35.9, в).
Ограждения в виде бездонных ящиков, собранных из инвентар-
ных понтонов КС-3, успешно применяют при сооружении плит
ростверков на акваториях с глубиной воды до 12м. Такие ящики-
перемычки опускают на дно, балластируя понтоны водой (см.
рис. 35.4, г). Воду из ограждения до требуемой отметки откачива-
ют вообще без тампонажного слоя или с тампонажным слоем из
глины, уложенной на дио.
Опалубку плиты ростверка в этом случае подвешивают на за-
битых сваях.
Все большее применение находят свайные фундаменты с рост-
верками, располагаемыми над меженным уровнем воды. В этом
случае работы по сооружению плит ростверков упрощаются.
296
35.6. Строительство фундаментов из опускных колодцев
Сооружение фундамента из опускного колодца включает ра-
боты по его изготовлению, погружению в грунт на проектную глу-
бину, устройству водозащитной подушки на грунтовом основа-
нии, заполнению бетоном или песком полости колодца и устрой-
ству верхней распределительной плиты (рис. 35.10).
Монолитные бетонные или слабо армированные колодцы из-
готавливают, как правило, на месте их погружения.
На акваториях для изготовления колодцев отсыпают искусст-
венные островки из песчаного или гравелистого грунта. В зависи-
мости от глубины и скорости течения воды островки делают с
естественными откосами или в ограждениях, воспринимающих бо-
ковое давление грунта и защищающих отсыпанный грунт от раз-
мыва. Довольно часто островки отсыпают в шпунтовом огражде-
нии цилиндрической формы, выполненном из плоского металличе-
ского шпунта.
Колодцы высотой до 10 м из-
готавливают целиком. Более вы-
сокие колодцы изготавливают
секциями. Изготовление первой
секции колодца начинают с ук-
ладки на выровненное основание
деревянных подкладок из брусь-
ев или окантованных бревен.
Подкладки располагают равно-
мерно по длине стен колодца
с таким расчетом, чтобы давле-
ние, передаваемое на грунт, не
превышало его расчетного сопро-
тивления.
На подкладки устанавливают
стальные элементы режущей ча-
сти ножа колодца и собирают
опалубку секции. Применяют пре-
имущественно сборно-разборную
щитовую опалубку. Бетонирова-
ние ведут горизонтальными слоя-
ми с тщательным уплотнением
смеси глубинными вибраторами-
После набора бетоном не ме-
нее 70% проектной прочности
опалубку разбирают и извлекают
подкладки из-под изготовленной
секции. Подкладки извлекают
в определенной последовательно-
сти, чтобы не допустить переко-
Рис 35.10 Последовательность соо-
ружения фундамента нз опускного
колодца:
а — бетонирование первой секции колод-
ца; б — разработка грунта и погружение
колодца; в — устройство водозащитной по-
душки; г — устройство верхней распреде-
лительной плиты;
1 — рабочая площадка на искусственном
островке (или на естественном грунте);
2 — подкладки под ножом колодца; 3 —
бетонная смесь; 4 — опалубка; 5 — кубло;
6 — грейфер; 7 — колодец, наращиваемый
по мере опускания; 8 — бетонная подушка
(плита): ограждение котлована; Ю —
бетоно1игиая труба с приемным бункером;
11 — верхняя распределительная плита
297
сов секции и появления трещин в бетоне. Последними убирают
фиксированные прокладки, положение которых определяют расче-
том секции колодца на изгиб под действием собственного веса.
Способ разработки грунтов при погружении колодца выбирают
в зависимости от особенностей их напластования и свойств, интен-
сивности фильтрации воды, размеров, формы колодца и глубины
его погружения.
Прн небольшом поступлении воды в полость колодца разработ-
ку грунтов целесообразно вести насухо, с открытым водоотливом
или понижением уровня грунтовых вод с помощью иглофильтро-
вых установок. Открытый водоотлив применим там, где исключен
наплыв грунта в полость колодца из-под ножа, а приток грунтовой
воды не превышает 1 м3/ч на 1 м2 площади котлована.
Подводную разработку грунта без водоотлива применяют при
невозможности или экономической нецелесообразности осушения
полости колодца, а также когда опасаются, что вследствие уда-
ления грунта и уменьшения природной нагрузки на дно котлована
в результате фильтрационного выпора грунта произойдет разуп-
лотнение основания и снижение его несущей способности.
При разработке пылеватых и мелкозернистых заиленных пес-
ков во избежание их наплыва из-под ножа уровень воды внутри
колодца должен на 4—5 м превышать уровень воды снаружи.
В осушенных колодцах нескальные грунты разрабатывают гид-
ромониторами или экскаваторами с ковшами разной конструкции.
Скальные грунты, как правило, разрабатывают взрывным спосо-
бом.
Когда собственного веса погружаемых секций оказывается не-
достаточно для преодоления силы сопротивления вдавливанию но-
жа в грунт и силы трения грунта о стены колодца, погружение
приостанавливается. Для его продолжения принимают специаль-
ные меры, к числу которых относятся временная пригрузка колод-
ца, использование вибропогружателей, удаление грунта ниже уров-
ня ножа, а также уменьшение сил трения грунта о боковую по-
верхность колодца путем устройства тиксотропной рубашки или
при помощи воды, сжатого воздуха, оклеенных или обмазочных
материалов.
Тиксотропной рубашкой называют слой глинистого раствора
между боковой поверхностью колодца и грунтом. Такую рубашку
создают, заполняя указанным раствором зазор между колодцем и
грунтом. Зазор образуют путем устройства в нижней части наруж-
ных стен колодца уступов шириной до 15 см (рис. 35.11).
Препятствия в виде валунов или стволов деревьев, встречае-
мые при погружении колодца без водоотлива, подмывают струей
воды так, чтобы они сдвинулись внутрь шахты, откуда их извле-
кают грейфером. Если таким образом устранить препятствие не
удается, то для разрушения его взрывчатыми веществами или
устранения каким-либо другим способом привлекают водолазов.
298
В особых случаях, когда ис-
черпаны все прочие способы
преодоления препятствия, коло-
дец превращают в кессон, уст-
раивая поток на расстоянии по-
рядка 2,2 м от ножевой части.
После опускания колодца на
проектную глубину в шахтах ук-
ладывают нижнюю бетонную по-
душку. При работах без водоот-
лива бетон подушки укладывают
способом ВПТ. Остальные рабо-
ты по заполнению шахт ведут
после откачки воды.
Так как обрез фундамента,
как правило, располагают ниже
уровня межени, верхнюю распре-
делительную плиту бетонируют
под защитой временного ограж-
дения (см. рис. 35,10, г).
Применение сборных опускных
колодцев из готовых кольцевых
блоков-секций позволяет уско-
рить сооружение фундаментов,
так как на месте погружения дли-
тельный процесс изготовления
секций будет заменен относитель-
но простыми работами по сборке
и омоноличиванию.
При большой глубине воды,
когда устройство островка оказы-
вается дорогим или трудно осу-
ществимым, первая секция
товлена на подмостях над местом
Рис. 35.11, Тиксотропная рубашка ко-
лодца:
1 — бетонное основание; 2 — анкер; 3 —
крепежный уголок; 4 — листовая резина;
5 — форшахта; 6 — глинистый раствор; 7 —
наружная стена колодца
может быть изго-
опускания или на берегу. Сек-
опускного колодца
цию, изготовленную на подмостях, опускают на дно с помощью по-
лиспастов, тяжей, винтов или других грузоподъемных механиз-
мов.
Колодец, изготовленный на берегу, доставляют к месту по-
гружения на плашкоутах и опускают на дно, используя грузоподъ-
емные механизмы, установленные на тех же плавсредствах.
Возможно применение наплавных колодцев, конструкция кото-
рых обеспечивает их способность самостоятельно держаться на во-
де. После изготовления и спуска на воду секции колодца бук-
сирует к месту опускания, закрепляют на якорях в проектном
положении в плане, и балластируя, постепенно сажают на дно
реки.
299
Контрольные вопросы
1. Какими способами можно разбить на местности осн н контуры фундамен-
тов опор мостов и фундаментов других дорожных сооружений?
2. Как обеспечить устойчивость стен и возможность осушения котлованов
прн сооружении фундаментов мелкого заложения и заглубленных в грунт плит
ростверков свайных фундаментов?
3. Какие машины используют для погружения свай н оболочек? Как обеспечи-
вают требуемое направление погружения сваи нлн оболочки?
4 Что представляют собой основные технологические операции прн сооруже-
нии свай и столбов в грунте?
5. Как изготавливают и погружают в грунт монолитные бетонные нли слабо-
армированные опускные колодцы?
Глава 36
МОНТАЖ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВ И СООРУЖЕНИЙ НА ДОРОГАХ
36.1. Структура монтажных работ
В состав работ по монтажу конструкций мостов и других до-
рожных сооружений входят подготовительные работы, собственно
монтаж, включающий сборку конструкций и установку их в про-
ектное положение, а также контрольные геодезические измерения
и другие работы по контролю качества.
Монтаж мостов считается особо сложным. Сборные элементы
конструкций опор и пролетных строений обычно обладают боль-
шой массой, и для их перемещений требуется монтажное оборудо-
вание большой грузоподъемности. К точности сборки конструкций
и точности их положения на местности предъявляются высокие
требования, выполнение которых весьма часто бывает затруднено
неблагоприятными условиями строительства.
К работам по подготовке к монтажу относят доставку элемен-
тов конструкций на стройку ,и разгрузку их на складе, подготовку
элементов к монтажу, строительство временных вспомогательных
сооружений, проверку и подготовку подъемных механизмов, мон-
тажных обустройств и строповочных приспособлений.
При подготовке к монтажу элементы конструкций очищают от
грязи и коррозии. Искривления стальных элементов, а также по-
гнутости выпусков арматуры и закладных деталей элементов из
железобетона выправляют. Если монтажные соединения
стальных конструкций фрикционные, на высокопрочных бол-
тах, то производят обработку контактирующих в соединениях по-
верхностей элементов. Поверхности подвергают пескоструйной или
дробеструйной очистке. В последнее время на очищенные поверх-
ности стали наносить фрикционное консервирующее покрытие в
виде тонкого слоя эпоксидного клея, по которому рассыпают абра-
300
зивный порошок. Производят укрупнительную сборку элементов,
если такая сборка предусмотрена проектом производства работ.
Характерным примером укрупнительной сборки железобетон-
ных элементов является сборка члененных по длине железобетон-
ных балок перед установкой их в пролет. Блоки балки устанавли-
вают на специальном стенде, обеспечивающем выверку их взаим-
ного положения, заполняют швы между блоками, устанавливают
и напрягают арматурные пучки и заполняют каналы цементным
раствором.
Стальные монтажные элементы обычно укрупняют так, чтобы
максимально использовать грузоподъемность монтажного крана.
К элементам прикрепляют фасонки, накладки, прокладки и другие
детали. Подготавливая элемент к монтажу, его обстраивают под-
мостями для работы монтажников, если такие подмости нужны.
Пролетное строение можно собрать в пролете и исключить работы
по установке его в проектное положение. Опоры мостов практи-
чески всегда собирают в проектном положении. В тех случаях,
когда пролетное строение практически целиком собирают на бере-
гу или готовым привозят с завода или полигона, приходится вы-
полнять работы по установке его на опоры.
При сборке конструкций монтажные элементы устанавливают
в проектное положение по отношению друг к другу и после вывер-
ки указанного положения устраивают монтажные соединения. По
тому как элементы устанавливают в требуемое положение и удер-
живают в нем во время устройства монтажных соединений, разли-
чают два вида сборки: на стапелях (подмостях) и навесную.
Методы монтажа характеризуются тем, где и как производят
сборку, а также видами применяемого грузоподъемно-транспорт-
ного оборудования.
36.2. Сборка конструкций на стапелях и подмостях
При сборке на стапелях или подмостях представляется возмож-
ным выставить, опирая на жесткие опоры, блоки всей собираемой
конструкции или большей ее части, тщательно проверить и выпра-
вить положение блоков в соответствии с проектом, после чего уст-
роить все монтажные соединения. Благодаря этому достигается
высокая точность сборки.
Стапелем называют спланированную площадку, на которой
Установлены опоры для блоков собираемой конструкции. В качест-
ве опор используют сборочные клетки, сложенные из деревянных
брусьев или шпал, а также бетонные блоки, стальные балки. Осно-
вание опор стапеля должно быть надежным. Иногда опоры стапе-
ля делают свайными.
На стапелях на берегу собирают деревянные, железобетонные
и стальные пролетные строения для последующей установки на
301
опоры. Каждый блок собираемой конструкции опирают на опоры
стапеля по балочной схеме, чтобы иметь возможность клиньями
или домкратами регулировать положение каждого блока независи-
мо от других.
Для сборки пролетных строений на стапелях применяют коз-
ловые и самоходные стреловые краны.
Подмости применяют в основном для сборки пролетных строе-
ний в проектном положении. Стационарные сплошные подмости в
пролете в настоящее время часто используют для сборки анкерных
частей пролетных строений, сооружаемых навесным методом
(рис. 36.1, а). Реже на сплошных подмостях собирают стальные
пролетные строения (рис. 36.1, б).
Подмости могут состоять только из временных опор, на кото-
рые устанавливают длинномерные монтажные блоки собираемых
конструкций (рис. 36.1, в). Работы по сборке на стационарных
подмостях выполняют стреловыми самоходными, козловыми, ка-
бельными или плавучими кранами. Длинномерные блоки можно
устанавливать плавучими опорами. Монтажные краны распола-
гают на земле, подкрановой эстакаде, воде или на сборочных
подмостях.
Сборные железобетонные плитно-ребристые конструкции
(ПРК), применяемые для балочно-неразрезных пролетных строе-
ний с пролетами до 63 м, собирают на перемещаемых подмостях
(рис. 36.1, г). В данном случае подмости являются монтажным аг-
регатом, специально разработанным для сборки ПРК. В попереч-
ном сечении подмосги состоят из двух сварных двутавровых балок,
объединенных системой связей. Подмости сборно-разборные с со-
единениями на высокопрочных болтах. В рабочем положении под-
мости представляют собой неразрезную двухпролетную балку, ко-
торую собирают на берегу и перемещают в пролеты продольной
надвижкой.
Сборку ПРК ведут попролетно. Самоходный кран-перегружа-
тель снимает с трейлера очередной доставленный блок и устанав-
ливает его на рельсы, закрепленные на верхних поясах балок под-
мостей. По рельсам лебедками блок передвигают в проектное по-
ложение. После установки всех блоков пролетной секции торцы их
обмазывают клеем, блоки сдвигают вплотную и обжимают усили-
ем натяжения арматурных пучков, протянутых через имеющиеся
в блоках каналы. Собранные пролетные секции стыкуют между со-
бой, соединяя напрягаемую арматуру муфтами и бетонируя стык
на месте. После полимеризации клея и твердения бетона в стыке
арматурные пучки натягивают до проектных усилий, подмости пе-
редвигают в очередной пролет, а кран перемещают на консоль со-
бранной секции.
Сборку пролетных строений из цельнопролетных блоков, кото-
рые кранами или монтажными агрегатами устанавливают непо-
средственно в проектное положение на капитальные опоры, услов-
302
>
I I I
Рис. 36.1. Сборка пролетных строений на подмостях:
Фундамент временной опоры; 2 — временная опора; 3 — пролетное строение подмостей;
козловой кран; 5 — стреловой кран; 6 — устанавливаемый блок; 7 — передвигаемый блок;
лебедка; 9 — рельсы; 10 — перемещаемые подмости
303
но можно отнести к частному случаю сборки на подмостях. Вы-
ставляют все блоки пролетного строения, опирая их на жесткие
опоры, проверяют и выправляют положение блоков, после чего
производят омоноличивание пролетного строения, т. е. устройство
монтажных соединений. Возможность проверить положение каж-
дого блока до объединения их в пролетное строение — характерная
особенность сборки на стапелях и подмостях. Однако главным зве-
ном монтажа в этом случае является перемещение и установка
блоков. Поэтому установка балок на опоры кранами и монтажны-
ми агрегатами рассматривается ниже как особый способ монтажа.
К этому способу можно отнести и сборку неразрезных балочных
пролетных строений из длинных блоков, устанавливаемых на вре-
менные опоры, хотя указанные опоры и представляют собой разно-
видность подмостей.
36.3. Навесная и полунавесная сборка
Навесной называют сборку, при которой установку очередного
элемента в проектное положение осуществляют посредством его
подвешивания к ранее собранной части конструкции. Балочные,
оамные, а иногда и арочные пролетные строения собирают, нара-
щивая консоли от анкерных частей. Проблемы устойчивости поло-
жения и прочности собираемых конструкций решают так же, как и
при навесном бетонировании.
При односторонней сборке анкерную часть монтируют на под-
мостях (рис. 36.2, а,г), а при уравновешенной двусторонней сбор-
ке — на обстройке опоры или на приопорных подмостях (рис. 36.2,
в, д). При сборке рамных железобетонных мостов анкерной частью
служат капитальные опоры (рис. 36.2,6).
Навесным способом собирают члененные по длине железобе-
тонные предварительно напрягаемые балочные и рамные пролет-
ные строения, в которых главные несущие конструкции в процессе
эксплуатации оказываются нагруженными преимущественно отри-
цательными изгибающими моментами.
Изготовленные на заводе или полигоне блоки железобетонных
пролетных строений доставляют к месту сборки, поднимают и ус-
танавливают кранами в проектное положение, после чего объеди-
няют с ранее собранной конструкцией предварительно напряжен-
ной арматурой.
Для установки железобетонных блоков в проектное положение
используют краны, располагаемые на собираемой консоли или
внизу.
Рис 36 2 Навесная и полунавесная сборка пролетных строений
/ — анкерная часть, 2 — собираемая консоль, 3 — консольный кран, 4 — устанавливаемый
элемент, 5 — стационарные подмости, 6 — консольно шлюзовой кран* 7 — козловой кран,
Я — обстройка опоры, 9 — подкрановая эстакада, 10 — деррик кран, // — портальная под
ставка под кран, 12—временные опоры, 13 — приопорные подмости
304
SOS
Специально для навесного монтажа железобетонных пролет-
ных строений созданы консольные краны-агрегаты (см. рис. 36.2 а).
В настоящее время навесной монтаж положен в основу гибкой
технологии строительства железобетонных мостов с пролетами до
105 м. Разработан специальный монтажный агрегат МА-65 грузо-
подъемностью 65 т, представляющий собой усовершенствованный
консольный кран. Агрегат используется совместно с манипулято-
ром, располагаемым внутри коробчатых конструкций и выполняю-
щим подъемно-транспортные и монтажные операции с гидродом-
кратами при натяжении арматурных пучков.
При сборке консольными кранами блоки подают снизу. Во вре-
мя паводка или ледохода сборка над акваторией может оказаться
невыполнимой. Поэтому для навесного монтажа довольно часто
применяют консольно-шлюзовые краны (см. рис. 36.2,6). В этих
случаях сборку можно вести независимо от условий под мостом,
так как элементы подают под кран по готовой части сооружения.
Собираемую консоль можно освободить от веса монтажного
крана, если его установить на грунте, подкрановой эстакаде, под-
мостях или плашкоуте. Для навесной сборки применяют козловые
краны, обладающие высокой грузоподъемностью (см. рис. 36.2, в).
В соответствующих условиях может быть целесообразным исполь-
зование стреловых самоходных или плавучих кранов.
Очередной блок поднимают и приводят по высоте в положение,
близкое к проектному. Торцовые поверхности соединяемых блоков
смазывают клеем, после чего поднятый блок специальными уст-
ройствами прижимают к ранее собранной части консоли. Плотное
соприкасание торцовых поверхностей соединяемых блоков, изго-
товленных методом «отпечатка», обеспечивается фиксаторами
в виде уступов и выступов или закладных уголков.
Для выправки возможных неточностей положения собираемой
консоли в плане или по высоте через три-четыре клеевых стыка
устраивают мокрый бетонируемый стык. На время твердения бето-
на мокрого стыка присоединяемый блок остается подвешенным к
консоли на фиксаторах или вспомогательной балке (рис. 36.3).
Арматурные элементы устанавливают в предназначенных для
них каналах, преимущественно закрытых, и напрягают гидравли-
ческими домкратами в два этапа. Сначала усилия натяжения ар-
матуры должны обеспечить небольшое равномерное обжатие сты-
куемых поверхностей на время полимеризации клея. Потом арма-
туру дотягивают до проектных усилий. После натяжения в каналы
с напряженной арматурой нагнетают цементный раствор.
Завершающим этапом при навесной сборке является бетониро-
вание звена, соединяющего концы консолей в пролете. Замыкаю-
щее звено делают монолитным для компенсации допустимых не-
точностей изготовления блоков и сборки конструкции. Предвари-
тельно проверяют положение консолей. Весьма часто перед замы-
канием указанное положение приходится регулировать. Для регу-
лирования используют гидродомкраты, которыми осуществляют
соответствующие горизонтальные и вертикальные перемещения
хвостового конца анкерной части.
Стальные пролетные строения со сплошными главными балка-
ми двутаврового или коробчатого сечения поступают на строитель-
ство крупными блоками максимальной заводской готовности. Раз-
меры и масса блоков определяются габаритами погрузки и грузо-
подъемностью транспортных средств.
Рис 36 3 Временное закрепление поднятого железобетонного блока на консоли
а — на фиксаторах б — на вспомогательных балках,
/ — собранная часть конструкции, 2 — верхний фиксатор, 3 — монтируемый блок, 4 — шов,
5 — ннжннй фиксатор, 6 — соединительная монтажная накладка, 7 — укрепленная часть фик
сатора, анкерные болты, 9 — вспомогательная металлическая балка 10 — болты тяжи
307
Навесную сборку таких пролетных строений удобно вести мач-
тово-стреловыми кранами-дерриками (см. рис. 36.2, г), грузоподъ-
емность которых мало зависит от вылета стрелы, а собственная
масса мала, поскольку устойчивость положения агрегатов обеспе-
чивается анкеровкой их рам на собираемых конструкциях. Угол
поворота стрелы таких кранов ограничен. Поэтому при подаче мон-
тажных блоков по готовой части моста кран устанавливают на пор-
тальной подставке, под которой блоки провозят под стрелу. Для
навесной сборки сплошностенчатых стальных пролетных строений
возможно применение и других видов кранов.
Навесной монтаж стальных пролетных строений со сквозными
фермами ведут обычно мачтово-стреловыми кранами, размещае-
мыми на верхних поясах ферм (см. рис. 36.2, д).
Для навесной сборки более удобны стальные конструкции с
монтажными соединениями на высокопрочных болтах или с ком-
бинированными соединениями, в которых вертикальные стенки
элементов соединяют накладками на болтах, а горизонтальные
листы-пояса сваривают.
Болтовые соединения позволяют подвешивать монтажный эле-
мент к ранее собранной конструкции, используя отверстия для бол-
тов как фиксаторы его положения. Отверстия в соединяемых эле-
ментах совмещают сборочными ломиками. Несколько совмещен-
ных отверстий заполняют монтажными пробками. Элементы стяги-
вают болтами.
Количество болтов и пробок должно быть таким, чтобы обес-
печить надежное временное прикрепление элемента к ранее
собранной конструкции.
После выверки положения элемент устанавливают и натяги-
вают высокопрочные болты в незаполненных отверстиях, а потом
заменяют болтами монтажные пробки.
Болты натягивают механизированными гайковертами с контро-
лем усилия натяжения по моменту закручивания гайки или по уг-
лу поворота гайки относительно стержня болта.
При замыкании в пролете концов собранных навесным спосо-
бом консолей стальных балок или ферм замыкающие элементы
приходится устанавливать с подгонкой их по месту. Необходимость
выполнения такой чрезвычайно трудоемкой операции обусловлена
неточностями изготовления элементов и сборки конструкций.
Поэтому навесной монтаж стальных пролетных строений с замы-
канием концов консолей в пролете применяют сравнительно
редко.
Часто встречающийся термин «полунавесная сборка» означает,
что часть конструкции собирают на подмостях, а другую часть —
навесным способом (см. рис. 36.2, г).
308
36.4. Установка балок на опоры кранами и монтажными
агрегатами
Для установки на опоры балок разрезных и длинномерных бло-
ков неразрезных пролетных строений предпочитают применять са-
моходные стреловые краны на автомобильном, пневмоколесном,
гусеничном и железнодорожном ходу.
Отечественная промышленность выпускает автомобильные кра-
ны грузоподъемностью до 16 т, краны на пневмоколесном ходу
грузоподъемностью до 40 т на короткобазовых шасци и до 250 т
на специальных шасси автомобильного типа. Грузоподъемность
гусеничных кранов — до 100 т.
Краны на железнодорожном ходу, применяемые при сооруже-
нии путепроводов через железные дороги, имеют грузоподъем-
ность до 250 т.
Специфику использования стреловых самоходных кранов опре-
деляет то, что устойчивость их положения при перемещениях гру-
зов обеспечивается массой машины. Поэтому грузоподъемность
крана зависит от вылета стрелы. Установка кранов на выносные
опоры (аутригеры) увеличивает базу их опирания, а следователь-
но, повышает устойчивость и грузоподъемность. Каждая марка
крана характеризуется графиками зависимости грузоподъемности
от вылета стрелы при работе с аутригерами и без них.
Зная массу монтажных блоков и определив максимальный вы-
лет стрелы, с которым крану придется работать, по графику гру-
зоподъемности проверяют ее достаточность у выбранной марки
машины или выбирают марку машины по требуемой грузоподъем-
ности при данном вылете стрелы.
Важным параметром применимости крана в конкретных усло-
виях монтажа является максимальная высота подъема крюка, ко-
торая тоже зависит от вылета стрелы и должна соответствовать
требуемой высоте подъема монтажного блока. Высоту подъема
груза сопоставляют с максимальной высотой подъема крюка
с учетом высоты строповочных приспособлений, а она может быть
большой, поскольку угол отклонения строповочного троса от вер-
тикали не должен превышать 60°. Применение траверс уменьша-
ет высоту строповки и исключает горизонтальные сжимающие
усилия в поднимаемых балках.
Монтаж пролетных строений мостов можно производить, распо-
лагая кран на подходе или на ранее смонтированном пролетном
строении (рис. 36.4, а). В этом случае крану приходится работать
с большим вылетом стрелы, а следовательно, и с относительно ма-
лой грузоподъемностью.
Если кран установить внизу, на грунте (рис. 36.4, б), подмос-
тях или плашкоуте, то работать он сможет с малым вылетом стре-
лы, т. е. с большой грузоподъемностью. Возможность установки
кРана на грунте определяется его свойствами и состоянием, а так-
309
Рис. 36.4. Варианты установки само-
ходного крана при монтаже пролет-
ных строений:
а — на ранее собранном пролетном строе-
нии; б — на земле
Для монтажа пролетных строений
же рельефом местности. При не-
достаточной несущей способности
грунта под кран можно уложить
настил из деревянных лежней
или железобетонных плит. При
слабых переувлажненных грун-
тах и на местности, покрытой
водой, для крана устраивают
подмости на свайных опорах.
Стреловой самоходный кран
можно превратить в плавучий,
если установить его на плашко-
ут соответствующей грузоподъ-
емности. Если грузоподъемность
одного крана недостаточна, мон-
таж можно вести двумя кранами.
путепроводов и пойменных
участков мостов применяют прицепные стреловые краны, в част-
ности прицепные неповоротные краны КПН-63/25 на базе тракто-
ра К-701А. Грузоподъемность крана при движении с грузом —
25 т, а в статическом положении — 63 т.
При строительстве многопролетных мостов, путепроводов и эс-
такад небольшой высоты и ширины весьма эффективны козловые
краны, особенно в случаях, когда можно не сооружать эстакады
для подкрановых путей (рис. 36.5). Краны обслуживают обшир-
Рнс. 36.5. Установка балок козловым краном:
/ — подкрановый путь; 2 — ходовая тележка; 3 — жесткая стойка; 4 — лебедка подъема гру-
за; 5 _ грузовая тележка; 6 — полиспаст; /-—устанавливаемая балка: 8 — ригель; 9—шар-
нирная стойка; 10 — лебедка перемещения грузовой тележки; 11 — затяжка
310
ВивА
ную зону и могут быть использованы не только для установки ба-
лок на опоры, но и для сооружения опор, изготовления, разгрузки
и укрупнительной сборки конструкций.
Плавучие краны и плавучие крановые установки применяют
при монтаже пролетных строений мостов через широкие и глубо-
кие реки. Наиболее часто используют плавучие крановые установ-
ки, которые собирают собственными силами, устанавливая на
плашкоутах из инвентарных понтонов с обстройками из инвентар-
ных конструкций имеющиеся на строительстве мачтово-стреловые,
самоходные стреловые или козловые краны.
Шлюзовые краны являются грузоподъемно-транспортными аг-
регатами, специально созданными для установки балок пролет-
ных строений мостов на опоры. Несмотря на разнообразие конст-
руктивных решений, общим для всех шлюзовых кранов н подоб-
ных им монтажных агрегатов является наличие в их составе мо-
ста, перекрывающего пролет между опорами, на которые краном'
устанавливают балки. По главным несущим конструкциям этого
монтажного моста передвигаются грузовые тележки, мостовые или
козловые краны, которые снимают подаваемый блок с транспорт-
ных средств, перемещают его и устанавливают на опоры.
Первые шлюзовые краны, появившиеся в нашей стране, для пе-
ревозки разбирали на отдельные элементы. Сборка и разборка
таких кранов требовала много времени и труда, поэтому примене-
ние их оказывалось эффективным только при весьма больших объ-
емах выполняемых или монтажных работ.
В настоящее время применяют мобильные шлюзовые краны
серии КШМ. Агрегат КШМ-35 предназначен для установки на
опоры балок массой до 35 т и длиной до 21 м. Кран КШМ-40 мон-
тирует балки массой до 40 т и длиной не более 24 м. Для установ-
ки балок длиной до 33 м и массой до 63 т предназначен кран
КШМ-63.
Мобильные шлюзовые краны КШМ-35 и КШМ-40 транспор-
тируют по автомобильным дорогам, не демонтируя главной балки,
грузовых тележек, лебедок и полиспастов, задней и передней опор
(рис. 36.6, а). В рабочее положение краны приводят без сущест-
венных затрат времени и труда (рнс. 36.6,6). Тягач—автомобиль
КрАЗ-258 — отпускает задний конец главной балки, тем самым
поднимая ее передний конец и освобождая одну транспортную
тележку. Переднюю опору крана поворачивают в рабочее верти-
кальное положение. К нижней части передней опоры прикрепляют
путь для поперечных перемещений крана. Такой же путь уклады-
вают под заднюю опору. Тягачом перемещают кран в пролет,
Устанавливают переднюю и заднюю опоры, поднимают главную
балку, выкатывают вторую транспортную тележку и отводят тя-
гач.
Балку собираемого пролетного строения на двух транспортных
тележках подают к хвостовой части крана (рис. 36.6, в). Ближай-
311
Рис. 36.6. Схема работы мобильного шлюзового крана КШМ-40:
я — транспортное положение крана; б — установка крана в рабочее положение; в — кран
в работе;
1 — автотягач с противовесом и шарнирной опорой; 2—грузовая тележка с полиспастом.
3— тяговые н грузовые электролебедки; 4 — транспортная пневмоколесная тележка; 5 —
задняя опора; 6 — главная балка; 7—передняя опора; 8— путь для поперечного перемеще-
ния крана; 9 — железобетонная балка
ший к крану конец балки поднимают с транспортной тележки
полиспастом передней грузовой тележки агрегата. С подвешенным
передним концом и опирающимся на транспортную тележку зад-
ним балку передвигают в пролет, пока вторая транспортная те-
лежка не окажется под второй грузовой тележкой крана. После
подъема заднего конца балки полиспастом второй грузовой те-
лежки балку продолжают перемещать в пролет до положения,
соответствующего проектному. Затем поперек моста перемещают
кран вместе с балкой и в требуемом положении опускают балку
на опоры.
Кран КШМ-63 состоит из отдельных крупных пространствен-
ных монтажных марок, соединяемых между собой шарнирными
монтажными соединениями. Габариты и масса монтажных марок
позволяют осуществлять их погрузку-разгрузку, сборку агрегата
автомобильными кранами грузоподъемностью до 10 т, а также пе;
ревозить кран по железной дороге как габаритный груз.
Принцип работы КШМ-63 такой же, как других агрегатов серии.
312
36.5. Надвижка пролетных строений мостов
Наиболее часто применяют продольную надвижку пролетных
строений, которые собирают на стапеле, устраиваемом по оси мос-
та, на подходе к сооружению. При продольной надвижке конст-
рукцию перемещают относительно точек ее опирания, вследствие
чего изменяется статическая схема работы конструкции.
В процессе перемещения пролетного строения образуется кон-
соль с максимальным вылетом, равным расстоянию между опора-
ми. Собственный вес консоли может стать причиной разрушения
передвигаемой конструкции или ее опрокидывания относительно
точки опирания в корне консоли. Для обеспечения прочности и
устойчивости пролетного строения применяют различные меры.
Для уменьшения собственного веса консоли применяют аван-
бек — легкую конструкцию, присоединяемую к переднему концу
надвигаемого пролетного строения (рис. 36.7, а). Вылет консоли
уменьшают, устраивая жесткие временные опоры в пролетах мо-
ста (рис. 36.7, б). При надвижке над акваторией возможно приме-
Рис. 36.7. Продольная надвижка пролетных строений:
1 — надвигаемое пролетное строение: 2 — аванбек; 3 — капитальные опоры; 4 — временные
опоры; 5 — плавучая опора; 6 — шпренгель
313
нение плавучей опоры (рис. 36.7, в). Перечисленные меры способ-
ствуют одновременно обеспечению и прочности, и устойчивости
положения пролетного строения. Прочность можно обеспечить так-
же путем временного усиления конструкции. Одним из способов
усиления балочных пролетных строений является устройство
шпренгеля (рис. 36.7, г) . Изменяя натяжение шпренгеля гидродом-
кратами или полиспастами, можно регулировать усилия в надви-
гаемой конструкции и прогиб конца консоли. Прогиб нужно регу-
лировать для того, чтобы конец консоли попадал на уровень под-
ферменной площадки очередной промежуточной опоры.
Во время надвижки устойчивость пролетного строения против
опрокидывания обеспечивается удерживающим моментом от соб-
ственного веса конструкций, находящихся по другую сторону от
корня консоли. Поэтому удобнее всего надвигать неразрезные ба-
лочные пролетные строения. Для обеспечения возможности про-
дольной надвижки нескольких разрезных балочных пролетных
строений их можно временно объединить в одно неразрезное.
Наиболее удобны для продольной надвижки металлические про-
летные строения. Металл практически одинаково сопротивляется
растяжению и сжатию, благодаря чему сечения стальных балок
мало чувствительны к тому, что знак усилий, которым они сопро-
тивляются, может измениться.
Деревянные клееные балки или дощатые фермы также мало
чувствительны к изменениям знака усилий, но надвигают их очень
редко, поскольку из них практически не строят неразрезных про-
летных строений, а необходимость в надвижке разрезных кон-
струкций практически ие возникает.
Весьма чувствителен к изменению знака усилий железобетон,
поскольку неармированный бетон практически не сопротивляется
растяжению. Несмотря на это, неразрезные балочные железобе-
тонные пролетные строения с пролетами до 100 м успешно надви-
гают, причем не только прямолинейные, нои криволинейные в пла-
не. Надвижка железобетонных конструкций всегда усложнена не-
обходимостью постоянно регулировать их напряженно-деформиро-
ванное состояние при помощи монтажной напрягаемой арматуры.
Положение, количество и усилия натяжения пучков, канатов или
стержней монтажной арматуры постоянно приходится изменять
по мере изменения схемы опирания пролетного строения.
Для перемещения пролетных строений в процессе надвижки ис-
пользуют накаточные, тяговые и тормозные устройства.
Накаточные устройства уменьшают силы сопротивления дви-
жению, обеспечивают плавность хода и предотвращают перегруз-
ку и разрушение передвигаемой конструкции в местах опирания.
В состав накаточных устройств входят ходовые части и накаточные
пути.
Для надвижки стальных пролетных строений со сплошными
главными балками применяют ходовые части в виде роликов, объ-
314
единяемых в балансирные карет-
ки. Каретки неподвижно закреп-
ляют на подходе, временных и
капитальных опорах. Накатанны-
ми путями служат нижние пояса
Рис. 36.8. Продольная перекатка про-
летного строения по подмостям:
/ — подмости, 2— иакаточный путь; 3 —
тележка
с полированной поверхностью
балок.
В последнее время при над-
вижке как стальных, так и железо-
бетонных пролетных строений ши-
роко применяют устройства сколь-
жения, в которых стальные листы
используют в совокупности с антифрикционными прокладками из
листов фторопласта или с бесконечными лентами из антифрикци-
онной ткани — нафтлена. Коэффициент трения полированной по-
верхности листа о поверхность антифрикционного материала со-
ставляет 0,03—0,05. Смазка стального листа уменьшает коэффи-
циент трения до 0,01, благодаря чему уменьшаются тяговые уси-
лия и нагрузки на перекаточные опоры. Для обеспечения свободы
поворота надопорного сечения балки антифрикционную пару опи-
рают на резиновую опорную часть в обойме.
В качестве тяговых и тормозных устройств используют лебед-
ки с полиспастами. В последнее время все чаще применяют тол-
кающие и тянущие гидравлические домкраты, особенно при по-
этапной надвижке по устройствам скольжения с конвейерно-тыло-
вой сборкой пролетного строения.
При монтажных работах по строительству новых и реконст-
рукции эксплуатируемых мостов довольно часто применяют про-
дольную и поперечную перекатку пролетных строений. В этом слу-
чае схема опирания пролетного строения в процессе перемещения
не изменяется. Перекатывают пролетные строения на тележках
(рис. 36.8) или катках по сплошным накатанным путям, устраи-
ваемым на грунте, подмостях или перекатанных пирсах.
36.6. Установка конструкций в проектное положение
с плавучих опор
При строительстве мостов с большим числом однотипных тя-
желых пролетных строений над руслом многоводной реки целесо-
образным может оказаться метод монтажа, предусматривающий
Доставку в створ моста и установку на опоры изготовленных на
берегу конструкций при помощи плавучих опор.
Площадку для изготовления или сборки пролетных строений
располагают обычно с низовой стороны моста, так как тяжелыми
плавучими средствами легче управлять, перемещая их против те-
чения. На берегу выбирают место, удобное для доставки элемен-
тов конструкций и материалов и для погрузки пролетных строе-
315
Рис. 36.9. Схема погрузки пролетного строения на плавучие опоры:
а — при поперечной передвижке по погрузочным пирсам; б—при продольной передвижке;
1 — пролетное строение, 2— поперечный пирс; 3—плавучая опора; 4 — путь продольной
перекатки; 5—продольный пирс; 6 — сборочные подмости
ний на плавучие опоры. Сооружают сборочные стапели или подмо-
сти и погрузочные пирсы. По пирсам изготовленные или собран-
ные конструкции перекатывают на место, где под пролетные строе-
ния можно подводить плавучие опоры. К месту погрузки пролет-
ные строения перемещают продольной или поперечной передвиж-
кой (рис. 36.9).
Плавучие опоры монтируют на плашкоутах из инвентарных
понтонов или из речных барж. Плашкоуты плавучих опор балла-
стируют, т. е. пригружают водой так, чтобы их осадка позволила
ввести опоры под установленное на пирсах пролетное строение.
Освобождая плашкоуты от балласта, обеспечивают снятие про-
летного строения с пирсов.
316
Плавучую систему буксируют в пролет моста, где, снова бал-
ластируя плашкоуты, производят установку пролетного строения
на капитальные опоры.
Контрольные вопросы
1. В чем достоинства и в чем недостатки сборки на стапелях и подмостях?
2 В чем сущность навесной сборки? Какую сборку называют полунавесной?
3. Какие краны и агрегаты применяют для установки в проектное положение
цельнопролетных блоков разрезных и длинномерных блоков неразрезных про-
летных строений мостов?
4. Как осуществляют установку пролетных строений в проектное положение
способом продольной надвижки?
5. Каким образом используют плавучие опоры для установки в проектное
положение пролетных строений, собранных или изготовленных на берегу?
РАЗДЕЛ 10
ЭКСПЛУАТАЦИЯ, УСИЛЕНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ
МОСТОВ И ТРУБ
Глава 37
ЭКСПЛУАТАЦИЯ МОСТОВ И ТРУБ
37.1. Организация и содержание работ по эксплуатации
В настоящее время эксплуатацию автодорожных мостов и труб
осуществляют те же организации минавтодоров республик, что и
эксплуатацию автомобильных дорог. Только на больших и слож-
ных мостах иногда создают самостоятельные эксплуатационные
участки. Постоянный быстрый рост общего количества мостов на
автомобильных дорогах и, особенно, увеличение старых, требую-
щих более тщательного надзора мостов заставляют задуматься
о создании специальной службы эксплуатации мостовых сооруже-
ний и труб при министерствах автомобильных дорог союзных рес-
публик.
Главная задача служб, занимающихся содержанием мостов
и труб, — обеспечение безопасного движения по ним автотранс-
портных средств, а также максимальное продление сроков их нор-
мальной службы.
В обязанности служб, занимающихся эксплуатацией искусст-
венных сооружений, входит технический учет, ведение технической
документации, надзор за сооружениями, их текущее содержание
и ремонт.
Технический учет подразумевает содержание и накопле-
ние документации по сооружениям, наблюдение за их работой и
состоянием, планирование их ремонтов. Технический учет осуще-
ствляется в форме ведения соответствующей документации.
В последние годы все большее распространение получают авто-
матизированные системы учета мостов и их состояния, которые
обычно имеются при минавтодорах республик (например, инфор-
мационно-поисковая система «Мост» при минавтодоре РСФСР).
Основой технического учета должна быть проектная и исполни-
тельная документация по сооружению, которую строительная ор-
ганизация должна передать эксплуатирующей.
318
На отдельных мостах исполнительная документация может от-
сутствовать, т. е. может быть утеряна, например, во время стихий-
ных бедствий. В таком случае ее необходимо заменить чертежами,
схемами и другими документами, составленными по результатам
натурных обследований сооружений. Состояние сооружений долж-
но быть учтено в книгах искусственных сооружений, а также в от-
дельных документах, получаемых по необходимости: актах, заклю-
чениях, отчетах, содержащих результаты осмотров, обследований,
испытаний.
Основой эксплуатации сооружений является текущее со-
держание, включающее в себя надзор за состоянием мостов и
труб, необходимые ремонтные работы по профилактике и устране-
нию расстройств и повреждений, возникающих в сооружениях.
Обеспечение нормального состояния обеспечивается четкой систе-
мой надзоров за состоянием мостов и труб: постоянным надзором,
текущими и периодическими осмотрами, обследованиями и испы-
таниями, специальными наблюдениями. В постоянный над-
зор, осуществляемый дорожными (мостовыми) ремонтерами, вхо-
дят регулярный осмотр сооружений, выявление дефектов, исправ-
ление мелких повреждений, содержание покрытия ездового
полотна и тротуаров в хорошем состоянии, очистка конструкций
от грязи, мусора, снега, обеспечение исправной работы водоотвод-
ных устройств и др.
Контроль и руководство постоянным надзором осуществляет
дорожный (мостовой) мастер, проводя текущие осмотры соору-
жений, которые желательно осуществлять в среднем по различным
видам сооружений 1 раз в 3 мес.
Периодические осмотры проводят ответственные лица
вместе с дорожными (мостовыми) мастерами не реже двух раз
в год: весной после прохода паводка и осенью. Во время периоди-
ческих осмотров детально проверяют состояние искусственного
сооружения, проводят, если необходимо, инструментальные изме-
рения положения в плане и профиля главных ферм пролетных
строений, выявляют дефекты и намечают меры их устранения.
Обследования и при необходимости испытания мос-
тов выполняют специализированные мостоиспытательные лабора-
тории по заявкам управлений дорог в соответствии со СНиП
3.06.07-86 «Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний».
Специальные наблюдения могут быть установлены,
если мост имеет серьезные повреждения, влияющие на его несу-
щую способность, а также за опытными конструкциями. Возглав-
ляют такие наблюдения мостоиспытательные станции или создан-
ные для этого комиссии.
Для исправления выявленных дефектов и расстройств прово-
дят ремонты — текущие и капитальные.
Основная задача текущего ремонта — систематическое и
своевременное предохранение элементов мостов и труб от прежде-
319
временного износа, устранение возникших в период эксплуатации
небольших повреждений.
Капитальный ремонт включает в себя работы, связанные
с заменой отдельных частей и элементов (в том числе гидроизоля-
ции), частичным переустройством и усилением сооружений. Мо-
дернизация, уширение и усиление моста в связи с ликвидацией
последствий несоответствия пропускной способности моста также
относится к капитальному ремонту.
37.2. Автоматизированные системы учета состояния мостов
Рост сети автомобильных дорог приводит к непрерывному уве-
личению количества мостов и труб, находящихся в эксплуатации.
Учитывая величину территории СССР и протяженность автомо-
бильных дорог, можно оделить вывод о том, что оргиниззция на-
дежной эксплуатации мостов в наше время практически невозмож-
на без автоматизации учета и анализа информации о состоянии
искусственных сооружений на автомобильных дорогах. Работы по
созданию автоматизированных систем, осуществляющих накопле-
ние и хранение данных о состоянии мостовых сооружений, поиск
и выборку информации, ведутся достаточно давно.
В настояще время большой опыт накоплен и в Российском до-
рожном научно-исследовательском институте (Росдорнии) Мини-
стерства автомобильных дорог РСФСР. Сейчас подобные работы
ведутся при ряде республиканских минавтодоров. В Росдорнии
создана информационно-поисковая система (ИПС-Мост), обеспе-
чивающая сбор сведений о мостах и их анализ. ИПС-Мост явля-
ется частью подсистемы информационного обеспечения ОАСУ-
Дорога и представляет собой автоматизированный банк данных об
автодорожных мостах и других мостовых сооружениях. ИПС-Мост
реализована на базе ЭВМ типа ЕС и находится в промышленной
эксплуатации с 1980 г.
Банк данных информационной системы содержит 54 харак-
теристики каждого мостового сооружения на общегосударствен-
ных, республиканских и областных дорогах РСФСР, включающих
положение моста на дороге; перекрываемое препятствие; ледо-
вый режим реки; статическую схему; тип поперечного сечения; вид
опор и основные геометрические параметры моста (полная длина,
отверстие, длины пролетов, габарит моста, ширина тротуаров);
нормативную нагрузку, на которую рассчитан мост; годы построй-
ки, последнего капитального ремонта, последнего обследования;
материал пролетных строений и опор. Кроме того, ИПС-Мост со-
держит коэффициенты снижения грузоподъемности, пропускной
способности и долговечности мостовых сооружений и общую оцен-
ку их состояния. Выборка сведений, хранящихся в банке данных
ИПС-Мост, может проводиться по любому параметру.
320
Дорожные управления Минавтодора РСФСР осуществляют
регулярное обновление информации о мостах. Характеристики,
описывающие каждый мост, представлены в ИПС в виде число-
вых и кодовых величин. Кодовые величины соответствуют описа-
тельным, словесным данным, числовые — конкретным величинам,
таким как длина, размеры, годы. В случае отсутствия информации
в ИПС по какой-то величине в распечатке дается 0, если же опре-
деленного параметра в конкретном сооружении не может быть
из-за отсутствия характеризуемого элемента в сооружении, в вы-
борке печатается — 1.
Мосты, состоящие из разнородных по пролетам или видам про-
летных строений, описываются по группам, в каждую из которых
входят только одинаковые пролетные строения. Обязательно
в данных ИПС присутствует индекс типового проекта, если были
применены типовые пролетные строения.
Важной особенностью ИПС-Muci можно считать информацию
о техническом состоянии моста: характеристику его грузоподъ-
емности, пропускной способности и долговечно-
сти, а также общую оценку технического состояния моста.
Каждая из указанных характеристик дается в виде условных
коэффициентов их снижения. Коэффициент снижения грузоподъ-
емности может иметь три значения: 1,0 — грузоподъемность соот-
ветствует проекту; 0,9 — имеются отдельные дефекты, снижающие
грузоподъемность моста, в связи с чем необходимо обследование
моста; 0,1 — имеются серьезные дефекты, сильно снижающие гру-
зоподъемность моста, и необходимо прекращение движения по
мосту. Коэффициент снижения пропускной способности имеет два
значения: 1,0 — нет дефектов, понижающих пропускную способ-
ность, и 0,7 — имеются дефекты покрытия, ограждений, тротуаров,
влияющие на безопасность движения и пропускную способность.
Коэффициент снижения долговечности может быть равен 1,0, если
нет дефектов, снижающих долговечность моста; 0,7 — при дефек-
тах, устранение которых требует ремонта; 0,4 — если есть дефек-
ты, нарушающие нормальную эксплуатацию и требующие немед-
ленной замены элементов или переустройства моста в целом.
Общее техническое состояние моста оценивается по трехбалль-
ной системе (4, 3, 2). Если мост имеет коэффициенты снижения
грузоподъемности, пропускной способности и долговечности, рав-
ные 1,0, его общее состояние оценивается высшим баллом. Если
коэффициент снижения грузоподъемности не превышает 0,9 или
коэффициент снижения долговечности равен 0,4 при любых значе-
ниях остальных коэффициентов, общее техническое состояние со-
ответствует 3. В остальных случаях общее техническое состояние
моста оценивается как неудовлетворительное (2).
На базе ИПС-Мост работает ряд программ. В частности, про-
грамма решения задачи пропуска нестандартных транспортных
средств по автодорожным мостам (ПТСМ).
1' Зак 578 321
ИПС-Мост, к сожалению, имеет ограниченный бак данных. Для
организации современной эксплуатации мостов банк данных дол-
жен быть значительно расширен. В нем должны быть подробные
данные о сооружениях в целом, о его конструкциях, их состоянии.
Так что системы типа ИПС-Мост требуют усовершенствования
структуры и увеличения базы данных. Кроме того, более диффе-
ренцированные оценки грузоподъемности, пропускной способности
и долговечности мостов, а также их общего состояния должны
выполняться автоматически с учетом зафиксированных рас-
стройств и дефектов или ремонтных работ на основе современных
методов строительной механики, сопротивления материалов и тео-
рий упругости и надежности.
37.3. Содержание мостовых переходов
К эксплуатации мостов и труб относятся систематические на-
блюдения за водным и ледовым режимами рек и деформациями
русла, пропуск ледохода и паводка, содержание регуляционных
сооружений и подходов к мостам. Особое внимание в этом отно-
шении необходимо обращать на малые искусственные сооруже-
ния, так как паводки на малых водотоках определяются в основ-
ном выпадением ливней и их трудно заранее предугадать. Основ-
ное повреждение переходов через малые водотоки во время па-
водков — размыв земляного полотна из-за недостаточности отвер-
стий или отложения наносов. При фильтрации или переливах во-
ды через насыпь быстрее всего разрушается земляное полотно
дороги.
На малых мостах и в трубах для замера уровней воды можно
воспользоваться трубчатой рейкой из досок, внутреннюю поверх-
ность которой окрашивают мелом. Во время паводка вода смыва-
ет мел, и можно определить наивысший уровень после каждого
ливня, если возобновлять смытую окраску.
В мостах стеснение потока в месте перехода вызывает увеличе-
ние скоростей и общий размыв русла. Одновременно с общим
размывом возникают местные размывы около опор, головных уча-
стков регуляционных сооружений за счет струйного обтекания
препятствий. Наиболее опасны местные размывы около опор, так
как они могут привести к обрушению моста. Местные размывы
около регуляционных сооружений и пойменных насыпей могут
приводить, в первую очередь, к разрушению укрепления откосов,
которое требует восстановления после пропуска паводка.
За уровнем воды в реке наблюдают по водомерной рейке,
которую устанавливают на одной из опор моста с низовой сторо-
ны, увязав шкалу рейки с условным нулевым репером, к которому
привязывают наблюдаемые уровни воды. Наблюдение за уровнем
воды выполняют регулярно в течение года, а во время пропуска
322
Рис. 37.1. Работы по подготовке к пропуску ледохода:
* — мг:ргппптпа л л рспКЗ, и — ЛСД, *t ~ 1ШДКиС< О — МДЙНЙ, t> Д&рСВЯННЫЙ НВС”
тил; 7 — лунки
высоких вод — не реже одного раза в сутки. Уровень самых высо-
ких вод отмечают краской над одной из опор моста, а изменения
уровней заносят в книгу искусственных сооружений. Два раза
в год (после пропуска паводка и зимой) снимают профиль дна
в трех створах: с низовой и верховой сторон на расстоянии 50 м
от оси моста и по оси. Профили дна вычерчивают; сравнивая про-
фили, полученные в течение ряда лет, можно судить о характере
русловых процессов.
Изучение ледового режима начинают с измерений толщины
льда, которые выполняют через лунки простейшими измеритель-
ными приборами (рис. 37.1, а).
Пропуск ледохода и весеннего паводка — одна из наиболее от-
ветственных задач эксплуатации мостов. Зимой и перед вскрытием
реки в районе моста выполняют мероприятия по ослаблению дей-
ствия льда на опоры. Особое внимание необходимо уделять дере-
вянным мостам. В течение зимы на реках с колебанием уровня
воды и подвижками льда вокруг опор деревянных мостов и ледо-
резов прорубают прорези. Их сохраняют незамерзшими, утепляя
хворостом, торфом, снегом. В районах с суровой зимой такие про-
рези желательно делать и вокруг массивных опор. На реках
с сильным ледоходом и большой толщиной льда до начала ледо-
хода ледяной покров ослабляют, прорубая во льду борозды, раз-
дробляя ледяные поля и устраивая майны. Борозды делают с вер-
ховой стороны вдоль опор моста на ширину ледорезов длиной от
10 до 100 м. Майны (рис. 37.1,6) устраивают для предупреждения
заторов льда, подрывая лед зарядами, установленными через лун-
ки. В большинстве случаев для подрыва льда используют аммо-
нит. Подрывные работы проводят не ближе 20—25 м от моста,
чтобы не повредить его конструкции.
II* 323
При работе на льду необходимо соблюдать правила техники
безопасности: лунки должны быть отмечены вехами, рабочие долж-
ны иметь спасательные пояса, их нужно страховать канатами
с берега, на льду должны быть сделаны дощатые проходы и пр.
Перед подъемом воды нужно заготовить аварийный запас мате-
риалов: камень, мешки с песком, фашины, лесоматериал и поков-
ки для деревянных мостов. Также должны быть в достаточном ко-
личестве лодки, спасательные средства, тачки, носилки, багры,
пешни, ломы, лестницы. Во время пропуска ледохода на мосту
располагают бригады по 5—7 чел.
Пропуск ледохода заключается в раздроблении ледяных полей
и проталкивании их в пролеты моста. Если вручную этого сделать
не удается, то лед подрывают взрывчатыми веществами, забра-
сывая заряды возможно дальше от моста. Если образуется затор,
то во льду взрывным способом образуются каналы, по которым
постепенно пропускают льдины под мост. При проходе паводка
нужно следить за размывами дна у опор, измеряя глубины шеста-
ми. Обнаруженные размывы забрасывают крупным камнем или
мешками с песком.
37.4. Содержание и ремонт деревянных мостов
На дорогах местного значения и в городах, особенно в север-
ной части СССР и Сибири, имеется большое количество деревян-
ных мостов. Эксплуатация деревянных мостов наиболее сложна и
дорога, так как дерево подвержено загниванию, сопряжения дере-
вянных элементов расстраиваются из-за обмятий и усушки древе-
сины, легко возникают механические повреждения.
Самый опасный дефект деревянных мостов—загнивание. Жиз-
недеятельность большинства грибков, разрушающих древесину,
протекает при влажности древесины 25—60% и температуре воз-
духа от 5 до 35 °C. Наиболее благоприятна для гниения древесины
температура 20—30 °C.
Самой радикальной защитой элементов деревянных мостов
от гниения служит качественное и своевременное а нтисеп ти-
ров а н и е древесины. Но большое количество деревянных мостов
строили без применения антисептиков, что приводит к значитель-
ному сокращению их долговечности. Гниение прежде всего пора-
жает плохо проветриваемые места конструкции (рис. 37.2, а, б),
где долго может сохраняться влажность. Такими элементами
прежде всего являются конструкции проезжей части: нижний на-
стил, поперечины. Легко загнивает проезжая часть из деревопли-
ты, если антисептирование досок выполнено недостаточно качест-
венно Поперечины больше всего разрушаются гнилью в местах
контакта с настилом и в торцах. Загнивание прогонов начинается
в местах врубок, на торцах и в плоскостях между бревнами мно-
324
Рис 37 2 Дефекты деревянных мостов н вариант ремонта узла.
I — загнивание 2 —трещина, 3~ тяж, 4 — подушка
гоярусных прогонов. В подкосных мостах и мостах с деревянными
фермами очагами гниения служат узлы (см. рис. 32.7,6), где все-
гда имеются неплотности, в которые попадает грязь, долго сохра-
няющая влагу.
В фермах Гау — Журавского, кроме узлов, легко развивается
гниль в элементах горизонтальных связей, а также в местах со-
пряжения настила проезжей части с раскосами (рис. 37.2, в).
Опасны в этом отношении все места контакта дерева со сталью:
в стыках поясов на металлических накладках, под шайбами бол-
тов и тяжей, в узлах с металлическими подушками (см. рис. 37.2, б).
На стальных элементах образуется конденсат влаги, древесина
постоянно увлажняется и создает благоприятную среду для раз-
вития гнилостных грибков. Дощатые фермы разрушаются гниени-
ем особенно быстро из-за очень большого количества швов между
досками.
Деревянные опоры больше всего подвержены гниению у по-
верхности земли и в зоне уровня меженных вод. В песчаных грун-
тах загнивание свай распространяется в глубину до 1,5 м, в свя-
зных грунтах — до 0.5 м.
Деревянные конструкции защищают от гниения тщательным
содержанием, химическими способами и конструктивными мера-
ми. Большое значение имеет своевременное обнаружение загнива-
ния. Сердцевина легче подается гниению, поэтому загнивание на-
чинается с внутренней части элементов. Обнаружить внутреннюю
гниль можно простукиванием конструкций молотком или обухом
топора: древесина, разрушенная гниением, издает при ударах
более глухой звук, чем здоровая. Поверхностное гниение легко
обнаруживается при внешнем осмотре. Степень разрушения эле-
мента гнилью определяют, стесывая дерево топором или просвер-
ливая его. При текущем содержанки мостов особенно важно сле-
дить за удалением воды, мусора и грязи с проезжей части и мест,
где они могут скапливаться.
Если во время эксплуатации моста применяют химические
меры защиты от гниения, хорошие результаты дает поверхностное
антисептирование маслянистым антисептиком или поверхностная
325
обработка водорастворимыми антисептиками. В качестве масляни-
стых антисептиков применяют креозотовое, антраценовое или слан-
цевое масло. Масло нагревают до 80—90 °C и кистями или гидро-
пультом наносят на поверхности деревянных элементов в два-три
слоя. Поверхностная обработка маслянистыми антисептиками про-
изводится, если влажность древесины менее 20—25%. При более
высокой влажности делают поверхностную обработку водораство-
римыми антисептиками: фтористым натрием, кремнефтористым
натрием и др.
Антисептирование лучше всего проводить в конце лета, когда
древесина имеет наименьшую влажность, а трещины — максималь-
ное раскрытие. Нужно помнить, что все фтористые соединения те-
ряют свои защитные свойства при контакте с известью, мелом, це-
ментом. Поэтому все поверхности, подвергающиеся антисептирова-
нию водорастворимыми антисептиками, должны быть тщательно
очищены от пыли и перечисленных веществ. При поверхностной
обработке водорастворимыми антисептиками они проникают в дре-
весину не глубоко (до 5 см) и легко вымываются дождями. Такой
вид антисептирования желательно применять в частях конструк-
ций, хорошо защищенных от увлажнения.
Возможно антисептирование методом последующего действия,
когда пасты (суперобмазки), содержащие водорастворимые анти-
септики, наносят на элементы и защищают битумом, кузбас-лаком
или блок-лаком. Эти же вещества служат клеевой основой супер-
обмазок. Эти работы лучше всего проводить весной при макси-
мальной влажности древесины. Сначала один раз конструкции по-
крывают обычным водорастворимым антисептиком, а после про-
сушки все трещины, пазухи и щели заполняют пастой и только
после этого малярными кистями наносят на поверхность ровным
слоем суперобмазку. После полного высыхания антисептика в по-
догретом виде наносят защитный слой кистями или из гидро-
пульта.
Антисептирование пастами сохраняет свое действие в течение
8—10 лет.
Сваи антисептируют наложением бандажей с суперобмазками.
Механические повреждения элементов деревянных мостов так-
же требуют надзора и ремонта. В наибольшей степени в деревян-
ных мостах страдает верхний настил из-за износа при движении по
нему автомобилей. Поврежденные доски настила необходимо заме-
нять новыми, а также следить за гвоздевым креплением досок
верхнего настила к нижнему. Кроме того, в конструкциях появля-
ются трещины от усушки дерева, расщепление древесины, обмятие
и скалывание в узлах и врубках, разрушение элементов опор и
ледорезов от истирания льдом и навала судов. Трещины и расщеп-
ление древесины обезвреживают установкой хомутов и болтов,
стягивающих повреждения. Неплотности во врубках необходимо
заполнять дубовыми или металлическими прокладками, предупре-
326
ждая обмятие и скалывание древесины. Все соединения должны
быть всегда плотными. Поэтому нужно систематически подтяги-
вать стяжные болты и хомуты, заполнять все неплотности проклад-
ками. В дощатых фермах особенно опасны трещины, идущие по
накладкам стыков поясов вдоль нагелей. Они могут привести к раз-
рушению пояса, поэтому за этими узлами нужно тщательно сле-
дить.
Для устранения провисания ферм Гау — Журавского и обеспе-
чения плотного опирания раскосов на узловые подушки не реже
одного раза в 2 гола, а первые 2—3 года ежегодно необходимо
подтягивать тяжи с помощью стяжных муфт, установленных на
тяжах.
Лучше всего вести ремонтные работы в деревянных мостах зи-
мой, так как в это время года на реке прекращено судоходство и
на льду можно установить подмости. Также ремонтные работы
должны минимально ограничивать движение по мосту. Только в
случае капитального ремонта, в исключительных случаях, допуска-
ется полное закрытие движения на мосту и перевод его на обход,
например, с устройством ледовой переправы.
Все материалы, применяемые для ремонта, должны соответст-
вовать требованиям норм на постройку мостов. Лесоматериал не-
обходимо тщательно антисептировать масляными антисептиками.
Мусор, образующийся при разборке старых конструкций, дезинфи-
цируют раствором медного или железного купороса, а пораженную
гнилью древесину сжигают.
Чаще всего ремонтируют верхний настил, в основном разруша-
ющийся из-за износа при движении. В конструкциях с двойным
настилом его меняют после износа на 2—3 см. Рабочий настил
заменяют при его ослаблении (по прочности) более 25%. Обычно
настил меняют, не прерывая движения на мосту, на половине мо-
ста, а потом на другой половине.
Все элементы, сильно пораженные гнилью, нужно заменять но-
выми. При поверхностном загнивании место распространения гни-
ли стесывают и чистую древесину тщательно обрабатывают анти-
септиком.
В подкосных системах и фермах элементы, имеющие много тре-
щин, сколов и расслоений, необходимо заменить новыми. Если же
повреждения сосредоточены только на концах элементов, удаляют
пострадавший участок, а на его место ставят новый деревяннный
элемент. Соединение новой и старой частей обычно выполняют
вполдерева со стяжкой их болтами и хомутами. При скалывании
поясов около узловых подушек ферм Гау — Журавского ремонт
производят установкой дополнительных упоров, врезанных в пояс
за пределами зоны скалывания. Например, опорный узел фермы
Гау — Журавского (см. рис. 37.2, в) может быть отремонтирован
передачей усилия с узловой подушки на тяж, опирающийся на до-
полнительную подушку, врезанную в пояс снизу. Если в фермах
327
необходима замена элементов ферм, подушек, подгаечных брусьев,
устанавливают временные подмости или. дополнительные опоры
для разгрузки ферм. В опорах и ледорезах заменяют загнившие
части свай и укосин, схватки.
37.5. Содержание и ремонт металлических мостов
В настоящее время на автомобильных дорогах находятся в экс-
плуатации металлические мосты самых разных лет постройки, на-
чиная с середины прошлого века — из чугуна, сварочного
и литого железа и различных сталей. Применение чугуна и
сварочного железа в мостах практически закончилось в прошлом
веке. Поэтому основная масса металлических мостов, существую-
щих сейчас, построена из различных сталей или близкого к сталям
по своим свойствам литого железа.
Дефекты стальных мостов делят на группы по виду поврежде-
ний, степени опасности, скорости развития до опасного состояния,
частоте возникновения, месту появления.
По виду повреждений все дефекты можно разделить на ослаб-
ление коррозий, повреждения от усталости металла в виде трещин
или полного разрушения элемента, расстройства заклепочных сое-
динений, потери общей или местной устойчивости элементов и час-
тей их сечений, механические повреждения, трещины.
Повреждения, которые могут иметь высокую вероятность серь-
езных нарушений в работе элементов моста и даже полного разру-
шения пролетных строений (трещины, потеря общей устойчивости
элемента и др.), —весьма опасные. Повреждения, которые
могут вызвать осложнения в нормальной эксплуатации (расстрой-
ство соединений, сильная коррозия и пр.), относят к опасным.
Малоопасные повреждения — это те, которые ухудшают усло-
вия работы моста. К таким относят, например, не сильную корро-
зию элементов, перекос катков подвижных опорных частей и др.
По скорости развития до опасного состояния повреждения под-
разделяют на мгновенно развивающиеся (потеря общей устойчиво-
сти, хрупкое разрушение материала, значительный угон катков
опорных частей и др.), быстро развивающиеся (усталостные тре-
щины) и постепенно развивающиеся (коррозия, расстройство сое-
динений и др.).
Повреждения по частоте появления делят на массовые и
редко встречающиеся. Например, к массовым можно от-
нести коррозию металла, расстройство заклепочных соединений.
По месту развития дефекта различают повреждения главных
несущих конструкций, элементов проезжей части, связей.
Наиболее распространенный дефект всех элементов металличе-
ских автодорожных мостов — коррозия, которая более интенсивно
проявляет себя на мостах, находящихся в промышленных городах
или поблизости от крупных промышленных предприятий. Коррозия
328
развивается при относительной влажности воздуха более 70%, а ско-
рость ее развития может достигать в среднем 0,1—0,2 мм/год. Ча-
сто сильное поражение пролетных строений коррозией — основная
причина их полной замены. Более всего подвержены коррозии ме-
ста конструкций, где может скапливаться грязь и влага, — в узлах
ферм, на нижних поясах в элементах коробчатого и Н-образного
сечения, в неплотностях. Надлежащий надзор и очистка элементов
моста, недопущение гнездования птиц внутри пролетных строений
хорошо предохраняют их от коррозии. Во время эксплуатации
надо следить за состоянием водоотвода с мостового полотна и ис-
правностью деформационных швов и водоотвода из-под них.
В настоящее время основным средством защиты от коррозии
стальных мостов служит их своевременная и качественная окрас-
ка, которая должна производиться примерно 1 раз в 5 лет. До ок-
раски все элементы должны быть очищены от грязи, старой крас-
ки, ржавчины. Очистку чаще всего выполняют пескоструйными ап-
паратами, скребками и металлическими щетками. Наибольшее
внимание нужно уделять очистке неплотностей, пазух, щелей. Воз-
можны также огневой и химический способы очист-
к и. При огневом (термическом) способе металлические поверхно-
сти обрабатывают пламенем ацетилено-кислородпой или керосино-
вой горелки. К недостаткам этого способа можно отнести нагрев
металла во время очистки до 200—400 3С, когда может ускориться
старение металла и повыситься его хрупкость. При химическом спо-
собе используют смывки для удаления краски и грунтовки — пре-
образователи ржавчины, которые не только уничтожают коррозию,
но и подготовляют поверхности к окраске. Качество очистки в зна-
чительной степени определяет качество и срок службы окраски.
Обычно одновременно с очисткой производят осмотр конструкций
для обнаружения трещин, расслоений и механических поврежде-
ний.
После очистки в срок не более 3 дней необходимо подготовить
конструкции к окраске, для чего все очищенные поверхности обез-
жиривают уайт-спиритом или бензином, а затем грунтуют. Первый
слой грунтовки для лучшего сцепления с металлом наносят обяза-
тельно кистями, а последующие можно наносить распылителем.
В качестве грунтовок часто используют сурик на масляной основе,
но применяют и другие виды, обычно на основе полимеров (эпок-
сидных смол, перхлорвинилов и др.).
После грунтовки все щели и пазухи заполняют шпатлевкой из
олифы, мела и железного сурика в соотношении 1:4:2. Окраску
проводят в сухую погоду при температуре воздуха от +4 до +25 °C.
В качестве наружного слоя чаще всего используют масляные крас-
ки на основе натуральной олифы (белила свинцовые или цинковые
с добавлением 5—7% алюминиевой пудры), но применяют и эмали
(эпоксидную, полиуретановую, перхлорвиниловую) светлых оттен-
ков (серебристого, светло-серого, серого). Металлические детали
329
опорных частей не окрашивают, а тщательно очищают от грязи и
ржавчины и покрывают тонким слоем'машинного масла.
Другим распространенным дефектом металлических мостов
считают расстройства заклепочных соединений, которые выявляют
осмотром и простукиванием заклепок: с одной стороны головки
заклепки прижимают палец свободной руки, а по другой стучат
молотком массой около 0,2 кг. При простукивании дефектных за-
клепок обнаруживается их дребезжание. Неплотности между го-
ловками заклепок и конструкциями определяют с помощью щу-
пов — тонких металлических пластинок. Около дефектных закле-
пок можно иногда обнаружить потеки ржавчины. Слабые и дефект-
ные заклепки последовательно заменяют высокопрочными болтами
диаметром на 1—3 мм меньше диаметра заменяемых заклепок.
Расстройство заклепочных соединений относят к серьезным по-
вреждениям, которое увеличивает концентрацию напряжений око-
ло отверстий, деформативность соединений и увеличивает динами-
ческое воздействие подвижной нагрузки на соединение и элементы
в узле.
В сварных соединениях наиболее характерные дефекты — это
непровар, трещины, неполномерность и пористость шва. Обнаруже-
ние дефектов сварных швов сложно и возможно при полной очист-
ке швов от грязи и краски. Неровная поверхность шва и темный
цвет свидетельствуют о его плохом качестве. На такие места нуж-
но обращать основное внимание. Действие многократно повторяю-
щихся, особенно знакопеременных усилий вызывает усталость ма-
териала, в результате которой могут появиться усталостные
трещины.
Усталость проявляется в местах наибольшей концентрации на-
пряжений. Первый признак усталостного разрушения стали — на-
чальные пятна усталости. Наиболее часто усталостные трещины
встречаются в раскосах, близких к середине ферм, чаще всего око-
ло кромок заклепочных отверстий первого-второго рядов прикреп-
ления их к узлам. Разрушения от усталости металла часто возни-
кают в балках и узлах балочной клетки. Внешним признаком появ-
ления усталостных трещин служат потеки ржавчины и шелушение
краски. Крупные трещины легко обнаружить при осмотрах; для
обнаружения мелких требуются специальные приборы, например
индукционный дефектоскоп ППД-1.
Для предупреждения опасного развития трещин места их обна-
ружения тщательно очищают от краски и у концов их просверли-
вают отверстия диаметром 15—20 мм, которые снимают концентра-
цию напряжений на концах трещин. Однако эта мера не гаранти-
рует прекращения развития трещин и за ними в дальнейшем необ-
ходимо вести регулярное наблюдение. Опасные трещины нужно пе-
рекрыть накладками на высокопрочных болтах.
Часто элементы пролетных строений с ездой понизу получают
механические повреждения из-за ударов по фермам подвижной на-
330
грузки. Обычно такие аварии приводят к местным или общим по-
гнутостям элементов, а иногда и к разрывам. Размер погнутостей
необходимо измерить, натянув проволоку между концами элемен-
та. Он не должен превышать 1/500 длины сжатого элемента и 1/3о0
растянутого элемента. Небольшие погнутости исправляют механи-
ческими простейшими способами. При разрывах и больших погну-
тостях элемент должен быть заменен. Эти работы выполняют по
специальным проектам.
Особое внимание при осмотрах нужно уделять опорным частям:
чистить их, смазывать, следить за их нормальным положением.
Чаще всего отсутствие надлежащего надзора за подвижными кат-
ковыми опорными частями приводит к угону или перекосу
катков. При угоне катки параллельно смещаются к краю ниж-
ней подушки, при перекосе они поворачиваются в плане. Если угон
превышает 50 мм, а перекос— 10 мм, необходимо направить поло-
жение катков В этом случае пролетное строение поднимают дом-
кратами на 4—6 см, освобождают опорные части, очищают и сма-
зывают их и восстанавливают правильное положение катков в со-
ответствии с существующей температурой воздуха на основе специ-
ального расчета.
37.6. Содержание и ремонт железобетонных, бетонных
и каменных пролетных строений, опор и труб
В процессе эксплуатации в каменных и бетонных элементах
сооружений встречаются такие дефекты, как вымывание из кладки
и швов раствора, трещины и выветривание наружных поверхно-
стей. В опорах также могут быть осадки, сдвиги и крены опор.
В бетонных и железобетонных конструкциях часто бывают ракови-
ны, каверны — непробетонированные места. Для железобетонных
сооружений характерны вымывание из кладки раствора, трещины,
разрушения защитного слоя и коррозия арматуры. В сборных же-
лезобетонных мостах также распространены дефекты стыков и сое-
динений блоков: трещины около стыков, сколы, несоответствие по
положению частей.
Наибольший вред всем рассматриваемым видам сооружений
наносит фильтрация через тело конструкций воды, которая вымы-
вает связующее, вызывает коррозию арматуры, размораживает
бетон. Вода на мостах содержит много агрессивных веществ (рас-
творы сернокислых солей кальция, магния, натрия), образующихся
за счет действия выхлопных газов автомобилей и борьбы с гололе-
дом на проезжей части. Действие этих веществ резко ускоряет раз-
рушение железобетона. Поэтому одна из основных задач эксплуа-
тации массивных сооружений — обеспечение быстрого удаления
воды с мостового полотна: необходимо следить за наличием про-
дольного и поперечного уклонов проезжей части, своевременно ре-
331
Рис. 37.3. Дефекты железобетонных мостов и способы их ремонта:
1 — горизонтальные трещины на торцах балки; 2 — горизонтальные трещины в месте соеди-
нения плиты со стенкой; .3 — вертикальные трещины от растяжения при изгибе; 4 — наклон-
ные трешниы в прнопорных }частках от действия главных растягивающих напряжений; 5-
расстройство стыка диафрагм. 6 — несовпадение диафрагм в плайе; 7—вертикальная тре-
щина в верхней части опоры; 8 — наклонная трещина в месте сочленения опоры с ледорезом;
9 — вертикальная трещина между ледорезом и телом опоры, 10 — железобетонный пояс;
// — анкер; 12 — защитный слой; 13 — арматура; 14 — трещина
монтировать мелкие выбоины и трещины в покрытии, следить за
состоянием изоляционпО! о слоя, особенно около тротуаров, ограж-
дений, деформационных швов и водоотводных трубок, где он может
быть легко поврежден.
Водоотводные трубки нужно регулярно прочищать ото льда,
снега и мусора. Длина водоотводных труб должна быть такой, что-
бы вода не попадала на нижележащие части конструкций. Особое
внимание нужно уделять состоянию деформационных швов, отводу
воды, проходящей через шов, и гидроизоляции около швов. Дефор-
мационные швы необходимо систематически чистить, удаляя грязь,
а трещины около шва заливать битумом. Водоотвод из-под шва
должен быть в рабочем состоянии, и его нужно регулярно прочи-
щать. Места повреждения гидроизоляции пролетных строений лег-
ко выявить по мокрым пятнам на нижней поверхности плиты про-
езжей части после сильных дождей. Небольшие повреждения изо-
ляции должны быть исправлены как можно скорее.
В опорах быстрее всего происходит разрушение наружных по-
верхностей и швов кладки в уровне ледохода.
В каменных, бетонных и железобетонных сооружениях часто
наблюдаются трещины различного происхождения. Трещины, обра-
зовавшиеся в растянутой зоне сечения, опасны при больших рас-
крытиях (более 0,2—0,3 мм), так как в этом случае происходит
коррозия арматуры и дальнейшее разрушение защитного слоя. По
любым трещинам, появившимся в сжатой зоне сечения, судят о
332
серьезных нарушениях в работе конструкции и, скорее всего, о ее
аварийном состоянии.
В железобетонных пролетных строениях обычно можно наблю-
дать большое количество трещин (рис. 37.3, а): вертикальные в зо-
не растяжения от изгиба, затухающие к нейтральной оси; наклон-
ные около опор, в зонах больших главных растягивающих напря-
жений. Около опорных частей при недостаточной их подвижности
также могут образоваться трещины. В ряде случаев появляются
горизонтальные трещины в плитах или стенках балок в местах их
сопряжения. В предварительно напряженных конструкциях часто
образуются трещины в слое омоноличивания анкеров на торцах
балки, вертикальные от действия растягивающих напряжений и
горизонтальные вдоль напряженной арматуры. Трещины в балках,
армированных пучками тонкой высокопрочной проволоки, необхо-
димо заделывать как можно быстрее, так как этот вид арматуры
особенно подвержен коррозии.
Распространены дефекты в стыках между блоками сборных же-
лезобетонных конструкций: неплотности и трещины в швах и около
них, расстройства стыков, смещения блоков относительно друг дру-
га (рис. 37.3,6). Часто образуются трещины в опорах в основном
между местами опирания пролетных строений и между телом опо-
ры и ледорезом (рис. 37.3, в).
Все виды трещин достаточно легко обнаружить при осмотрах.
За трещинами должен быть установлен надзор для выявления ди-
намики их развития. Концы трещин нужно отмечать на конструк-
циях краской с указанием даты. Об увеличении ширины раскры-
тия трещин судят по поведению гипсовых маяков, которые ставят
поперек трещин. Ремонт трещин выполняют после прекращения
их роста.
Раковины и каверны, образующиеся при некачественном бето-
нировании, обнаруживают, простукивая поверхность сооружения
молотком.
За общими деформациями опор и пролетных строений ведут
наблюдения с помощью геодезических инструментов. Быстрое на-
растание таких деформаций свидетельствует об очень серьезных
нарушениях и обычно приводит к закрытию движения и капиталь-
ному ремонту или реконструкции моста.
В процессе эксплуатации нужно уделять особое внимание ра-
боте и состоянию опорных частей пролетных строений. Их необхо-
димо своевременно очищать от мусора и грязи, смазывать, сле-
дить за правильным их положением. Угон подвижных опорных ча-
стей или их перекос требуют быстрого восстановления нормаль-
ного положения. При этом пролетное строение поддомкрачивают,
освобождают опорные части, восстанавливают положение катков
подвижных опорных частей, соответствующее температуре возду-
ха, и убирают домкраты.
333
В трубах, кроме дефектов,'характерных для любых массивных
конструкций, возможно их засорение ветйями, грунтом и т. п. Ос-
мотр и очистка труб и русла около них должны выполняться регу-
лярно после ливней и особенно перед паводками. Кроме того, серь-
езные повреждения труб могут быть вызваны вымыванием грунта
вокруг трубы, в результате чего около труб могут образоваться
пустоты, а сами трубы получают просадки. Вымывание грунта
происходит при нарушении изоляции трубы, а также через швы
между звеньями труб при их расстройстве.
В результате просадок или сползания откосов насыпей про-
исходит растяжка труб, разрушающая лоток, швы между звенья-
ми и сами звенья.
За состоянием стыков между звеньями необходимо постоянное
наблюдение. При первых же следах просачивания воды через них
нужно швы конопатить пеньковыми канатами или паклей, пропи-
/г» О ТТ ТТ Т V Ж * V Г Лтт’тттклт»
1 СХ 11IX U11V1 X1 0X1 1 j 1Т1 \J11L .
Основными работами при ремонте массивных конструкций мос-
тов можно считать: восстановление защитных свойств гидроизо-
ляции; ликвидацию опасных трещин, особенно в предварительно
напряженных конструкциях; устранение внутренних дефектов
кладки.
Очистку мостового полотна, удаление с него воды следует ве-
сти регулярно. В местах с нарушенной гидроизоляцией вскрывают
покрытие и защитный слой, удаляют поврежденный участок гид-
роизоляции и заменяют новой с хорошим перекрытием крайних
частей старой.
При полном ремонте одежды ездового полотна проводят
сплошную смену гидроизоляции, обычно не прерывая движения по
мосту: сначала на одной половине, потом на другой. Одновремен-
но проводят ремонт водоотводных устройств, заменяя дефектные
детали.
Все трещины и разрушения бетона, снижающие несущую спо-
собность конструкций, должны быть инъецированы водоцементиы-
ми растворами или полимерными составами. Обычно использова-
ли для инъецирования трещин составы на основе эпоксидных
смол. В последнее время хорошие результаты получены в Литов-
ской ССР с использованием акрилатных смол. Трещины сначала
разделывают на клин или на прямоугольник до арматуры (рис.
37.3 д'), а затем заполняют инъекционным составом под давлением.
Ремонт каменной облицовки состоит из восстановления и рас-
шивки швов. Швы промывают напорной водой, очищают от разру-
шенного раствора и заполняют цементным раствором 1 : 1.
Если кладка опор имеет глубокие трещины с большим раскры-
тием, ее укрепляют установкой металлических стяжных каркасов
или железобетонных поясов (рис. 37.3, г) и оболочек. Железобе-
тонный пояс устраивают в местах расположения трещины высо-
той 0,8—1,2 м и толщиной 2С 35 см. Их армируют арматурой
334
диаметром 14—20 мм иЧомутами 6—10 мм. Арматуру поясов за-
крепляют за анкерные штыри, заделанные в кладку опоры. Жела-
тельно штыри устанавливать под острым углом к вертикали (см.
рис. 37.3, г).
Если опора имеет очень большое количество трещин по всей
высоте, устраивают армированную сетками железобетонную обо-
лочку толщиной 10—15 см.
Ремонт труб при значительных их повреждениях (просадках,
растяжке) проводят в невысоких насыпях (до 6—8 м) в прорезях,
укрепленных распорным креплением и перекрытых сверху метал-
лическим или деревянным временным пролетным строением. При
большей высоте насыпи перестройку труб ведут в штольнях, как
при тоннельных работах.
Контрольны? ^ОПРОСЫ
1. Что входит в обязанности служб, ведающих надзором за искусственными
сооружениями?
2. Каковы недостатки ИПС-Мост?
3. Что необходимо сделать и подготовить перед пропуском ледохода?
4. Перечислите основные дефекты деревянных мостов.
5 Какие повреждения металлических мостов наиболее опасны?
6. Как выполняетси надзор за трещинами в бетонных и железобетонных кон-
струкциях мостов?
Глава 38
БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПО МОСТАМ И ЗАЩИТА
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
38.1. Методы обеспечения безопасности движения по мостам
Увеличение интенсивности движения и заметное повышение
скоростей движения на автомобильных дорогах привлекают все
большее внимание к обеспечению безопасности движения. За
5 лет, с 1982 по 1987 г., по данным МВД СССР на дорогах Совет-
ского Союза погибло 220 000 чел. Особенно тяжелыми бывают по-
следствия аварий на мостах, так как интенсивность движения на
мостах выше, чем на дорогах, а аварии на мостах тяжелее и свя-
заны с большим моральным и материальным ущербом. Народно-
хозяйственные потери от одной аварии на мостах примерно в 16
раз превышают потери от одного среднего дорожно-транспортного
происшествия. Поэтому, несмотря на то, что на мостах происходит
около 3% всех дорожно-транспортных происшествий, убытки, свя-
занные с ними, составляют примерно 30% всех расходов, вызван-
ных дорожными авариями.
335
Результатами аварий на мостах могут .быть повреждения авто-
мобилей при столкновении друг с другом7 или повреждения моста
и автомобиля при наезде на конструкции моста, гибель людей.
Стоимость ликвидации последствий аварий на мостах исчисляется
в очень широком диапазоне: от сотен до десятков тысяч рублей.
Поэтому снижение количества аварий на мостах, достигнутое ря-
дом мер по повышению безопасности движения, сильно скажется
на материальных потерях от дорожно-транспортных происшествий
и резко снизит число людей, гибнущих в авариях.
Кроме общих проблем обеспечения безопасности движения на
автомобильных дорогах на мостах, существуют специфические ус-
ловия, осложняющие движение и требующие особых решений.
К ним можно в первую очередь отнести изменение условий движе-
ния из-за психологического сужения проезжей части и продольно-
го профиля на мосту.
1-1 TI I I О XTTTTI'T'X ТГ» П ГХ'Т' nOnAvnTTtmrlr'T'r ПП'ЧПЛЧПГТ ТТЛ --
ч^хххххх X-. V»«_/. V» ч/ I у ли 1 muuo I ПО IVlWiy
большей ширины ездового полотна, чем на дороге: кроме проез-
жей части, соответствующей числу полос движения на дороге, по
краям их устраивают предохранительные полосы. Но в эксплуата-
ции имеется большое количество мостов, построенных по старым
нормам, в соответствии с которыми ширину ездового полотна на
мосту принимали равной ширине проезжей части дороги. Извест-
но, что если принять за единицу количество аварий, происходящих
при ширине ездового полотна на мосту большей на 2 м, чем на
дороге, то при разнице этих ширин 1 м число аварий возра-
стает в 3,5 раза, при равной ширине — в 6 раз, а если на мосту
ездовое полотно на 0,5 м уже, чем на дороге.— в 7,5 раз. Отсюда,
при реконструкции старых мостов необходимо производить одно-
временно их уширение в соответствии с современными требова-
ниями.
Расположение мостов на вертикальных и горизонтальных кри-
вых отражается на зоне видимости и поэтому также влияет на бе-
зопасность движения. Лучшие условия проезда на мосту соответ-
ствуют продольному горизонтальному профилю на мосту или про-
филю с небольшим односторонним уклоном. Крутой односторон-
ний уклон, а также вогнутый или выпуклый менее благоприятны,
так как они в какой-то мере ограничивают видимость. Выпуклый
профиль с расположением мостов и подходов к нему на горизон-
тальной кривой создают наихудшие условия движения.
Существенной особенностью мостов в отношении безопасности
движения является их деформативность как при действии транс-
портных средств, так и под влиянием длительных пластических
деформаций пролетных строений. Особенно это обстоятельство
относится к железобетонным предварительно напряженным мостам
больших пролетов, в которых первоначальный профиль сразу по-
сле окончания строительства значительно отличается от профиля
после нескольких лет эксплуатации из-за ползучести бетона. По
336 »
тем же причинам в местах установки деформационных швов в про-
езжей части с течением времени образуются переломы профиля.
Все это приводит при современных высоких скоростях движения
к повышенной динамике, вследствие чего автомобиль может поте-
рять сцепление с покрытием, а поэтому и управляемость. Очевид-
но, что профиль нужно проектировать так, чтобы в начале экс-
плуатации отклонения профиля и его переломы отличались от
нормального, а затем по мере протекания пластических деформа-
ций постепенно исправлялись.
В немалой степени безопасность движения на мостах зависит
и от освещенности на мосту, где существуют более сложные усло-
вия движения, и гораздо в большей степени от скользкости покры-
тия при гололеде или если оно припорошено снегом. Тяжелые по-
следствия аварий на мостах объясняются повышенной опасностью
гололеда иа них, а также тем, что охлаждение мостовых конструк-
ций происходит быстрее, чем покрытия дороги, и обледенение на-
ступает раньше. Меры борьбы с гололедом за счет посыпки покры-
тия различными солями, безусловно, на мостах не должны приме-
няться, так как это приводит к заметному уменьшению долговеч-
ности мостов. Поэтому на мостах желательно устраивать воз-
можность обогрева проезжей части нагретой жидкостью или воз-
духом. При необходимости создают автоматизированную систему
электрообогрева, включающуюся при возможности образования
гололеда.
Одной из существенных причин аварий на дорогах, и особенно
на мостах и под путепроводами, служит боковой ветер, действие
которого на быстро движущиеся автомобили может вызывать боль-
шие смещения их поперек дороги. Опасны в этом отношении места,
где автомобиль переходит из зоны, защищенной от ветра, в зону
открытую. Такие изменения часто происходят на мостах, где ско-
рость бокового ветра обычно выше на 2—4 м/с, чем на подходах
к нему, и при проезде под широкими путепроводами. Боковой ветер
может представлять опасность для современных автомобилей на
участках и мостовых сооружениях дорог I и II категорий, если его
скорость превышает 10 м/с; III и IV категорий, если его скорость
более 15 м/с; на дорогах V категории при скорости более 20 м/с.
Боковые перемещения автомобилей (м) под действием бокового
ветра можно получить по формулам для легковых автомобилей
у = а4,2 ЛВС/1010 (38.1)
и для автобусов и грузовых автомобилей
</=а(2,10 — 290)5/2/10’, (38.2)
где а — коэффициент, характеризующий автомобиль;
Л = 8 (иа-Ю)2 + (ЦВ-5) (ца+20)2;
В=3600 — (а—65)2; С= (/+0,6)3;
' т O = (t,B + l ,6) (иа—15); 5 = 3800—(а —70)2;
337
v» — скорость автомобиля, км/ч; гв — скорость ветра, м/с; а — угол действия вет-
ра на автомобиль, град (от направления движения автомобиля к направлению
ветра); t—-время действия ветра, с
Коэффициент а может быть принят для легковых микролитраж-
ных автомобилей и микроавтобусов равным 1,3; для легковых авто-
мобилей типов «Волга», «Жигули», «Москвич», автобусов типа
ПАЗ и порожних грузовиков равным 1,05; для легковых автомоби-
лей типа ЗИЛ, «Чайка» равным 0,6, а для больших автобусов и
груженых грузовиков — 0,85. Если принять, что безопасное боковое
перемещение, не приводящее к столкновению автомобилей или
наезду на конструкции моста за время реакции водителя (принято
1,5 с), можно получить на основе формул (38.1) и (38.2) значение
максимально допустимой скорости движения автомобиля по мосту
при боковом ветре
20 __________________
--------[г — 4-9J- ~\/i F 12)2— 18 /Ъ„4-3). /38.3)
^в + 3 “ “
где Г=Ю5/[3600 —(а—бб)2]. (38.4)
Рис. 38.1. Боковые и осевые ветрозащитные ограждения для мостов и высоки^
насыпей:
а __ СПЛОшной боковой барьер; б — сквозной боковой барьер; в — боковой барьер-сетка; г ~~
сплошной осевой барьер; д — осевой барьер-сетка,
/ — боковые ветрозащитные ограждения; 2 — осевое ветрозащитное ограждение; 3 — П°РУ
чеиь ограждения; 4— стойка ограждения; 5 — сплошное заполнение из прозрачного
риала; 6 — сквозное заполнение из уголкового проката; 7—сетчатое заполнение плотност
не меиее 65%
338
Рис. 38.2. Переходные ветрозащитные ограждения под широкими путепрово-
дами:
а — схема путепровода, б — сплошные барьеры; в — сквозные барьеры и барьеры-сетки
высотой 1,2 м;
/ — переходные ветрозащитные ограждения; 2—переменный участок с изменяющейся вы-
сотой; 3 — постоянный участок высотой 1.2 м, 4 — переменный участок с изменяющейся
плотностью заполнения (от 20 до 50%); 5— постоянный участок с плотностью заполнения не
менее 65%
Для предотвращения аварий, вызываемых боковым ветром, мо-
гут быть применены предупредительные и защитные
меры, т. е. установлены знаки, предупреждающие водителей о
направлении и скорости ветра или автоматически, например, в со-
ответствии с формулой (38.3), ограничивающие скорость движения
автомобилей, или поставлены специальные ограждения, защищаю-
щие автомобили от действия бокового ветра (рис. 38.1). Они могут
быть разделены на боковые ограждения (рис. 38.1, а, б, в),
осевые (рис. 38.1, г) и переходные. Боковые ограждения
ставят по бокам мостов, и они могут быть совмещены с перильны-
ми ограждениями; осевые — на разделительной полосе широких
мостов и могут быть совмещены с противоослепляющим огражде-
нием; переходные устанавливают под путепроводами (рис. 38.2) и
на подходах к мостам для создания постепенного ослабления дей-
ствия ветра при проезде под путепроводом или к мосту. Некоторое
уменьшение опасности бокового ветра создает на подходах к мос-
там и путепроводам плотная посадка кустарников и деревьев.
Часто сложные условия движения на мосту приводят к потере
управления автомобилем и, как следствие, к падению автомобилей
с моста. Особенно тяжелые последствия бывают при падении авто-
бусов. В связи с этим на мостах и подходах в настоящее время
обязательно устраивают защитные ограждения (см. § 14.4,
14.5, 15.2, 22.2, 22.6), которые разделяют на жесткие, полу-
жесткие и гибкие. На мостах обычно устраивают жесткие
339
ограждения в виде бордюров (рис.
38.3, а) и полужесткие барьер-
ного типа (рис. 38, б). Несмотря
на довольно высокую металло-
емкость, лучше устраивать на мо-
стах и подходах к ним барьерные
полужесткие ограждения, которые
Рис 38.3 Виды защитных огражде- не только препятствуют выезду
ннй автомобиля за пределы ездового
полотна и падению его с моста,
но и выправляют траекторию движения автомобиля, возвращая его
в пределы предохранительной полосы. Элементы защитных ограж-
дений рассчитывают в автодорожных мостах на горизонтальную
нагрузку от удара транспортных средств, жесткие железобетонные
парапеты — на поперечную силу, равную 130 кН, распределенную
на длине в 1 м и приложенную к ограждению ня уровне 2/3 его вы-
соты от поверхности проезда. Полужесткие бордюрные ограждения
рассчитывают на поперечную нагрузку 65 кН, распределенную на
длине 0,5 м и приложенную к верху бордюра. Отдельно выполняют
расчет стоек ограждений на сосредоточенные силы, действующие
одновременно в уровне направляющих планок, поперек проезда —
48,5 кН и вдоль проезда — 27 кН. Нагрузку, действующую вдоль
моста, допускается распределять на четыре стойки.
38.2. Защита опор мостов и путепроводов
При проезде автомобилей под путепроводами возможны наезды
на опоры путепроводов, а также удары автомобилей по несущим
конструкциям пролетных строений путепроводов. Высота габарита
проезда под путепроводами для современных сооружений состав-
ляет 5,0 м, но на дорогах имеется много путепроводов с меньшими
габаритами высотой 4,0—4,5 м, а иногда и менее. И хотя перед пу-
тепроводами обычно располагают знаки, ограничивающие высоту
транспортных средств, часто тяжелые автомобили с крупногаба-
ритными грузами разбивают балки пролетных строений. Напри-
мер, на Московской кольцевой дороге практически нет путепрово-
дов с неповрежденными балками.
В частности, к уменьшению реальной высоты габарита под пу-
тепроводом может привести ремонт покрытия дороги под ним с
устройством дополнительного слоя асфальтобетона. Со временем
в результате нескольких таких ремонтов высота габарита может
заметно уменьшиться.
В ряде случаев нижние пояса балок получают настолько боль-
шие повреждения, что приходится закрывать движение по ним и
менять пролетные строения.
340
Для предупреждения подобных случаев на дороге перед путе-
проводами желательно устанавливать автоматические сигналы,
фиксирующие высоту транспортного средства и в случае опасности
столкновения с путепроводом зажигающие красный сигнал для
этого автомобиля на достаточном расстоянии от сооружения.
Другая опасность при движении под путепроводами — возмож-
ность наезда автомобилей на его опоры. По некоторым данным
аварии, вызванные выездом автомобилей за пределы ездового по-
лотна, составляют около 35% общего числа аварий на автомобиль-
ных дорогах. Отклонение автомобиля от правильной траектории
перед путепроводом может привести к удару в боковую или сред-
нюю опору. Опыт ряда стран показывает, что случаи наезда на
опоры путепроводов встречаются достаточно часто.
При массивных опорах путепроводов наибольшие повреждения
получает автомобиль, но современные путепроводы чаще всего име-
--------.Л______ _____~
IO1 MCJIVJUUV 1 иппыс ViUCHHBiC VllUptM, лширыл ичипо cjnciwii
удар тяжелого автомобиля. В наихудшем случае такой наезд мо-
жет привести к разрушению опоры и обрушению пролетного строе-
ния путепровода. Могут быть приняты различные меры, предотвра-
щающие наезд на опоры путепроводов. Прежде всего это установ-
ка дорожных знаков, предупреждающих водителей о приближении
к путепроводу, и специальная разметка опор и пролетных строений,
возможно с устройством светоотражающих покрытий.
Наиболее радикальной мерой можно считать устройство ограж-
дений около и вокруг опор путепроводов. Это могут быть огражде-
ния, подобные устанавливаемым на мостах для предотвращения
выезда автомобилей за пределы ездового полотна. На рис. 38.4 по-
казан вид барьерных ограждений, защищающих опоры путепрово-
да, а на рис. 38.5— возможный вариант размещения таких ограж-
дений.
Серьезную опасность представляет навал судов на опоры или
пролетные строения мостов через судоходные реки, морские зали-
вы и проливы. Раньше навал судна на опору моста обычно приво-
дил в основном к повреждению судна, так как речные корабли бы-
ли относительно небольшого водоизмещения, имели небольшую
массу и скорость, а опоры мостов делали всегда массивными. В со-
временных мостах опоры часто делают более легкими, столбчаты-
ми, а при переходе через морские заливы или проливы они имеют
большую высоту.
Речные суда теперь имеют гораздо большее водоизмещение и
массу, нередко превышающие 10 000 т, а масса морских кораблей
достигает 100—300 тыс. т. Удар подобных судов об опору часто
приводит к обрушению опор и пролетных строений. Аварии такого
рода происходили неоднократно в самых разных странах. В случае
обрушения пролетных строений обычно гибнут и люди, находящие-
ся в автомобилях на мосту в этот момент, а часто и на корабле.
341
Рис 38 4 Защитные ограждения около опор путепроводов
Крупная авария произошла в эстакадной части известного же-
лезобетонного вантового моста Маракайбо в Венесуэле: после уда-
ра танкера водоизмещением около 50 000 т обрушились две опоры
высотой 50 м и три пролета. В образовавшееся пространство упа-
ло несколько автомобилей.
Много раз происходили аварии из-за навала судов на крупней-
шем в мире по общей длине мосту через оз. Понтчартрейн в США.
В настоящее время около моста
Рис 38 5 Размещение защитных ог-
раждений около опор путепроводов
342
даже создан склад, запасных про-
летных строений и свай-оболо-
чек для опор, чтобы можно было
оперативно проводить восстано-
вительные работы.
Особенно опасен навал судов
на опоры и приопорные участки
пролетных строений арочных мо-
стов на зарегулированных ре-
ках, так как судоходство в этом
случае весь сезон осуществляет-
ся в уровне, близком к пятам
арок.
На рис. 38.6 показан вид
арочного моста после навала суд-
на на одну из опор, в результате
чего произошло обрушение про-
летного строения.
В первую очередь профилактика таких аварий заключается в
четком соблюдении норм, относящихся к расположению мостов,
подмостовым габаритам, размещению опор (ГОСТ 26775—85).
В случае если местные условия таковы, что устройство в мосту
пролетов, значительно превышающих требования ГОСТ 26775—85,
не приводит к заметному изменению стоимости моста, нужно от-
дать предпочтение большим пролетам. Также необходимо уделять
необходимое внимание знакам, устанавливаемым на мостах для
выделения судового хода, особенно в ночное время.
Судоходный пролет должен иметь на пролетном строении два
красных огня, а опоры этого пролета обозначают зелеными огнями
в количестве, соответствующем высоте габарита. Сигнальные огни
размещают на специальных щитах, которые служат сигнальными
знаками для кораблей днем.
Современные нормы (СНиП 2.05.03-84) предусматривают рас-
чет опор на навал судов. Нагрузку от навала судов полагаеюя
прикладывать на 2 м выше расчетного судоходного уровня или к
выступам опор, фиксирующим удар судна, если они имеются. Сила
навала судов зависит от класса водного пути и типа пролета (судо-
ходного или несудоходного). Опоры нагружают как вдоль оси мос-
та, так и поперек; максимальные значения усилий при этом состав-
ляют 1570 кН и 1960 кН соответственно.
Если опоры имеют защиту от навала судов, опоры не рассчиты-
вают на эти воздействия. Защитные устройства должны полностью
предотвращать опасность повреждения опор и по возможности
уменьшать последствия для кораблей, амортизируя силу удара.
Можно разделить защитные ограждения опор на плавучие,
жесткие, упругие и полужесткие. Плавучие ограж-
Рис 38 6 Результаты навала судна на опору арочного моста
343
дения устраивают вокруг опор из бревен, специальных поплавков
или старых судов. Такие ограждения не предотвращают полностью
возможность аварии. Их обычно рассматривают как временное ог-
раждение или устраивают на реках со слабым судоходством.
Жесткие ограждения представляют собой жесткую стенку,
окружающую опору, способную воспринять удар судна. Стоимость
таких ограждений велика. Делают их обычно из железобетона.
Упругие ограждения при навале судна получают большие
деформации и поглощают энергию удара. Они могут состоять из
горизонтального элемента, окружающего опору и способного рабо-
тать па растяжение, опирающегося на податливые опоры, обычно
из вертикальных труб, забитых в дно реки. Идея таких ограждений
вполне рациональна, но они требуют большого пространства, так
как при навалах получают очень большие деформации.
Чаще всего используют полужссткис ограждения опор, ко-
торые сначала работают упруго, а затем начинают разрушаться,
оказывая все большее сопротивление кораблю.
Часто защитные устройства устанавливают, не окружая ими
опору полностью, а впереди опоры. Ширина таких ограждений
должна значительно превышать ширину защищаемой опоры. Их
обычно делают из больших свай-оболочек, заполненных песком.
38.3. Основные требования по защите окружающей среды
Взаимодействие автомобильных дорог и окружающей среды
весьма многообразно. С одной стороны, окружающая среда влияет
на условия движения по дороге и на конструкции дороги и искус-
ственных сооружений на ней. С другой стороны, дороги, мосты и
другие сооружения все больше и больше влияют на состояние ок-
ружающей среды. Это объясняется быстрым увеличением объемов
строительства, сети доро! и количества искусственных сооружений
на них, а также значительным ростом интенсивности движения.
Воздействие сооружений на дорогах на окружающую среду имеет
и общий со всей дорогой характер, и свои специфические особенно-
сти.
Транспорт, движущийся по дороге, загрязняет воздух и окру-
жающее пространство вредными веществами за счет выделения
токсичных веществ, а также из-за создания грязи и пыли на покры-
тии, содержащих, кроме вредных газов и свинца, частицы резины,
бензина, смазочных масел, а часто и различных грузов, перевози-
мых по дороге. Само сооружение нарушает природное равновесие
в месте его строительства, а при плохой работе создает опасность
дальнейшего разрушения почвы, грунта, берегов рек и т. д. Во вре-
мя строительства часто строитель"’-"! мусор засоряет русло реки и
берега.
344
Шум автомобилей наиболее силен при проезде по мостам, так
как конструкции мостов жестче, а проезжая часть из-за деформа-
ций пролетных строений получает дополнительные переломы про-
филя. Кроме того, само сооружение во многих случаях как бы слу-
жит резонатором шума, усиливая его воздействие на людей. Дож-
девая и снеговая вода стекает с проезжей части моста обычно не-
посредственно в реку и сносит туда всю грязь и вредные вещества.
Во время постройки искусственных сооружений необходимо
тщательно соблюдать все требования норм и законодательных ак-
тов, направленных на охрану окружающей среды.
При эксплуатации труб нужно следить за их состоянием, осо-
бенно на выходных лотках, так как ливневые потоки за трубами
могут приводить к оврагообразованию при плохом их состоянии.
Сточные воды с мостов содержат большое количество разнооб-
разных вредных веществ, в том числе растворов выхлопных газов
я втлмлби при HpcvTHHy н nKnvwatonivin rnpnv пкиспт,т г₽пм яяптя
---- ------, ---J -~ ------v--------------
свинца, окись углерода и углеводороды. В воде они создают сер-
ную, сернистую и азотную кислоты и другие соединения, отравляю-
щие водоемы и реки, приводящие к постепенному отравлению вод-
ной растительности, рыб и животных, живущих в воде. Поэтому
желательно потоки воды с мостов и путепроводов отводить по сети
труб в водосборники, где можно проводить ее обезвреживание,
или хотя бы не сбрасывать прямо в реку, а отводить так, чтобы она
фильтровалась через землю, постепенно снижая вредное воздейст-
вие на реку.
Не меньший вред приносят и соли, используемые для борьбы
с гололедом, особенно хлористый кальций и хлористый натрий.
Так как опасность образования гололеда на мостах значительно
выше, чем на дороге вообще, эти вещества на мостовых сооружени-
ях применяют в большем количестве и чаще. Сток заслоенной воды
и сбрасывание снега, содержащего соли, в реку отрицательно ска-
зываются на флоре и фауне реки. Максимально допустимое содер-
жание хлоридов в воде — 200 частей на 1 л, а удаляемые с дорог
массы снега содержат до 10 тыс. мг/л хлористого натрич, до
100 мг/л масел и 100 мг/л свинца. Попадание вредных веществ
с покрытия мостов в реки отражается не только на растительном
и животном мире реки, но и ухудшает качество питьевой воды, ко-
торую берут из рек.
Необходимо отметить, что соли для борьбы с гололедом и вред-
ные вещества, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей, не
только отравляют окружающую среду, но и сильно влияют на
состояние самих искусственных сооружений, так как ускоряют кор-
розию металла и разрушение, в частности, нарушение защитных
свойств внешнего слоя бетона, что заметно снижают долговеч-
ность мостов.
Наиболее заметно вредное влияние на людей шума от движе-
ния транспортных средств на мостах и путепроводах. При интен-
345
сивном движении около мостовых сооружений создается недопус-
тимый шумовой фон, который может вызывать заболевания сер-
дечно-сосудистой, центральной и вегетативной нервных систем, же-
лудочно-кишечного тракта и др. Он может быть причиной постоян-
ных головных болей, сужения сосудов, повышения кровяного дав-
ления и т. д.
Допустимый уровень шума во многих странах нормирован, и
поэтому часто на дорогах и дорожных сооружениях устанавливают
шумозащиту.
Обычно она выполняется на мостах, путепроводах и подходах к
ним в виде шумозащитных экранов высотой от 2 до 4,5 м.
Транспортный шум создается низкочастотными колебаниями (50—
200 Гц) с длинами волн в пределах 7,2—1,8 м.
Для полной защиты от шума в этих условиях необходима высо-
та экрана, равная 7,Л Но обЫ"1Ю СЧИТаЮТ ДОСТАТОЧНОЙ BblCOiy
шумозащитного барьера в пределах 2,5—3,0 м, которая дает впол-
не удовлетворительный эффект, так как человек наиболее чувстви-
телен к более высокой части спектра колебаний от шума автомоби-
лей, задерживаемой этими ограждениями. Экраны могут быть сде-
ланы из железобетонных панелей с ячеистой поверхностью или в
виде барьеров — расщепителей шума. В значительной степени зву-
коизолирующая способность экранов зависит от их массы Q. При
массе до 200 кг на 1 м2 поверхности снижение шума барьером R
в дБ можно получить по формуле
R = 13,3 lg Q+ 13, (38.5)
а при массе более 200 кг/м2
/? = 231 lg<?—9. (38 6)
На одном из путепроводов Москвы в настоящее время установ-
лены шумозащитные барьеры.
Глухие высокие барьеры на мостовых сооружениях могут созда-
вать неприятные ощущения у водителей, поэтому их желательно
делать из прозрачных материалов или хотя бы окрашивать в цве-
та, создающие у людей ощущение покоя: зеленые, желтые, корич-
невые.
Контрольные вопросы
1 Для чего устраивают защитные ограждения проезжей части, их основные
виды? ,
2 Каковы способы защиты опор мостов н путепроводов от ударов автомоои-
лейэ
3 В чем заключается воздействие автодорожных мостов на окружающую
среду?
Глава 39
УСИЛЕНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ И ТРУБ
39.1. Определение срока службы моста
Возможный срок службы любых сооружений, в том числе мос-
тов, определяется понятиями физического и морального износа,
физический износ моста означает отсутствие возможности
нести нагрузку из-за накопления расстройств и дефектов, наруше-
ний в работе материалов и элементов. Под моральным изно-
сом обычно понимают несоответствие возможностей мостового
сооружения и предъявляемых к нему новых требований в отноше-
нии интенсивности, скорости и безопасности движения, а также ве-
совых параметров транспортных средств. Степень физического или
мира^1ьниГи износа конкрешию сооружения определяе! ipeuoaa-
ния к ремонтам, усилению, реконструкции моста или полной его
замене, т. е. практически его долговечность.
Считают, что для автодорожных мостовых сооружений мораль-
ный износ в той или иной степени в наше время наступает пример-
но через 30 лет его службы. Обычно за этот период парк машин и
интенсивность движения изменяются настолько, что появляется не-
обходимость реконструкции моста или, как минимум, его ушире-
ния. Срок физического износа мостов в значительной степени зави-
сит от материалов, из которых построен мост, и условий его ра-
боты.
Наибольшими сроками службы обладают каменные мосты, ко-
торые из-за массивности не испытывают значительных изменений
напряженного состояния. В мире существует большое количество
каменных мостов, срок службы которых уже сейчас измеряется
сотнями лет. Наименьший срок службы обычно у деревянных мос-
тов из-за загнивания древесины. Его часто оценивают 15—20 года-
ми. Однако в хороших условиях (сухой клима^ хорошая защита
от увлажнения и гниения) деревянные мосты могут служить гораз-
до больше: мост через р. Пахру в Московской обл. прослужил
68 лет, мост через р. Или в г Алма-Ате — 79 лет. Долговечность
металлических мостов оценивают в 50—70 лет, учитывая их корро-
зию и накопление в основном усталостных дефектов.
Практика эксплуатации металлических мостов подтверждает
эту оценку. Более того, на автомобильных дорогах имеются метал-
лические пролетные строения, созданные в конце прошлого века и
даже в середине прошлого века, которые до сих пор способны вы-
держивать современные нагрузки. Несколько иное положение ока-
залось у железобетонных мостов, срок службы которых оценивали
первоначально в 80—100 и даже в 120 лет. Такие предположения
делали в то время, когда еще не было достаточного опыта эксплуа-
тации железобетонных мостов. В настоящее время гораздо осторож-
347
нее определяют возможности железобетона в мостах. Оказалось,
что в значительной степени срок нормальной эксплуатации железо-
бетонных мостов зависит от состава, технологии приготовления бе-
тона, конструкции моста и способа постройки. Сейчас обычно счи-
тают, что срок службы монолитных мостов 40—60 лет, а сборных
мостов — 25—40 лет.
В наше время оценка срока службы моста, вероятность его без-
отказной работы может быть выполнена на основе теории надеж-
ности, теоретическая сторона которой хорошо разработана. С точ-
ки зрения теории надежности мост представляет собой ремонтопри-
годную механическую систему совместно действующего большого
числа элементов. Выполняя ремонт или усиление отдельных эле-
ментов, можно увеличить срок службы моста. Но с увеличением
возраста сооружения возрастают расходы на его эксплуатацию и
реконструкцию. Отсюда определение рационального срока службы
требует надежных экономических обоснований.
В металлических мостах по мере работы конструкций в них на-
капливаются отказы от усталости материала, значительных мест-
ных напряжений и из-за ослабления элементов коррозией. Рост ин-
тенсивности, скорости движения и грузооборота приводит к созда-
нию все более тяжелых транспортных средств. Наиболее чувстви-
тельны к все чаще обращающимся тяжелым нагрузкам элементы,
непосредственно воспринимающие эти нагрузки: плиты проезжей
части, особенно ортотропные плиты, места их объединения с балоч-
ной клеткой и главными балками. На эти места приходится обра-
щать большее внимание при эксплуатации.
В железобетонных мостах срок службы пролетных строений оп-
ределяется в основном коррозией арматуры и работой стыков сбор-
ных элементов.
Коррозия арматуры зависит от качества гидроизоляции, коли-
чества и размера раскрытия трещин в бетоне и скорости карбони-
зации защитного слоя арматуры. Карбонизация поверхностного
слоя бетона приводит к потере им защитных свойств и началу кор-
розии арматуры, которая быстро распространяется. По мнению не-
которых ученых, этот процесс в условиях сильного загрязнения
воздушной среды выхлопными газами может проходить быстро и
определять сроки службы железобетонных мостов.
39.2. Усиление деревянных мостов
Дерево практически одинаково хорошо воспринимает растяже-
ние, сжатие и изгиб; конструкция деревянных мостов обычно не
сложна. Поэтому усиление деревянного моста не представляет
больших трудностей.
Настил проезжей части можно усилить, устроив дополнитель-
ный слой настила или уложив колеи из брусьев. И в том, и в дру-
348
Рис. 39.1. Способы усиления деревянных мостов:
1 — прогон; 2 — существующая опора; 3 — дополнительная опора; 4 — дополнительный
шпренгельный тяж; 5—дополнительная поперечная балка; 6 — дополнительная шпренгель-
ная стойка; 7 — тяж; 8 — поперечная балка; 9— стойка шпренгеля; 10 — подушка; 11— го-
ризонтальный тяж шпренгеля; 12—наклонный тяж шпренгеля
гом случае улучшается распределение нагрузки от колес и элемен-
ты основного настила защищаются от износа. В большей степени
произойдет усиление настила, если уложить дополнительные попе-
речины между основными. В этом случае вдвое уменьшается про-
лет несущих досок настила. Любое усиление настила приводит и
к усилению поперечин, так как повышается жесткость настила и
распределение им нагрузки на поперечины или увеличивается ко-
личество поперечин.
Усиление прогонов получается при укладке колеи из брусьев на
настил, если брусья будут иметь длину, близкую к длине пролета
прогонов, а их концы размещают около опор. Более радикальным
средством усиления прогонов является установка дополнительных
прогонов. Эти работы обычно выполняют снизу, без разборки су-
ществующих конструкций.
Если необходимо резко повысить несущую способность прого-
нов балочных или подкосных мостов, возможно устройство допол-
нительной опоры в середине пролета (рис. 39.1, а). При малой вы-
соте моста, недостаточной для установки копра для забивки свай
опоры, кусты свай забивают по краям моста, а насадку в середине
подпирают подкосами, опирающимися на новые сваи.
В пролетных строениях с фермами Гау — Журавского настил и
прогоны можно усилить теми же методами. Несколько сложнее
усиление поперечных балок. Если ферма имеет большие панели,
можно установить дополнительные поперечные балки в серединах
панелей, создав там дополнительные узлы установкой дополнитель-
349
ных коротких тяжей (рис. 39.1,6). При этом может потребоваться
усиление самой фермы.
Пояса ферм обычно требуют усиления только в средних пане-
лях (рис. 39.1, в). Растянутые (нижние) пояса усиливают стальны-
ми тяжами, закрепляя их в менее нагруженных панелях. Подтяжка
этих тяжей включает их в работу и на постоянные нагрузки. Верх-
ний пояс можно усилить, уменьшая его свободную длину в плоско-
сти фермы.
Для этого устанавливают шпренгельные стойки между верхним
поясом и средними узлами раскосов (см. рис. 39.1, в).
Усиление поперечных балок ферм Гау — Журавского и доща-
тых ферм создают с помощью стальных шпренгелей из тяжей. При-
мер такого усиления поперечной балки фермы Гау — Журавского
с ездой понизу приведен на рис. 39.1, г.
Шпренгель делают из круглой стали или из пучков высокопроч-
ной проволоки с опиранием концов на подушки, врезанные в верх
поперечной балки.
Закрепление и натяжение элементов шпренгеля из круглой ста-
ли создают гайками. Если шпренгель сделан из пучков высокопроч-
ной проволоки, его натягивают домкратами двойного действия. За
работой шпренгельного усиления должно быть установлено уси-
ленное наблюдение, особенно в первые годы после усиления. В слу-
чае ослабления натяжения элементов шпренгелей из-за обмятий
в соединениях и врубках необходимо сразу же выполнять подтяж-
ку шпренгеля.
В ряде случаев может потребоваться и усиление элементов
опор. Насадки под разбросными прогонами, работающие на изгиб,
можно усилить с помощью брусьев, врезанных ниже насадки в
сваи, и подклинкой насадок. Также можно установить небольшие
подкосы, упертые в сваи, создав дополнительную точку опирания
для насадки.
Усиление опор распорных систем — ригельно-подкосной, ароч-
но-подкосной — достигается устройством затяжек. Их делают из
парных бревен или пластин, устанавливая их с двух сторон свай
и надежно соединяя со сваями врубками и болтами.
В длинных затяжках делают стыки, соединяя элементы, создаю-
щие затяжку.
Стыки обычно перекрывают деревянными накладками на наге-
лях. Чтобы затяжка не провисала, ее подвешивают подвесками из
дерева к середине пролета. Подводную часть свайных опор дере-
вянных мостов при размывах дна в районе опор усиливают уста-
новкой дополнительных подводных связей (тяжей или подкосов),
засыпкой низа опоры камнем, устройством ряжевой опоры вокруг
свайной с заполнением ее камнем или обетонированием низа опо-
ры. В любом случае уменьшается свободная длина свай и стоек и
увеличивается несущая способность опоры.
350
39.3. Усиление металлических пролетных строений
Несущая способность металлических мостов, особенно построй-
ки до 1931 г., может быть всегда повышена до необходимого уров-
ня. Поэтому усиление металлических пролетных строений эффек-
тивно используется для продления сроков их службы, если по тем
или иным причинам их грузоподъемность стала явно недостаточ-
ной. В старых мостах несущая способность различных элементов
может оказаться очень разной. Часто для обеспечения необходи-
мой грузоподъемности в таких мостах достаточно бывает усилить
только отдельные элементы.
Возможны различные способы усиления металлических пролет-
ных строений. Можно увеличивать поперечное сечение элементов с
усилением их узлов; в мостах с железобетонной плитой проезжей
части можно объединить плиту со стальными балками; в мостах
с деревянной плитой проезжей части возможно устройство железо-
бетонной плиты, работающей совместно с балками; в некоторых
случаях усиление может быть достигнуто заменой железобетонной
плиты на металлическую ортотропную. Общее усиление главных
ферм и балок может быть достигнуто установкой дополнительных
опор, изменением статической схемы пролетного строения или пу-
тем подведения шпренгеля, а также введением новых элементов в
систему пролетных строений.
Важным вопросом усиления металлических мостов является
усиление узлов и соединений и обеспечение полного включения в
работу дополнительного металла элементов. Усиление узловых со-
единений может быть получено при постепенной замене заклепок
на высокопрочные болты. В этом случае заметно повышается и
выносливость элементов. Сварные соединения при усилении про-
летных строений в настоящее время применяют редко, так как
трудно обеспечить достаточную надежность таких соединений.
В большинстве случаев качество металла старых пролетных строе-
ний не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сварным кон-
струкциям. Кроме того, при усилении мостов обычно сварочные ра-
боты ведут вручную в сложных условиях, когда практически невоз-
можно обеспечить необходимое качество работ. Также почти нель-
зя устранить при усилении опасные зоны концентрации напряже-
ний. Все это может приводить к появлению новых дефектов в уси-
ливаемой конструкции и даже фактически к снижению грузоподъ-
емности Наиболее опасно применение сварки при усилении мостов
в районах с низкими температурами (ниже —40 °C).
Усиление балочных конструкций (балок проезжей части, глав-
ных балок) может быть обеспечено установкой дополнительных
горизонтальных листов сверху и снизу балки (рис. 39.2, а), а также
прикреплением к стенке ниже основных поясных уголков дополни-
тельных уголков большого сечения (рис. 39.2,6). Возможно усиле-
ние и за счет присоединения снизу балки высоких элементов дву-
351
таврового сечения. Все соединения в этих случаях могут быть вы- -
полнены на заклепках или высокопрочных болтах.
В пролетных строениях с железобетонной плитой проезжей ча-
сти усиление легко достигается включением плиты в работу балок
(рис. 39.2, в). Это можно достаточно просто осуществить в балках
проезжей части и на участках главных балок, работающих на по-
ложительные моменты. Объединение проще всего осуществить ус-
тановкой через отверстия, просверленные в плите и поясе балки,
высокопрочных болтов (см. рис. 39.2, в). Заметный эффект может
дать замена железобетонной плиты проезжей части на металличе-
скую ортотропную, установка которой, с одной стороны, сильно
уменьшает постоянную нагрузку на элементы пролетного строения,
а с другой — может быть легко введена в работу сечений, воспри-
нимающих как положительные, так и отрицательные моменты.
Сплошные главные балки могут быть усилены как увеличением
тт тттгг тллггг’Л плй п о п ТГ О ттт-т т т t V
vcnviin il 1 C1I\ n v V- i i OUIM mujJVHL VVIVtl, DUjjriUUlUl I'.VIUJWIA
показаны на рис. 39.2, г, д. Обычно за счет натяжения шпренгелей
Рис. 39.2. Способы усиления металлических мостов:
1 — металл усиления; 2 — существующая конструкция; 3 — высокопрочные болты; 4 — шпреи-
гель; 5 — новый элемент верхнего пояса; б — новая стойка; 7 — соединение узлов нижнего
пояса
352
может быть одновременно выполнено и регулирование напряжений
в старой конструкции. Высоту шпренгеля выбирают в пределах
1/7—Vio пролета балки. Сечения элементов шпренгелей составляют
из уголков и швеллеров.
Общее усиление пролетных строений с фермами достигается
так же, как и в случае со сплошными бадками, установкой шпрен-
гелей, поддерживающих и разгружающих фермы, или изменением
статической схемы пролетных строений. Возможно, например,
объединение разрезных конструкций в неразрезные (рис. 39.2, е).
При этом обычно соединяют верхний и нижний пояса соседних
ферм, устанавливая иногда стойку для уменьшения свободной дли-
ны элемента верхнего пояса. Можно также усилить фермы пролет-
ного строения устройством сверху арочного пояса, превратив ба-
лочную ферму в комбинированную систему.
В ряде случаев возможно необходимое усиление ферм только
за снег усиления о1дельных элементов поясов и решетки. При об-
щем усилении ферм чаще всего требуется также усиление отдель-
ных элементов. В большинстве случаев усиление элементов решет-
ки осуществляется присоединением дополнительных листов или
уголков к сечению (рис. 39.2, ж, з, и, к). В случае усиления элемен-
та всегда необходимо усилить и узлы, к которым подходит элемент.
Усиление узлов достигается установкой дополнительных накладок
и заменой заклепок на высокопрочные болты. Усиление сжатых
элементов ферм возможно за счет их обетонирования. Для обеспе-
чения связи металла с бетоном к металлу приваривают арматурные
коротыши.
39.4. Усиление железобетонных и бетонных пролетных
строений, опор и труб
Железобетонные мосты более массивны, чем металлические,
поэтому изменение временных нагрузок на них сказывается в мень-
шей степени. В связи с этим и необходимость в усилении возникает
в железобетонных мостах реже. Необходимо отметить, что усиле-
ние железобетонных мостов выполнить сложнее, чем металличес-
ких, в связи с особенностями работы материала и трудностью каче-
ственного объединения старой и новой частей конструкции.
Самый распространенный способ усиления железобетонных про-
летных строений — увеличение количества арматуры в растянутой
зоне сечения. Этим способом можно повысить несущую способность
на 10—15%. Обычно при этом нижний ряд арматуры очищают от
защитного слоя примерно до половины диаметра, а затем привари-
вают дополнительные стержни с помощью коротышей (рис. 39.3, а).
Коротыши делают длиной 10—20 см. После приварки арматуры
восстанавливают торкретированием защитный слой. Высота балки
при таком способе усиления увеличивается незначительно.
•2 Зак. 578 3 53
Рис 39.3. Способы усиления массивных мостов:
1— существующая арматура; 2— арматура усилении; 3— коротыш; ч— торкрет-оетон,
5 — шпренгель; 6 — свод усиления; 7— железобетонная оболочка усиления; 8 — существую
шая труба
Чтобы повысить несущую способность балок в большей степени
(до 35%), увеличивают высоту балок и площадь рабочей арматуры
приваркой арматурного каркаса, который охватывает стенку балки
(рис. 39.3,6). Защитный слой удаляют в этом случае со всех по-
верхностей стенки балки. Продольную арматуру соединяют с суще-
ствующей наклонными коротышами и сваркой. Вдоль стенки уста-
навливают короткие хомуты и косые стержни и тоже приваривают
к ранее установленной арматуре. Потом зону усиления бетонируют
в опалубке, подвешенной к балкам, уплотняя смесь наружными
вибраторами. При бетонировании используют смесь на мелком
щебне пластичной консистенции класса не ниже 25. Желательно до
бетонирования на существующие поверхности нанести полимерце-
ментную прослойку. Если для усиления требуется улучшить только
восприятие главных растягивающих напряжений, балки заключают
в железобетонные оболочки, армированные дополнительными косы-
ми стержнями и хомутами.
Возможности усиления железобетонных пролетных строений
изменением их статической схемы ограничены. При этом способе
очень важно, чтобы эпюры изгибающих моментов и поперечных сил
после усиления имели бы те же знаки, что и до усиления, т. е. что-
бы изменение статической схемы вызывало только уменьшение
действующих усилий в сечениях, не изменяя их знаков. Для этого
целесообразно применение внешних шпренгелей (рис. 39.3, в).
Шпренгели создают из двух ветвей, устанавливая их симметрично
по сторонам стенки балки. Концы шпренгелей могут быть закреп-
лены на торцах балки или на диафрагмах около стенки балки.
Шпренгели делают из проволочных канатов и прядей или из пуч-
ков параллельных проволок. Необходимо уделять внимание защите
открыто расположенных шпренгелей от коррозии, окрашивая их,
354
покрывая специальными антикоррозийными составами или поме-
щая их в полимерные трубки с последующим заполнением трубок
полимерными составами или цементным раствором.
Массивные арочные пролетные строения могут быть усилены
разгружением их от веса надсводной конструкции, заменяя ее бо-
лее легкой железобетонной. Обычно при этом сохраняют существо-
вавшие ранее щековые стенки, чтобы не изменять внешний вид
сооружения. Возможно, что при разгружении сводов от веса над-
сводного заполнения продольные силы уменьшатся в большей сте-
пени, чем моменты, которые создаются в значительной степени вре-
менной нагрузкой. Поэтому такой способ не всегда приемлем.
Можно усилить каменные и бетонные своды, устраивая снизу до-
полнительный свод усиления (рис. 39.3, г). Бетонирование допол-
нительного свода снизу очень сложно. Для усиления совместной
работы старый и новый своды соединяют анкерами, штрабами.
Можно свод усиления распила! а 1 ь и над сущееыующим сводом,
но в этом случае его бетонирование вызовет закрытие движения на
мосту.
Необходимость усиления опор мостов возникает гораздо реже,
чем пролетных строений. В основном она может быть вызвана зна-
чительным разрушением кладки опор, недостаточной несущей спо-
собностью грунтов оснований или большими осадками, сдвигами,
кренами. Тело опор обычно усиливают, создавая вокруг них допол-
нительную железобетонную оболочку. Вокруг опоры устанавлива-
ют арматурные сетки, связывая их стяжками через тело опоры и
анкерными стержнями, заделанными в существующую кладку, а
затем бетонируют оболочку толщиной 20—40 см. Усиление фунда-
ментов мелкого заложения выполняют увеличением площади их
опирания. Работы ведут под защитой шпунтового ограждения.
Связь старой и новой частей фундаментов обеспечивают штрабами
и анкерами. Чтобы не нарушать грунтовый массив под подошвой
существующего фундамента, подошву новой части закладывают
на 1,0—1,5 м выше.
Свайные фундаменты могут быть усилены забивкой новых свай
и созданием надежной связи между старой и новой частями фун-
дамента и опоры.
Если кладка трубы сильно повреждена на глубину до 10—15 см,
трубу можно усилить созданием вокруг нее монолитной железобе-
тонной оболочки (рис. 39.3, д). В старую кладку забивают штыри
из арматурной стали, устанавливают вокруг трубы кольцевую ар-
матуру и бетонируют. Работы ведут по секциям длиной 50 см.
39.5. Основы расчета усиления мостов
Расчет усиления заключается в определении напряженного со-
стояния старого и усиленного сечения после выполнения работ и
расчете соединений элементов, в частности соединения старой и
12* 355
новой частей конструкции. При этом необходимо учитывать разни-
цу в работе старого и нового материалов и стадийное приложение
нагрузок к различным частям сечений и соединений. Также необхо-
димо учитывать последовательное перераспределение усилий в
элементах конструкции, например при замене заклепок высоко-
прочными болтами.
В металлических балках усиление может быть рассчитано по
напряжениям в старом сечении
Мо MN
о0 = —.— Уо+—,— Уы (39.1)
‘N
и в металле усиления
°N = MN yN/lN, (39.2)
где Mq — расчетный изгибзющий момент сецйНий от мягоучпк пайстпуюших
во время усиления; Мп — расчетный изгибающий момент в сечении от нагрузок,
действующих после усиления (в том числе и временных); /0 — момент инерции
старого сечения балки с учетом дополнительных ослаблений, возникших во время
усиления; In — момент инерции сечеиия после усиления; уо — расстояние от ней-
тральной оси до самого удаленного края старого сечения; y'N — расстояние до
той же точки в усиленном сечении; уп — расстояние от нейтральной оси до само-
го удаленного края усиленного сечения.
Во время усиления действуют нагрузки от собственного веса
балки, веса нового металла, а также от веса всех конструкций, от
которых балки не освобождают во время производства работ. При
подсчете момента инерции старого сечения указывают, что с него
могут быть сняты некоторые элементы при выполнении работ по
усилению.
Аналогично можно проверить по прочности и элементы ферм,
учтя, что они работают не на изгиб, а на продольную силу. Также
нужно учитывать, что прикрепление старыми заклепками (в них
уже произошли обмятия) жестче, чем прикрепление новыми. Если
считать, что на усиленный стержень действует сила N, силы, дейст-
вующие на старое сечение No и на металл усиления Nn с учетом
разной деформативности старых и новых заклепок можно получить
так:
N N
Nn =-----------; у., =------------, (39.3)
l + p^Ar/^o 1 + ^/Луу р
где Ло — площадь старого сечеиия брутто; — площадь металла усиления
брутто; р — коэффициент эффективности усиления, который зависит от длины
стержня, площадей старого и нового металла и количества заклепок, прикрепляю-
щих новый металл.
Расчет усилений, связанных с изменением расчетной схемы соо-
ружения, выполняют по обычным правилам строительной механи-
ки с учетом того, что часть нагрузок воспринята в старой статичес-
кой схеме, а часть — в новой.
356
Общие идеи расчета усиления железобетонных конструкций та-
кие же, как и металлических. Но при перерасчете железобетонных
пролетных строений нужно помнить о разном протекании процес-
сов ползучести и усадки в старом и новом бетоне. Если в старом
бетоне и ползучесть от ранее действовавших нагрузок, и усадка
практически завершились, то в новом бетоне они будут действо-
вать активно.
Кроме того, и старый бетон также получит дополнительные де-
формации от ползучести в связи с приложением к старым конст-
рукциям дополнительных усилий. В результате в усиленных сече-
ниях сразу после усиления и по прошествии некоторого времени
усилия и напряженное состояние будут заметно различаться, так
как будет происходить перераспределение усилий, особенно в пер-
вые годы работы. Поэтому все расчеты желательно выполнять с
учетом действия длительных деформаций, проверяя прочность и
трещиностойкость как на начальном этапе работы усиленной кон-
струкции, так и по прошествии нескольких лет.
39.6. Реконструкция мостов и труб
Реконструкция мостового сооружения подразумевает изменение
его основных характеристик, влияющих на интенсивность и безо-
пасность движения, а также на возможность свободного пропуска
по мостам более тяжелых нагрузок. Реконструкция обычно вклю-
чает в себя изменение грузоподъемности моста, конструкции мос-
тового полотна, габаритов, числа полос движения, отверстия. При
реконструкции конкретного сооружения подлежат изменению или
несколько из перечисленных характеристик, или отдельные из них.
Требования к реконструкции определяются как моральным, так и
физическим износом мостов. Реконструкция мостовых сооружений
может быть сведена к следующим основным группам работ:
изменению конструкции мостового полотна, возможно с заменой
несущих конструкций проезжей части;
уширению мостового полотна, обычно с одновременным усиле-
нием пролетных строений и созданием современных условий движе-
ния;
замене отдельных частей мостов более совершенными, напри-
мер пролетных строений;
увеличению высоты подмостового габарита, чаще всего связан-
ному с подъемом пролетных строений и изменением уровня проез-
да по мосту;
добавлению новых пролетов для увеличения отверстия моста
или создания проездов по берегам;
полной перестройке моста.
Реконструкция мостового полотна может быть вызвана измене-
нием интенсивности и скорости движения. В этом случае на мосту
357
с деревянными несущими конструкциями проезжей части можно
устроить железобетонную плиту, по которой укладывают современ-
ную одежду ездового полотна и устанавливают современные ог-
раждения (рис. 39.4, а). Железобетонная плита может быть вклю-
чена в работу главных балок для повышения грузоподъемности
моста.
Если мостовое полотно моста было сделано без устройства пре-
дохранительных полос или интенсивность движения сильно возрос-
ла, можег потребоваться значительное увеличение ширины мосто-
вого полотна и плиты проезжей части. Это один из наиболее рас-
пространенных видов реконструкции мостов в настоящее время.
При этом обычно требуется и усиление моста для восприятия более
тяжелых и в большем количестве и на большей ширине распола-
гающихся в пределах мостового полотна временных нагрузок.
Уширение моста можно создать тремя основными способами: уста-
новкой дополнительных главных балок с одновременным уширени-
ем опор; созданием широкой накладной плиты сверху пролетного
строения; комбинированным способом, совмещающим первые два;
строительством рядом со старым нового моста.
Установка дополнительных главных балок — наиболее конст-
руктивно простой и надежный способ уширения моста, особенно
если при уширении можно использовать такие же или близкие по
конструкции и несущей способности балки. Но этот способ требует
дополнительно и уширения опор моста (рис. 39.4,6). Старую плиту
и новые крайние участки ее объединяют, разбивая защитный слой
Рис 39 4 Варианты реконструкции мостов
В| — старая ширина ездового полотна В? — новая ширина ездового полотна
I — деревянная конструкция мостового полотна, 2 — железобетонная плита проезжей части;
3 — защитное ограждение 4 — существующая железобетонная плита, 5—новый участок
железобетонной плиты, 6 — дополнительная балка, 7 — существующая опора 8—уширение
опоры, 9— существующее пролетное строение, 10— накладная плита, 11— существующие
балки пролетного строения, 12 — дополнительная балка
358
на консолях старой плиты и приваривая новую арматуру к обна-
женным элементам старой.
Возможно и другое решение, когда на пролетном строении свер-
ху устраивают широкую дополнительную плиту, объединяя ее со
старой конструкцией (рис. 39.4, в). В мостах малых пролетов при
этом получается заметное усиление пролетных строений, а за счет
консольных выступов плиты увеличивается мостовое полотно. Этот
способ не требует увеличения ширины опор.
Когда необходимо большое увеличение ширины моста, возмож-
но использование комбинированного способа (рис. 39.4, г), при ко-
тором по бокам существующего пролетного строения ставят допол-
нительные балки и все конструкции объединяют плитой, устраивае-
мой поверху и старого пролетного строения, и новых блоков.
Любая из перечисленных конструкций требует решения ряда
-----------------------------------__________ _______ — -----
tcpDCjnDiA задач, иис^нсчспнс WDivicvinvn pavuiDi LldpniA И tlVDbiA
элементов, обеспечение распределения усилий между ними, особен-
но при разных их жесткостях, перераспределение усилий, дефор-
мации и перенапряжение старой части конструкции из-за увели-
ченных постоянных нагрузок и ползучести бетона.
В настоящее время все эти вопросы изучаются в научных и
учебных институтах.
В случаях когда требуется увеличение числа полос движения
в два и более раз, может оказаться рациональным строительство
еще одного моста рядом с существующим.
Замена пролетных строений может оказаться необходимой из-
за недостаточной их грузоподъемности вследствие физического из-
носа.
Иногда после регулирования стока класс водного пути повыша-
ется и на реке увеличиваются судоходные габариты В этом случае
может потребоваться увеличение высоты подмостового габарита
Такую реконструкцию выполняют, наращивая высоту опор и под-
нимая пролетные строения на новый уровень.
Уширение опор может быть сделано за счет устройства нового
консольного железобетонного оголовка опоры или за счет наращи-
вания тела опоры.
При этом нужно позаботиться о совместимости работы старой
и новых частей опоры. Для этого в теле старой опоры устраива-
ют штрабы и закладывают металлические анкеры.
При уширении дороги или изменении отметок проезда может
понадобиться удлинение труб. К ним добавляют новые звенья и
устраивают новые головки. Старую и новую части трубы необходи-
мо разделять деформационными швами для обеспечения свободы
деформаций новой части. Если изменение ширины земляного полот-
на по подошве невелико, может оказаться достаточным устройство
новых оголовков трубы.
359
Контрольные вопросы
1. Как оценивается в настоящее время долговечность железобетонных мос-
тов?
2. Какие способы усиления применяют в деревянных мостах?
3 Как можно усилить узлы и соединения металлических пролетных строе-
ний?
4. Перечислите возможные способы усиления железобетонных труб.
5. Каковы способы уширения автодорожных мостов?
Глава 40
ОБСЛЕДОВАНИЕ И СПЫТАНИЕ МОСТОВ
40.1. Обследование мостов и труб
Для оценки физического состояния эксплуатируемых мостов и
труб, выработки рекомендаций по дальнейшей их эксплуатации ис-
кусственные сооружения обследуют и испытывают. Обследования
и испытания выполняют специализированные мостоиспытательные
станции и лаборатории по заказам эксплуатирующих организаций.
Обследования полагается проводить через определенные проме-
жутки времени. Во время обследования тщательно осматривают
сооружение, выполняют инструментальные съемки, определяют со-
стояние материалов, из которых сделаны конструкции моста, выяв-
ляют все расстройства и дефекты. При испытаниях мосты загружа-
ют статической и движущейся нагрузкой, измеряют деформации
элементов. Часто решение об испытаниях принимают по результа-
там обследования. В связи с тем что временная нагрузка оказыва-
ет на трубы небольшое влияние, их обычно только обследуют. Об-
следованию подвергают весь переход, включая регуляционные соо-
ружения и подходы. При необходимости осмотра скрытых конст-
рукций вскрывают отдельные места. При осмотре проводят и изме-
рения, используя простейшие измерительные инструменты: линей-
ки. рулетки, лупы с делениями.
Если необходимо, то применяют и приборы, помогающие обна-
ружить скрытые дефекты: ультразвуковые, рентгеновские и др. Все
обнаруженные дефекты должны быть занесены в дефектную ведо-
мость с указанием положения дефектов, их размеров и вероятных
причин возникновения. Желательно составлять при этом эскизы и
чертежи, поясняющие дефектную ведомость.
При инструментальной съемке выполняют нивелировку проез-
жей части и съемку плана и профиля главных несущих конструк-
ций. В случае необходимости делают инструментальную съемку
положения опор. Инструментальную съемку производят нивелира-
ми и теодолитами. Хорошую информацию об общем состоянии мо-
ста дает продольный профиль. При нормальном состоянии пролет-
ных строений продольный профиль имеет плавное очертание. Если
360
на продольном профиле имеются резкие переломы, провисания и
местные деформации, можно предположить серьезные дефекты.
Во многих случаях бывает необходимо уточнить характеристи-
ки материалов, из которых построено сооружение. В деревянных и
железобетонных мостах обычно достаточно определить механичес-
кие характеристики. В металлических мостах часто, кроме механи-
ческих характеристик, нужно знать структуру металла и его хими-
ческий состав. Для получения всех этих характеристик из наименее
нагруженных, маловажных частей конструкции отбирают образцы,
которые затем исследуют в лабораториях.
При обследовании подходов нужно обращать особое внимание
на сопряжение моста с насыпями, состояние насыпей подходов и
их конусов, покрытия ездового полотна, обочин и ограждений.
Если заметны или предполагаются размывы русла, нужно про-
вести съемку живого сечения реки с дополнительными промерами
в местах размывов и около опор. При отверстиях моста более 50 м
глубины промеряют через 10 м, если отверстие менее 50 м — че-
рез 5 м. Съемку незатопленных участков делают нивелиром.
В трубах обследуют состояние звеньев труб, входные и выход-
ные оголовки и лотки. Очень внимательно нужно осматривать швы
между звеньями сборных труб, обращая внимание на фильтрацию
через них воды, заполнение швов гидроизоляционными материала-
ми, осадку звеньев, расхождение швов. Продольный уклон лотка
трубы проверяют нивелировкой. Необходимо тщательно осматри-
вать водобойные колодцы, подводящие и отводящие русла.
40.2. Статические испытания
Несущую способность мостов проверяют испытаниями, которые
выполняют статической и динамической нагрузками. Испытаниям
могут быть подвергнуты как пролетные строения, так и опоры мо-
стов, особенно если они облегченной конструкции. Массивные
опоры практически не реагируют на действие временной нагрузки.
При статических испытаниях пролетные строения загружают тяже-
лыми транспортными средствами. Желательно при испытаниях ис-
пользовать однотипные грузовые автомобили. При загружениях со-
здают усилия, близкие к нормативным, в элементах, подлежащих
проверке.
На рис. 40.1 показано одно из загружений при испытаниях ван-
тового моста. До испытаний составляют подробную рабочую про-
грамму их проведения, в которой ставят задачи испытаний, выпол-
няют необходимые предварительные расчеты для определения за-
гружений и расстановки автомобилей в них так, чтобы не было
недопустимых перегрузок элементов, устанавливают порядок за-
гружений и намечают места установки измерительных приборов.
Обычно во время статических испытаний измеряют напряжения
361
и прогибы. Реже, кроме них, получают местные деформации, сдви-
ги, раскрытие трещин, углы поворота сечений и пр.
Напряжения измеряют в виде местных деформаций на фикси-
рованном расстоянии. Существует два основных метода измерения
напряжений: механический и электрический. Электронные приборы
для измерения напряжений состоят из двух основных частей: дат-
чика-преобразователя механической деформации в электрический
сигнал и электронного преобразователя сигналов в цифровую ин-
формацию. В качестве датчиков используют тензорезисторы, изме-
няющие электрическое сопротивление при деформациях, емкостные
и индукционные датчики, в которых используют зависимости дефор-
маций и емкости или индуктивности датчика. Чаще всего при ис-
пытаниях мостов применяют тензорезисторы, так как они дешевы
и просты. В качестве электронных преобразователей могут быть
использованы разнообразные приборы, выпускаемые нашей про-
мышленностью. Например, цифровой тензометрический мост ЦТМ-5,
имеющий автоматические балансировку электрического моста и
запись отсчетов.
Однако в полевых условиях не всегда бывает возможно и удоб-
но использование электрических методов измерения напряжений,
так как при испытаниях больших мостов могут возникать слож-
ности из-за больших длин кабелей и обеспечения надежной рабо-
Рис. 40.1. Загружение вантового мос-
та во время испытаний
ты датчиков. При испытаниях
железобетонных конструкций,
кроме того, необходимы датчики
с очень большой базой (более
50 мм), так как при меньшей ба-
зе возможны значительные иска-
жения информации из-за неодно-
родности структуры бетона. По-
этому часто при испытаниях мо-
стов используют механические
тензометры. Наибольшее распро-
странение получили различные
системы рычажных тензометров,
которые дают на шкале деформа-
цию, увеличенную примерно
в 1000 раз. На рис. 40.2, а дан
вид механического тензометра,
установленного на арматуре. Ме-
ханические тензометры очень про-
сты в конструкции и работе, име-
ют малую массу и дают вполне
достаточную точность. Их легко
устанавливают с помощью пру-
жинных держателей в необходи-
мых местах на конструкциях,
362
Рис. 40.2. Механический рычажный тензометр, установленный на стержень арма-
туры (а) и пример установки тензометров на конструкциях моста (б)
помечая условные номера и места установки (рис. 40.2, б).
Перемещения и прогибы обычно на испытаниях измеряют меха-
ническими приборами: индикаторами часового типа и прогибоме-
рами. Индикаторы часового типа имеют цену деления от 0,001 до
0,01 мм с ограничением линейных перемещений, равным 2—10 мм.
Их иногда используют и как тензометры с помощью струбцин и до-
полнительного штока, увеличивающего базу измерений.
Основными приборами для измерения прогибов конструкций
мостов служат прогибомеры. Вид прогибомера системы Максимова
приведен на рис. 40.3. Эти проги-
бомеры должны иметь проволоч-
ную связь с землей (неподвиж-
ной точкой) или с точкой, где из-
меряют прогиб, в зависимости от
того, где установлен прибор.
Если прогибомер закрепляют
струбцинами на конструкции мо-
ста в месте измерения прогиба,
то проволока должна быть за-
креплена на земле и переходить
через барабанчик прогибомера-
Под действием груза, подвешен-
ного к проволоке, и трения ее
о барабанчик при перемещении
прибора на циферблате будут
меняться показания.
Рис. 40.3. Прогибомер системы Мак-
симова
363
Если связь с землей во время испытаний невозможна, для изме-
рения прогибов можно использовать прецизионную нивелировку,
устанавливая нивелир так, чтобы деформации конструкций моста
под нагрузкой не сказывались на результатах измерений.
Все ^механические приборы дают возможность опенить дефор-
мации по разности показаний. До загружения моста нагрузкой
снимают нулевые показания всех приборов. Затем снимают отсче-
ты по приборам после установки нагрузки в намеченное положе-
ние, потом нагрузку удаляют с моста и фиксируют вторые нуле-
вые отсчеты. Разность показаний между отсчетами во время за-
гружения и первыми нулевыми дают полные деформации, а раз-
ность между первыми нулевыми и вторыми — остаточные. Разница
между полной и остаточной деформацией составляет упругую де-
формацию.
Из-за неполадок в схеме прибора или некачественной установки
любой прибор может дать сбой во время испытаний. Поэтому
в одном и том же месте обычно ставят как минимум два однотип-
ных прибора. Их показания при обработке осредняют.
Состояние конструкции оценивают, сопоставляя результаты из-
мерений во время испытаний и теоретических расчетов, которые
выполняют, определяя величины, соответствующие полученным
при испытаниях от испытательной нагрузки. При анализе сравни-
вают общий характер распределения деформаций и напряжений
в сечениях и их величины.
Необходимо при этом учитывать, что на результаты, получен-
ные во время испытаний, оказывают большое влияние как изме-
нения температуры во время испытаний, так и работа конструк-
тивных элементов, не учитываемых в теоретических расчетах, но
автоматически включающихся в работу основных конструкций.
Особенно большое влияние изменение температуры воздуха во
время испытаний оказывает на отсчеты по прогибомерам с про-
волочной связью. Испытания мостов часто занимают много часов,
изменения температуры воздуха при этом могут доходить до 10°C
и более, а удлинение проволоки, особенно если мост высокий, мо-
жет оказаться сопоставимо с деформациями конструкции (напри-
мер, с остаточными деформациями). Слои одежды ездового полот-
на также интенсивно включаются в работу на испытательную на-
грузку, что часто приводит к заметным искажениям при анализе
результатов испытаний.
40.3. Динамические испытания
Кроме статических испытаний, обычно проводят и динамиче-
ские. По результатам статических испытаний можно достаточно
полно оценить несущую способность и особенности работы кон-
струкций моста. Но во время эксплуатации на мост действуют
364
Рис. 40.4. Самопишущий механичес-
кий прибор системы Гейгера для за-
писи диаграмм динамических колеба-
ний мостов
при динамических испытаниях
подвижные нагрузки, оказываю-
щие на мост динамические воз-
действия, оценить которые мож-
но только при динамических ис-
пытаниях. Кроме того, сопостав-
ление динамических характери-
стик, полученных при испытани-
ях, и теоретических при ряде по-
следовательных испытаний поз-
воляет проанализировать общее
состояние моста и часто выявить
серьезные дефекты.
Динамические испытания вы-
полняют, пропуская отдельные
тяжелые машины, а иногда и се-
рии машин с определенными
скоростями по определенным тра-
екториям. Во время испытаний
запись прогибограмм или вибро-
грамм может быть выполнена ос-
циллографами или механически-
ми приборами. Достаточно часто
используют механический прогибограф системы Гейгера (рис.
40.4). Во время динамических испытаний получают записи коле-
баний прогибов или напряжений под воздействием динамических
нагрузок. Одну из основных характеристик — частоту собствен-
ных колебаний пролетных строений — можно получить, вызвав ко-
лебания ударным воздействием на конструкцию: сброс груза
на проезжую часть или, наоборот, сброс груза, подвешенного
к мосту. По диаграмме, полученной в этом случае, можно опреде-
лить частоту и период собственных колебаний, декремент их зату-
хания. Чем скорее затухают колебания, тем больше этот коэффи-
циент и тем большей динамической жесткостью обладает пролет-
ное строение.
При проходе автомобилей по мосту записывают вынужденные
колебания пролетных строений. На рис. 40.5 показан пример записи
Рис. 40.5. Примеры записи прогибограммы разрезного пролетного строения
Z 365
колебаний разрезного пролетного строения. Выделяя статический
прогиб как среднюю величину по записанным амплитудам, можно
определить, кроме периода вынужденных колебаний, и динамиче-
ский коэффициент воздействия движущегося по мосту автомобиля:
l + p=fn/fc> (40.1)
где [д — наибольший динамический прогиб на диаграмме; fc — максимальный
статический прогиб.
Пропуская по мосту автомобили с различными скоростями,
после обработки записей прогибограмм можно получить скорости,
соответствующие наибольшему динамическому воздействию на
конструкции.
Сравнивая периоды собственных и вынужденных колебаний,
выясняют возможность появления резонанса. Если эти периоды
близки или совпадают, вероятность резонансных явлений велика.
Так как резонанс может резко повысить динамическое воздей-
ствие временной нагрузки, в мостах, где частоты вынужденных и
собственных колебаний близки, необходимо особо тщательно сле-
дить за состоянием ездового полотна. Однако динамические коэф-
фициенты, полученные во время испытаний, нельзя принимать за
динамические коэффициенты, принимаемые в нормах, так как нор-
мативное значение подразумевает поток машин, а при испытаниях
динамический коэффициент характеризует только автомобиль,
участвующий в заездах.
Работа механических прогибографов требует связи конструкций
моста с землей (неподвижной точкой). Натяжение проволоки,
обеспечивающей связь, осуществляется пружиной, закрепляемой
ниже прибора при расположении его на земле и выше — при раз-
мещении его на конструкциях. Колебания через систему рычагов
передаются на рычаг с пером, которое обеспечивает запись на ме-
лованную бумажную ленту. Во время записи лента равномерно про-
тягивается через столик прибора и получается прогибограмма ко-
лебаний. Параллельно действует счетчик времени, который делает
засечки с интервалом 0,5 или 1,0 с.
Если связь с землей невозможна, прибор может быть переобо-
рудован как виброграф или запись колебаний осуществляется как
теизограмма через осциллограф. В качестве датчиков можно ис-
пользовать тензорезисторы, датчики с изменением емкости или
индукционные датчики.
40.4. Методы определения грузоподъемности мостов
Под грузоподъемностью моста можно понимать долю общей его
несущей способности, остающейся на восприятие полезной времен-
ной нагрузки. Определение грузоподъемности бывает необходимым
для оценки общего состояния моста или при решении вопроса о воз-
366
можности пропуска по мосту тяжелой нестандартной нагрузки,
соотношение .которой с нормативными нагрузками, принятыми при
проектировании данного моста, выявить трудно. Последняя задача
все чаще возникает перед организациями, занимающимися эксплуа-
тацией мостов, потому что постоянно увеличиваются объемы пере-
возок сверхтяжелых грузов по автомобильным дорогам. Эта задача
часто осложняется разнообразием норм, по которым проектировали
мосты, и их конструкций, а также тем, что отсутствует какая-либо
документация на довольно большое число мостов.
Методами определения грузоподъемности автодорожных мостов
занимаются достаточно давно многие научные организации и вузы.
В настоящее время все эти методики могут быть сведены в три
основные группы:
1) определение грузоподъемности прямым перерасчетом соору-
жения и сопоставлением усилий при проходе ненормативной на-
ГПКОТЛП TI ТТООТЫЛ Ъ’ГЧ'ТГХТЛ Q СТ потадтост ЛИСТ гчт гтгчпилтл и сьг» w г г т oft
<1
способности;
2) определение возможности пропуска нестандартных тяжелых
нагрузок сравнением эквивалентных нагрузок, проектных и пред-
назначенных для пропуска;
3) определение грузоподъемности методом классификации мос-
тов по грузоподъемности.
Последний метод можно считать самым предпочтительным, так
как эта методика используется уже более 60 лет при определении
грузоподъемности железнодорожных мостов. Кроме того, и в ми-
ровой практике близкий к этой методике способ рейтинга мостов
по грузоподъемности уже достаточно давно используется. Метод
классификации железнодорожных мостов по грузоподъемности
в нашей стране хорошо разработан и имеются ведомственные ин-
струкции и рекомендации по применению этой методики. Необхо-
димо, однако, отметить, что применение метода классификации по
грузоподъемности к автодорожным мостам несколько сложнее,
чем к железнодорожным. Это объясняется большим разнообразием
конструкций автодорожных мостов и проектных нагрузок, неопре-
деленностью размещения автомобилей на проезжей части, худшей
сопоставимостью проектных и реально обращающихся по мостам
нагрузок.
При традиционном способе перерасчета сооружений обычно
проверяется неравенство
Sp<Snp-Sn. (40-2)
где Sp — усилие в элементе сооружения (или другая величина, характеризую-
щая элемент: напряжение, деформация и пр), зависящее от временной нагрузки
и в расчетном положении; Sn—то же, зависящее от постоянной нагрузки; Snp—
предельное значение (усилие, напряжение, деформация), характеризующее несу-
щую способность элемента
Принцип классификации мостов по грузоподъемности заключа-
ется в том, что вместо неравенства (40.2) проверяют неравенство,
367
(40.3}
получаемое делением правой и левой его частей на усилие от эта-
лонной нагрузки:
H=Sp/Sa;
К— (^пр sn) /S3 = Snp/(S3 —Kn)
где И — класс нагрузки; К — класс элемента; Кп — класс постоянной на-
грузки.
В настоящее время не принято окончательного решения относи-
тельно вида эталонной нагрузки. Можно за эталонную нагрузку
принять нагрузку А1 по аналогии с нормативной нагрузкой АК.
Загружение эталонной нагрузкой должно производиться по прави-
лам: в четком (допустим, наихудшем для данного элемента) поло-
жении, определенным количеством колонн, например всегда только
одной. Желательно для удобства дальнейшего использования ре-
зультатов, чтобы структура эталонной нагрузки отражала особен-
ности классифицируемых нагрузок в районе пиковых значений ли-
ний влияния.
Класс пропускаемой по мосту нагрузки можно определять не-
посредственно при решении вопроса о возможности ее пропуска по
мосту, в то время как классификацию элементов лучше произво-
дить при проектировании сооружения. При изменении физического
состояния моста в процессе его эксплуатации в классы элементов
должны вноситься коррективы с учетом расстройств, дефектов
и ремонтов.
Метод классификации фактически разделяет расчет грузоподъ-
емности на две части. Первая часть — определение классов элемен-
тов, который осуществляется достаточно редко, квалифицирован-
ными инженерами с применением наиболее совершенных методов
расчета. Значения классов элементов сооружения должны хра-
ниться в технической документации на данный объект. Наименьший
класс элемента определяет класс всего сооружения в целом. Вто-
рая часть — определение классов нагрузки при методе классифика-
ции по грузоподъемности можно выполнять упрощенными мето-
дами. При появлении новой нагрузки не требуется перерасчет
сооружения. Достаточно классифицировать эту нагрузку и сравнить
ее классы по отношению к элементам моста с классами элементов.
Важно, что классы нагрузки и элементов числа безразмерные,
не зависят от системы физических единиц и дают возможность
сравнивать по грузоподъемности разнохарактерные элементы мос-
тов и нагрузки.
Контрольные вопросы
1 Какие работы подразумевает инструментальная съемка?
2 Какие приборы применяют при статических испытаниях?
3 . Какие величины могут быть получены при динамических испытаниях
моста?
4 . Какие основные методики существуют для определения грузоподъемности
мостов?
368
РАЗДЕЛ 11
АВТОДОРОЖНЫЕ И ГОРОДСКИЕ ТОННЕЛИ
Глава 41
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОННЕЛЯХ
41.1. Классификация и область применения тоннелей
' 1л OTTTTZ-Ч ТТ тт ТТ гь п /тт г» тт тт гттлтг г» о Л ОТ» ГГ П/ЧТГТ XTZ ЛТТТТГТЛ ГТ/ЧППГ111ГТТГЛ ТТТГТТ ГТГЧТТ
lunnttin 11|J UU»1/11U 1 CUWI1 1/UIYV1111LUU 11идо<. J111D1C XIVIXI ИиД
водные сооружения для движения транспортных средств, пропуска
воды, размещения инженерных коммуникаций и других целей.
Тоннели подразделяют по назначению, месту расположения,
глубине заложения, способам строительства и иным признакам.
В зависимости от назначения различают тоннели транспортные,
гидротехнические, коммунальные, горнопромышленные и специаль-
ного назначения. По месту расположения тоннели условно под-
разделяют на горные, подводные и городские.
Горные тоннели прокладывают через горные хребты и возвы-
шенности (рис. 41.1, а).
При пересечении трассой дороги водных преград — рек, озер,
заливов, проливов, каналов и водохранилищ сооружают подвод-
ные тоннели (рис. 41.1, б).
Тоннели, заложенные под улицами, площадями и другими
участками городской территории, называют городскими
(рис. 41.1, в, г).
В зависимости от глубины заложения от поверхности земли Н
различают тоннели глубокого заложения (/7>10—15 м)
и мелкого заложемия (/7-<10м).
Способы сооружения тоннелей весьма разнообразны и опреде-
ляются их протяженностью, глубиной заложения, топографически-
ми, инженерно-геологическими и градостроительными условиями,
а также экономическими и экологическими соображениями.
В практике тоннельного строительства применяют горный,
Щитовой, открытый и специальные способы работ
(см. § 44.2—44.5).
Сооружение автодорожных тоннелей началось в XX в. с разви-
тием автомобильного транспорта и дорожного строительства. За
это время во многих странах построено большое количество гор-
ных, подводных и городских тоннелей.
369
В СССР горные автодорожные тоннели сооружены в Крыму, на
Кавказе, в Средней Азии. Среди них высокогорный (более 3000 м
над уровнем моря) Сусамырский тоннель через Киргизский хребет
протяженностью 2,5 км, тоннели под Пушкинским и Севанским пе-
ревалами протяженностью 1,8 и 2,2 км на автомобильной дороге
Тбилиси — Ереван.
Недавно завершено строительство Рокского тоннеля длиной
3,6 км через Главный Кавказский хребет, Рикотского тоннеля
длиной 1,8 км в Армении, ведется сооружение тоннеля длиной
Рис 41 1 Схемы автотранспортных (а—в) и пешеходного (г) тоннелей
/ — портал, 2 — тоннель, 3 — проезжая часть, 4 — рампа, 5 — лестничный сход, 6 — павильон
370
около 5 км через Гиссарский хребет в Таджикистане, двух тонне-
лей на обходе г. Гагра и др.
Советскими тоннелестроителями сооружены пять автодорожных
тоннелей в Афганистане длиной около 9 км, в том числе двухпо-
лосный тоннель Саланг длиной 3,4 км через Гиндукуш на высоте
2,7 км.
Крупнейшими горными тоннелями за рубежом являются Сен-
Готардский тоннель длиной 16,3 км (Швейцария), тоннель Арль-
берг длиной 14 км (Австрия), тоннели Фрежюс длиной 12,9 км
и Монблан длиной 11,6 км (Италия, Франция), тоннель Канэцу
длиной 10,8 км (Япония) и др.
В нашей стране подводные тоннели сооружены под каналом
имени Москвы в Москве, под Морским каналом в Ленинграде, под
реками Москвой, Невой и Курой на линиях Московского, Ленин-
градского и Тбилисского метрополитенов.
В дальнейшем предлагается строительство подводных тоннелей
под р Невой и Финским заливом в Ленинграде, под реками Вол-
гой, Днепром, Керченским проливом и др.
Наиболее крупные подводные автодорожные тоннели сооруже-
ны под р Мерсей в Англии (диаметр поперечного сечения 12 м,
длина 3,4 км), четыре тоннеля под р. Гудзон длиной от 2,3 до
2,7 км в США, 6-полосный тоннель под р. Эльбой в г. Гамбурге
(ФРГ) длиной 3,2 км, 8-полосный тоннель под р. Шельдой в Ант-
верпене (Бельгия), тоннель под Суэцким каналом длиной около
2 км в Египте, между островами Хонсю и Кюсю в Японии длиной
3,5 км и ряд других.
Строят подводный тоннель протяженностью свыше 50 км под
проливом Ла-Манш, разработаны проекты сооружения тоннелей
под проливами Мессинским, Босфор, Гибралтар и др.
Во многих городах мира построено большое количество авто-
транспортных и пешеходных тоннелей, подземных автостоянок
и гаражей.
В СССР интенсивное строительство транспортных и пешеход-
ных тоннелей началось в конце 50-х годов.
В настоящее время в Москве насчитывается 18 автотранспорт-
ных тоннелей общей протяженностью около 7 км для 2-, 4- и
6-полосного движения длиной от 200 до 500 м и около 300 пеше-
ходных тоннелей
Аналогичные подземные сооружения построены и будут стро-
иться в Ленинграде, Киеве, Тбилиси, Харькове и других городах
Советского Союза
Автотранспортные и пешеходные тоннели, многоярусные под-
земные автостоянки, гаражи и комплексы эксплуатируются в Бер-
лине, Будапеште, Варшаве, Дрездене, Праге, Софии, во многих
городах Западной Европы, Азии и Америки
371
41.2. Проектирование автодорожных тоннелей
в плане, профиле и поперечном сечении
Горные тоннели. Их подразделяют на вершинные и базисные
(рис. 41.2). Вершинный тоннель, имеющий меньшую длину
и более низкую строительную стоимость, может оказаться целе-
сообразнее, чем базисный, при малой интенсивности движения.
При значительной грузонапряженности дороги предпочтительнее
сооружать базисный тоннель, требующий меньших транспорт-
но-эксплуатационных расходов. Строительство вершинных тонне-
лей требует более протяженных подходов, что сопряжено с необхо-
димостью пересечения крутых косогоров, оползневых зон, ущелий
путем создания высоких подпорных стен, виадуков, глубоких вые-
мок, защитных галерей.
Требования, предъявляемые к плану, продольному профилю
и поперечному сечению горных тонне пей, зависят от категории до-
роги, топографических и инженерно-геологических условий района
строительства.
В плане тоннели предпочтительнее устраивать на прямых участ-
ках трассы, так как расположение тоннеля на кривой требует уши-
рения проезжей части и ухудшает условия вентиляции и видимости
в тоннеле.
В сложных топографических условиях или при необходимости
обойти участки сильно нарушенных и неустойчивых грунтов тон-
нель располагают полностью или частично на криволинейной
трассе. При этом радиусы кривых принимают не менее 250 м.
В особо сложных условиях при соответствующем технико-экономи-
ческом обосновании допускают уменьшение радиуса кривой до
150 м.
В некоторых случаях расположением тоннеля в плане на кри-
вой можно достигнуть сокращения длины дороги и тоннеля.
Горные автодорожные тоннели длиной менее 300 м проекти-
руют, как правило, с односкатным продольным профилем,
а тоннели длиной более 300 м могут быть как односкатными, так
Рис 41 2. Схемы расположения базисного и вершинного тоннелей*
/ — вершинный тоннель; 2 — участки развития линии; 3—базисный тоннель, 4 — боковой от-
кос, 5 — лобовой откос, 6 — контур тоннеля; 7 — водоотводные канавы
372
и многоскатными с подъемом к середине тоннеля (см.
рис. 41.2).
Максимальный продольный уклон проезжей части горных тон-
нелей составляет 40°/оо, а минимальный 3%о. Ограничение уклонов
вызвано условиями вентиляции и водоотвода в тоннеле.
В тоннелях длиной до 500 м, расположенных в сложных топо-
[рафических и инженерно-геологических условиях допускается
увеличение продольного уклона до 60%.
При сопряжении участков тоннеля с разными уклонами устраи-
вают вертикальные кривые, радиусы которых принимают как для
открытых участков дороги.
Предпортальные участки горных тоннелей выполняют в виде
подходных выемок, конфигурация и размеры которых зависят от
рельефа местности и горно-геологических условий (см. рис. 41.2).
Наибольшая глубина подходной выемки Йв обычно определяется
— • л т т Г\'Ю<\ТГ1ГПП'Т'ТТ 1 «4 ПТТАКТЛТТ ТТ 1 II ГП ТТТТЛ ТТ П I I ТТ
ИЗ yCvlUOriTi JJdDCnVlDU HUnMUlin 1 XVI UJUIVXVIIYII xi I ri lUiinvvi/i. llpxt
этом в зависимости от геологических условий глубина выемки
не должна превышать полуторной высоты тоннеля в слабых и трех-
кратной— в крепких грунтах.
Горные тоннели на автомобильных дорогах II—IV категорий
проектируют, как правило, на две полосы движения. Для пропуска
четырехполосного движения устраивают два рядом расположен-
ных двухполосных тоннеля. На дорогах I категории в отдельных
случаях возможно совмещение в тоннеле четырехполосного движе-
ния в одном или двух ярусах.
Размеры поперечного сечения автодорожных тоннелей зависят
от эксплуатационных факторов и определяются прежде всего габа-
ритом приближения строений и оборудования с учетом размеще-
ния за его пределами вентиляционных каналов, осветительных
устройств, дренажных и противопожарных систем, инженерных
коммуникаций и др.
Габариты приближения строений и оборудования горных авто-
дорожных тоннелей (ГОСТ 24451—80), располагаемых на прямых
в плане и на кривых радиусом более 1000 м на дорогах I—IV кате-
горий, представлены на рис. 41.3, а, а на дорогах III и IV катего-
рий— на рис. 41.3, б.
В зависимости от категории дороги и длины тоннеля ширину
проезжей части для двухполосного движения принимают по дан-
ным табл. 41.1.
В двухполосных тоннелях для встречного движения на дорогах
I категории необходимо устройство разделительной полосы шири-
ной не менее 1500 мм.
В случае пропуска по тоннелю пешеходного движения при соот-
ветствующем обосновании допускается устройство тротуаров ши-
риной 1000 или 1500 мм.
При размещении тоннелей на криволинейных участках в плане
радиусом 1000 м и менее требуется уширение проезжей части
373
Рис. 41.3. Габариты автодорожных тоннелей иа дорогах I, II (а) и III, IV (б)
категорий
с внутренней стороны кривой на 0,7—2,8 м в зависимости от ра-
диуса кривизны.
Подводные тоннели. При пересечении трассой автомобильных
дорог крупных рек, каналов, проливов или заливов может возник-
нуть необходимость в сооружении подводных тоннелей, которые
в ряде случаев имеют технико-экономические преимущества перед
мостовыми переходами.
Подводные тоннели не нарушают условий судоходства и быто-
вого режима водной преграды. Низкие берега водотока, повышаю-
щие стоимость мостового перехода в связи с необходимостью обес-
печения подмостовых габаритов, благоприятны для подводных тон-
нелей. Кроме того, возведение мостовых опор с глубоким заложе-
нием фундаментов, особенно в слабых, неустойчивых грунтах, пред-
ставляет сложную инженерную задачу. Следует также учитывать,
что подводные тоннели в условиях городской застройки в отличие
от мостов в минимальной степени нарушают архитектурный ан-
самбль города.
Из сопоставления схем тоннельного и мостового переходов сле-
дует, что при большой высоте судоходного габарита h2 и низких
берегах водотока относительно уровня воды hi длина мостового
перехода LM будет превышать длину тоннеля LT-
При высоких берегах и небольшой высоте подмостового габари-
та длина моста оказывается меньше, чем длина тоннеля (рис. 41.4).
Таблица 411
Длина тоннеля, м Расстояние Г для дорог категорий, мм —
I. II \ ш IV
Меиее 100 9500* 9000*
100—300 9000 8500 8000
Более 300 8500 8000 7000
* Допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании.
374
Выбор между мостовым и тоннельным пересечением водной пре-
плоти ппгшоол пат иа лоилоо тоvuuvn.avnunmuuaovnrn олплотаи TTPuua
L jyu A * yj It yJMKJ А A A VA * vxLiil4 4k4y лл\^ xr* 4Л a w a aw a w v w a * w w a v* »-f V a *-• л a a • • A
вариантов с учетом как строительных, так и эксплуатационных
затрат.
В некоторых случаях при пересечении крупных водных препят-
ствий целесообразно сооружение комбинированных тоннельно-
мостовых переходов, состоящих из мостов низкого уровня и под-
водного тоннеля на судоходном участке.
Подводные тоннели могут целиком или частично располагаться
на прямых или криволинейных в плане участках трассы. Располо-
жение тоннеля на кривой может быть вызвано необходимостью
обхода каких-либо препятствий: зон сильного размыва, островов,
подводных сооружений, а также условиями береговой планировки
и застройки (для городских тоннелей).
По длине подводные тоннели состоят из подруслового, берего-
вых и открытых — рамповых участков и имеют, как правило, мно-
госкатный продольный профиль вогнутого очертания (см. рис. 41.1,
б). Максимальная глубина рампы не должна превышать 12—15м,
так как при большей глубине значительно утяжеляется рамповая
конструкция и усложняется процесс производства работ.
Если рампы располагаются на затопляемых берегах, верх их
должен не менее чем на 1 м превышать уровень высоких вод в во-
дотоке с учетом ледохода, подпора и высоты волны.
Глубина заложения подводного тоннеля зависит от способа
его сооружения и инженерно-геологических условий. При щитовой
проходке под сжатым воздухом защитная кровля над тоннелем
должна быть не менее 4—5 м в плотных глинистых грунтах и не
менее 8—10 м в несвязных грунтах. При строительстве подрусло-
вой части тоннеля способом опускных секций толщина слоя засып-
ки над перекрытием должна быть не менее 1,5—2 м.
Подводные автодорожные тоннели сооружают для пропуска
в одном уровне 2-, 4-, 6-полосного движения; возможно строитель-
ство и двухъярусных тоннелей.
375
41.3. Объемно-планировочные решения городских
автотранспортных и пешеходных тоннелей
Для решения транспортных проблем в крупных городах строят
автотранспортные и пешеходные тоннели, обеспечивающие развяз-
ку движения в разных уровнях на наиболее загруженных направ-
лениях и транспортных узлах, увеличение пропускной способности
отдельных участков магистралей, улучшение планировочной струк-
туры улично-дорожной сети. Автотранспортные тоннели сооружают
также для создания подъездных путей к подземным автостоянкам
и гаражам, торговым центрам, складам, вокзалам, аэропортам
и др.
Автотранспортные тоннели. Такие тоннели, как правило, мел-
кого заложения предназначены для пропуска всех видов город-
ского безрельсового транспорта. Однако в ряде случаев сооружают
тоннели только для пропуска грузовых или легковых автомобилей.
Тоннели мелкого заложения для развязки движения в разных
уровнях сооружают на прямых и косых пересечениях, У- и Т-образ-
ных примыканиях, а также на разветвлениях двух или нескольких
магистралей в тесной увязке с существующей планировкой и за-
стройкой, с учетом особенностей уличного движения и расположе-
ния подземных коммуникаций.
При создании тоннеля существенным образом изменяются усло-
вия движения транспортных средств и пешеходов в данном районе.
В зависимости от конкретных градостроительных и транспортных
условий применяют схемы развязки движения по типу «сплющен-
ный клеверный лист» (рис. 41.5, а), «кольцевая» (рчс. 41.5, б),
«ромбовидная», «петлевая» и др.
Рис. 41.5. Планировочные схемы транспортных тоннелей иа прямом пересечении
(а) и У-образиом примыкании (б) магистралей:
1 — закрытая часть тоннеля; 2 — рампа; 3 — направление движения транспорта; 4 застрой-
ка; 5 — наземный пешеходный переход; 6 — островок; 7 — подземный пешеходный переход
376
При расположении тоннелей в местах пересечения или примы-
кания двух магистралей планировочные схемы являются достаточно
простыми. Однако при слиянии в транспортном узле трех, четырех
и большего числа улиц строят тоннели со сложными планировоч-
ными схемами: с ответвлениями односторонних или разветвлениями
встречных потоков, а также пересекающиеся в плане. Автотран-
спортные тоннели располагают преимущественно на прямолиней-
ных в плане трассах. Необходимость сооружения криволинейных
в плане тоннелей вызывается условиями планировки (например, на
У-образных примыканиях или на развилках), а также стремлением
обойти фундаменты зданий, подземные коммуникации или сооруже-
ния.
При расположении тоннелей на криволинейной трассе радиусы
кривых следует назначать по возможности максимальными. Мини-
мальные радиусы кривых регламентируются в зависимости от ско-
рос 1 и движения автомобилей и составляют 600, 400 и 300 м соот-
ветственно для скоростных, общегородских и районных маги-
стралей.
Автотранспортные тоннели мелкого заложения независимо от
планировочной схемы состоят из закрытой — тоннельной ч а с-
т и и открытых рамповых участков и имеют, как правило,
двухскатный продольный профиль вогнутого очертания (см.
рис. 41.1, в).
На закрытой, тоннельной части продольный уклон делают по
возможности минимальным, но не менее 4%0 по условиям водо-
отвода.
Продольный уклон открытых рамповых участков, наоборот, сле-
дует делать максимальным, что уменьшает полную длину тоннеля.
На скоростных дорогах максимальный продольный уклон не дол-
жен превышать 40°/оо, на общегородских магистралях — 50%о и на
районных — 6О%о.
Сопряжения подходных и рамповых, рамповых и закрьных
участков тоннеля производят вписыванием вертикальных кривых.
Продольный профиль транспортных тоннелей проектируют с ми-
нимальным заложением перекрытия под проезжей частью улицы
с учетом прокладки подземных коммуникаций, коллекторных или
пешеходных тоннелей.
Автотранспортные тоннели устраивают для пропуска в одном
Уровне 2-, 3-, 4- и 6-полосного двустороннего и реже односторон-
него движения. Возможно строительство и многоярусных тран-
спортных тоннелей.
Размеры поперечного сечения автотранспортных тоннелей уста-
навливают в соответствии с действующими габаритами. Ширина
проезжей части для двух полос движения составляет 8 м, а для
трех полос—12 м. На районных магистралях допускается умень-
шение ширины проезжей части соответственно до 7,5 и 11,25 м.
377
Между проезжими частями двустороннего тоннеля устраивают
разделительную полосу шириной не менее 1,2 м, а по бокам проез-
жей части — служебные тротуары шириной по 0,75 м.
Проезжая часть в тоннеле должна иметь поперечный уклон по-
рядка 15—25%о для стока воды.
На криволинейных участках необходимо устраивать виражи,
придавая проезжей части в каждом отсеке уклон 30—40%о при
радиусе кривизны менее 1000 м.
Пешеходные тоннели. Пешеходные тоннели в городах устраи-
вают при пересечении скоростных дорог, магистралей непрерыв-
ного движения и улиц с интенсивным движением транспорта и пе-
шеходов, на крупных площадях, перекрестках или примыканиях
улиц и дорог, в местах наибольшего тяготения пешеходных пото-
ков (станции метрополитена, железнодорожные вокзалы, торговые
центры, парки). Они должны обеспечивать безопасность и удобства
пешеходного и автомобильного движения при минимальных затра-
тах времени на преодоление перехода.
Планировочные решения подземных переходов зависят
от местных топографических и градостроительных условий и отли-
чаются расположением в плане, типом и количеством входов и вы-
ходов.
При пересечении улиц, дорог, автомобильных или железнодо-
рожных магистралей устраивают, как правило, одиночные пеше-
ходные тоннели «линейного» типа. Их располагают перпендикуляр-
но оси улицы (дороги) через £=4004-600 м (рис. 41.6, а).
На перекрестках, примыканиях и развилках улиц и дорог
устраивают несколько пешеходных тоннелей в виде примыкающих
друг к другу, пересекающихся или разветвляющихся коридоров
(рис. 41.6, б—е).
На крупных площадях, где сходятся несколько улиц и маги-
стралей, пешеходные тоннели могут иметь достаточно сложные
планировочные схемы и состоять из нескольких прямолинейных,
Рис. 41.6. Планировочные схемы пешеходных тоннелей:
/ — тоннель; 2 — входы и выходы; 3— застройка; 4 — распределительный зал
378
полигональных и криволинейных коридоров. Может оказаться це-
лесообразным устройство центрального распределительного зала
с примыкающими к нему отдельными коридорами, ведущими ко
всем тротуарам площади (рис. 41.6, ж).
Пешеходные тоннели чаще всего имеют односкатный про-
дольный профиль с минимальной глубиной заложения под
проезжей частью улицы (см. рис. 41.1, г). Продольный уклон пола
тоннеля не должен быть менее 4%о и более 4О%о, а поперечный
уклон — порядка 4—Ю%о-
В зависимости от глубины заложения пешеходного тоннеля,
рельефа местности, характера застройки, интенсивности пешеход-
ных потоков применяют лестничные, пандусные, эскалаторные или
комбинированные входы и выходы. Они могут располагаться только
по концам пешеходных тоннелей, а также и в промежуточных сече-
ниях перпендикулярно или под углом к его продольной оси. Для
защиты от атмосферных осадков в некошрых случаях возводят
навесы и павильоны.
Размеры поперечного сечения пешеходных тоннелей, лестнич-
ных, эскалаторных и пандусных входов и выходов назначают в со-
ответствии с их пропускной способностью в зависимости от интен-
сивности пешеходного движения. При этом ширина тоннеля в свету
должна быть не менее 3 м, а высота — не менее 2,3 м; ширина
лестничного схода должна быть более 2,25 м.
Пропускная способность 1 м ширины пешеходного тоннеля со-
ставляет примерно 2000 чел./ч, 1 м лестничных сходов— 1500 чел./ч,
а 1 м пандусов— 1750 чел./ч.
Провозная способность одной ленты движущегося тротуара или
эскалатора составляет около 10—15 тыс. чел./ч. Обычно пешеход-
ные тоннели устраивают шириной 4,6 или 8 м. Иногда в них
предусматривают местные уширения для размещения телефонов-
автоматов, газетных киосков, театральных касс, рекламных щитов.
Для увеличения пропускной способности подземных переходов дли-
ной более 150 м и создания больших удобств пешеходам целесо-
образно устройство движущихся тротуаров для перемещения людей
вдоль тоннеля.
41.4. Инженерные изыскания в тоннелестроении
Инженерно-геологические изыскания. Особенностью тоннельных
сооружений является взаимодействие их с окружающим грунтовым
массивом, свойства которого оказывают существенное влияние на
выбор трассы тоннеля, глубины заложения, конструкций и спосо-
бов производства работ.
Инженерно-геологические изыскания представляют собой ком-
плекс различных работ, которые выполняют последовательно в не-
сколько этапов.
379
Вначале производят рекогносцировку местности, ис-
пользуя существующие архивные данные, характеризующие топо-
графические, геологические и гидрогеологические условия района
строительства.
После этого проводят крупномасштабную инженер-
но-геологическую съемку места расположения тоннеля,
которая включает в себя изучение рельефа и геологического строе-
ния грунтового массива, возраста и классификационных признаков
грунтов, режима подземных вод и газов. При этом используют как
наземные методы съемки, так и аэрофотосъемку с последующим
инженерно-геологическим дешифрированием снимков.
Для особо крупных транспортных тоннелей в последнее время
применяют космическую съемку, которая позволяет установить зо-
ны разломов земной коры, зафиксировать проявление различных
физико-геологических процессов и явлений.
Пи материалам сьемки составляют инженерно-геологическую
карту, которую используют при проектировании вариантов трассы
тоннеля.
По выбранному варианту трассы тоннеля проводят геолого-
техническую разведку с лабораторными исследованиями физико-
механических свойств грунтов и физико-химических свойств подзем-
ных вод.
Инженерно-геологические изыскания в тоннелестроении осу-
ществляют различными методами. Основным методом изысканий
является разведочное бурение.
Вертикальные разведочные скважины диаметром 75—300 мм за-
буривают по трассе будущего тоннеля вдоль его оси через 150—
200 м, а также в поперечном от оси направлении. Глубину забури-
вания скважин устанавливают с учетом их заглубления на 8—10 м
ниже подошвы тоннеля или врезки на 2—3 м в водоупорный грунт.
Скважины подразделяются на геологические, из которых произ-
водят отбор проб грунта с последующим исследованием в лабора-
тории, и гидрогеологические, предназначенные для определения
мощности водоносных горизонтов, уровней подземных вод и филь-
трационных свойств грунтов.
В последнее время, наряду с вертикальными, устраивают гори-
зонтальные разведочные скважины, забуривая их на длину до
300—500 м со стороны порталов тоннеля, из шахтных стволов или
из вспомогательных подземных выработок.
Наряду с разведочным бурением, для непосредственного изуче-
ния инженерно-геологических условий по трассе тоннеля применяют
проходку разведочных выработок — шурфов, штолен,
шахтных стволов, пилот-тоннелей.
В тех случаях, когда разведочное бурение в полном объеме
и проходка вспомогательных выработок по каким-либо причинам
(большая глубина заложения, плотная застройка, густая сеть под-
земных коммуникаций) оказываются невозможными или экономи-
380
чески нецелесообразными, разведочное бурение применяют в соче-
тании с геофизическими методами разведки.
Геофизические методы разведки — электрометрия,
сейсмометрия, радиоактивная, акустическая, ультразвуковая раз-
ведка основаны на косвенном изучении строения грунтового масси-
ва путем регистрации физических явлений в различных грунтах.
Для уточнения геологических условий по трассе тоннелей в ряде
случаев применяют статическое и динамическое зон-
дирование.
Все материалы, полученные в результате рекогносцировки,
крупномасштабной съемки и геолого-технической разведки; подвер-
гают камеральной обработке. В лабораториях исследуют
свойства грунтов и подземных вод, изучают минералогический, хи-
мический и механический состав грунтов, определяют расчетные
показатели их физико-механических свойств.
Данные инженерно-i eojioi ических изысканий служат исходным
материалом при проектировании и строительстве тоннелей.
Инженерно-геодезические изыскания и геодезическо-маркшей-
дерские работы. Для правильного месторасположения и направле-
ния тоннеля, а также для соблюдения проектных размеров попе-
речного сечения подземной выработки выполняют инженерно-геоде-
зические изыскания и геодезическо-маркшейдерские работы, от
точности которых во многом зависит качество сооружения тоннеля.
Высокая точность требуется при проходке протяженных тонне-
лей встречными забоями, так как даже незначительные отклоне-
ния при сбойке могут вызвать дополнительные трудоемкие работы
по переустройству тоннельных конструкций.
Геодезическо-маркшейдерские работы проводят на стадиях
изыскания, проектирования и строительства тоннеля и включают
в себя геодезические работы на поверхности земли, работы по
ориентированию подземных выработок и подземные (маркшейдер-
ские) работы.
Геодезические работы на поверхности земли начинаются сто-
пографической съемки местности, которая произво-
дится как наземными методами инженерной геодезии (мензульная,
тахеометрическая, теодолитная, фототеодолитная, нивелирная
съемка), так и аэрофототопографическими методами (стереотопо-
прафическая или комбинированная съемка). В результате съемки
получают планы местности в масштабе 1 : 10 000—1 : 500.
В последнее время топографические планы зашифровывают
в виде цифровой модели местности. Заложенные в ЭВМ
основные данные могут быть представлены в аналитическом или
графоаналитическом виде и использоваться на различных этапах
инженерно-геодезических изысканий.
В соответствии с полученным планом местности назначают
ориентировочные варианты трассы тоннеля, по которым создается
наземная плановая геодезическая о с н о в а — триангу-
381
ляционная сеть и основная полигонометрия между пунктами триан-
гуляции.
Высотная геодезическая основа создается геоме-
трическим нивелированием IV разряда при длине тоннеля менее
1 км и III разряда при длине более 1 км с привязкой к реперам
и маркам государственных нивелировок.
После создания наземной планово-высотной геодезической ос-
новы проектируют трассу тоннеля, которая должна быть перене-
сена в строящееся подземное сооружение.
Ориентирование тоннеля заключается в перенесении
с поверхности земли направления и координат опорных точек. При
проходке на сбойку коротких и расположенных на прямой тонне-
лей ориентирование осуществляют путем провешивания оси тон-
неля.
Перенос высотных отметок в тоннель через порталы осуществ-
ляют продолжением наземною нивелирования.
При проходке тоннелей через шахтные стволы ориентирование
выполняют способом створа двух отвесов или способом соедини-
тельных треугольников. Оба этих способа основаны на опускании
в ствол шахты двух отвесов с заранее установленных инструмен-
тальным путем и закрепленных точек.
В последнее время находит применение способ гироскопи-
ческого ориентирования, основанный на использовании спе-
циальных приборов — гиротеодолитов с ручным или автоматиче-
ским слежением. Этот способ дает возможность с большой точ-
ностью определять азимут любого направления непосредственно
в подземной выработке без передачи дирекционных углов с поверх-
ности земли через шахтный ствол.
Передача высотных отметок через шахтный ствол осуществля-
ется одновременным отсчетом по копмарированной ленте двумя ни-
велирами, один из которых устанавливают на поверхности земли,
а другой — в подземной выработке.
Подземные геодезические работы заключаются в создании
в тоннеле планово-высотной геодезической основы, наличие которой
дает возможность выносить ось тоннеля, обеспечивать точный
контур проходимой выработки, устанавливать проектное положение
обделки, вести по трассе щиты.
Плановой основой в тоннеле служит подземная полиго-
нометрия, которую прокладывают висячими ходами от порта-
лов, штолен или шахтных стволов по мере проходки выработки,
не допуская удаления забоя от последнего знака основы более чем
на 70 м.
Для передачи направлений от стволов шахт к пунктам подзем-
ной основы служит подходная полигонометрия, которую прокла-
дывают отдельными ходами по 10—50 м. Для разбивки оси тон-
неля в процессе проходки служит рабочая полигонометрия в виде
цепи вытянутых треугольников со сторонами 25—50 м. По пунктам
382
рабочей полигонометрии прокладывают ходы основной полигоно-
метрии длиной 50—100 м и в отдельных случаях главные полигоно-
метрические ходы длиной 150—800 м.
Основная и главная полигонометрия обеспечивают контроль
и повышают точность измерений. Высотная основа в тоннеле созда-
ется прокладкой ходов технического нивелирования, совпадающих
с ходами подземной полигонометрии.
Опорные точки плановой и высотной подземной основы закреп-
ляют на контуре выработки или на элементах временной и посто-
янной крепи тоннеля.
Вынос продольной оси тоннеля с точностью до ±5 мм осуще-
ствляют при помощи отвесов, откладывая от полигонометрических
знаков расстояния до оси, вычисленные аналитически. На криво-
линейных участках трассы продольную ось тоннеля разбивают по
хордам или секущим.
I К хч ЛггЛТТГ? rt ttitit rr тт тг it гплтттттл пгт /мтлттттпл IT л г* TTZ4 тт I т/Л mz>ii Т1Л>
Л IV UaUIlTUlinn 11 IVnnVVITl vi^vmiDCHvi, natrxuviurxv ivnnv
выполнена сбойка встречных забоев: для автодорожных тоннелей
расхождение в плане не должно превышать ±100 мм, в профиле
±50 мм.
В настоящее время при строительстве тоннелей геодезическо-
маркшейдерские работы выполняют с применением новейших
средств электроники, автоматики и вычислительной техники.
Контрольные вопросы
1. По каким признакам классифицируют тоннели?
2. Какие требования предъявляют к плану н продольному профилю автодо-
рожных тоннелей?
3. От каких факторов зависит пропускная способность автодорожных тонне-
лей?
4. Какие входы и выходы вмеют пешеходные тоннели?
5. Каковы основные этапы ннженерно-геологвческих исследований в тонне-
лестроении?
6. Какие методы геолого-технической разведки применяют в тоннелестрое-
нии?
Глава 42
КОНСТРУКЦИИ ТОННЕЛЕЙ
42.1. Общие данные
Для защиты подземных выработок от внешних воздействий
и восприятия давления грунта и воды возводят постоянную кон-
турную крепь — тоннельную обделку. Только в крепких,
монолитных, невыветривающихся и нетрещиноватых скальных
грунтах, практически не оказывающих давления на крепь, тоннели
383
могут быть оставлены без обделки В крепких, но выветривающих-
ся и слаботрещиноватых грунтах устраивают облицовку, вы-
равнивающую и закрепляющую поверхность выработки.
Во всех остальных случаях выработки закрепляют по контуру
обделкой.
Тоннельные обделки должны быть возведены из материалов,
обеспечивающих прочность, водонепроницаемость и долговечность
конструкции В некоторых случаях материал обделки должен об-
ладать повышенной морозостойкостью, огнестойкостью, стойкостью
к химической и биологической агрессии.
Основными материалами для тоннельных обделок являются бе-
тон, железобетон, чугун и сталь.
Бетон применяют преимущественно для возведения монолитных
обделок При этом класс бетона по прочности на сжатие должен
быть не ниже В20, а толщина элементов обделки—не менее 20 см
Для железобетонных конструкций класс беюна но прочности
на сжатие принимают не ниже В20 для монолитных и не ниже
ВЗО для сборных элементов, а толщину их не менее 15 см
При строительстве тоннелей и в сложных гидрогеологических
условиях применяют обделки из чугунных тюбингов Их изготав-
ливают преимущественно из серого литейного чугуна, обладающе-
го достаточно высокой прочностью на сжатие (180—210 МПа) и
растяжение (60—80 МПа), абсолютной водонепроницаемостью и
стойкостью к химической агрессии
Сталь применяют в основном в качестве арматуры железобе-
тонных обделок, а иногда для изготовления элементов тоннельных
конструкций
Форму обделок назначают в соответствии с очертанием тон-
нельных выработок в зависимости от способа производства работ
и инженерно-геологических условий
Размеры поперечного сечения тоннелей определяются необхо-
димостью удовлетворения габаритным требованиям с размещени-
ем за пределами габарита вентиляционных каналов и вспомога-
тельных устройств освещения и водоснабжения тоннеля
42.2. Обделки сводчатого очертания
Монолитные обделки. В большинстве случаев обделки сводча-
того очертания возводят из монолитного бетона, придавая им раз-
личные конструктивные формы в зависимости от свойств и состоя-
ния окружающих тоннель грунтов
В крепких скальных грунтах с коэффициентом крепости по
М М Протодьяконову f=84-10 (см § 43 1), когда вертикальное
давление незначительно, а боковое практически отсутствует, об-
делку выполняют в виде пологого свода, опирающегося
и а грунт (рис 42.1, а). Свод постоянной или переменной жест-
Рис 42 1 Конструкции тоннельных обделок сводчатого очертания (а—ж)
1 — свод из монолитного бетона 2 — облицовка, 3 — контур габарита 4 — проезжая часть
5 — бетонный лоток, 6 — свод из набрызг бетона, 7 — анкеры, 8 — железобетонные блоки;
9 — фиксаторы
кости имеет наклонные пяты, опирающиеся на выступы грунта —
бермы шириной 0,2—0,3 м, что повышает устойчивость обделки
В менее крепких и трещиноватых грунтах с /—44-8 необходи-
мо устраивать обделку не только свода, но и стен тоннеля. При
раскрытии выработки за один прием сопряжение свода со стена-
ми делают плавным, и обделка приобретает вид подъемистого
свода переменной жесткости (рис. 42.1,6).
При незначительном боковом горном давлении стены устраива-
ют вертикальными с некоторым утолщением в нижней части для
лучшего опирания на подошву выработки. Между стенами бетони-
руют плоский лоток, передающий нагрузки с проезжей части
тоннеля на грунт.
Обделки в виде подъемистого свода постоянной жесткости мо-
гут быть выполнены из набрызг-бетона (рис. 42.1, в), наноси-
мого на поверхность выработки безопалубочным способом под
давлением сжатого воздуха 0,4—0,5 МПа. Толщина отдельных
слоев набрызг-бетона составляет 3—5 см, а полная толщина по-
крытия может достигать 30 см и более.
Набрызг-бетон обладает повышенной прочностью (/?р на
10—15% выше, чем у обычного бетона), плотностью и водонепро-
ницаемостью, а также хорошим сцеплением с грунтом.
В грунтах с / = 24-4, когда раскрытие выработки производят по
частям, обделку выполняют в виде пологого свода, опи-
рающегося на вертикальные стены (рис. 42.1, г, д)
13 Зак 578 3*45
В этом случае в местах сопряжения свода со стенами возникает
излом оси обделки, что приводит к концентрации напряжений
в этих сечениях.
Обычно толщину свода и стен в месте их сопряжения делают
одинаковыми, однако для облегчения конструкции стен возможно
устройство свода с уширенной пятой, опирающейся частично на
стену и частично на грунт (см. рис. 42.1, д'). |
В слабых грунтах (f<2), проявляющих значительное верти-J
кальное и боковое давление, а иногда и давление снизу, обделка»
имеет замкнутое подковообразное очертание и со-
стоит из пологого свода, массивных стен и обратного свода (рис.
42.1, е).
Для лучшего восприятия бокового давления стены имеют кри-
волинейное внутреннее очертание и несколько заглубляются
в грунт. Обратный свод воспринимает давление снизу, распределя-
ет вертикальное давление на большую площадь и предотвраща-
ет смещение стен внутрь тоннеля под действием бокового давле-
ния.
Толщина монолитных бетонных обделок двухполосных автодо-
рожных тоннелей зависит от прочности и устойчивости окружаю-
щих грунтов и может изменяться от 40 до 90 см в замковом сече-
нии и от 60 до 150 см в части стен.
Для защиты тоннеля от проникания подземных вод за моно-
литную обделку нагнетают цементный раствор, заполняющий все
пустоты и трещины, являющиеся источниками течей, а в ряде слу-
чаев устраивают сплошное гидроизоляционное покрытие по наруж-
ной или внутренней поверхности обделки.
Сборные обделки. При раскрытии тоннельных выработок
в крепких скальных грунтах на полный профиль возможно приме-
нение сборных обделок из заранее изготовленных элементов: же-
лезобетонных блоков сплошного или ребристого сечения. Сборную
обделку можно устраивать в виде пологого свода, опирающегося
на грунт или монолитные стены, а также незамкнутой подъеми-
стой конструкции подковообразного очертания (рис. 42.1, ж).
Для опирания сборной обделки на грунт должны быть предус-
мотрены специальные опорные блоки с уширенной пятой. Конст-
рукции блоков, стыки, гидроизоляция и методы возведения сбор-
ных обделок сводчатого очертания аналогичны применяемым для
сборных обделок кругового очертания, рассматриваемых в § 42.3.
42.3. Обделки кругового очертания
Металлические обделки. При щитовой проходке тоннелей
в сложных инженерно-геологических условиях — неустойчивых
водоносных грунтах при гидростатическом давлении более 0,15—
0,2 МПа — возникает необходимость в применении сборных обде-
386
Рис. 42.2. Конструкция обделки из чугунных тюбингов (а), чугунного тюбинга (б)
и гидроизоляции стыка (fl):
/ — радиальный борт; 2—оболочка; 3 — отверстие для нагнетания, 4 — болтовые отверстия;
.7—челсшичмый udd. о--ребро жесткости, 7 — кольцевой сорт; я — гайка; 5* — болт; 10 —
зсбобитумная шайба
лок из чугунных или стальных тюбингов, которые характеризуют-
ся высокой несущей способностью, жесткостью и водонепроницае-
мостью.
Сборные обделки состоят из отдельных колец шириной от 0,5 м
в слабых до 1,2 м в устойчивых грунтах. Каждое кольцо собира-
ют из тюбингов трех типов: нормальных, двух смежных и одного
ключевого (рис. 42.2, а). Нормальные тюбинги имеют радиальные
грани, смежные — одну радиальную и одну скошенную, а ключе-
вой — две скошенные грани, что позволяет замыкать кольцо по-
становкой снизу в последнюю очередь ключевого тюбинга. Разбив-
ку кольца на отдельные тюбинги производят с учетом возможно-
сти изготовления, транспортирования и монтажа в подземных
условиях. Обычно в кольце обделки диаметром около 10 м имеет-
ся 10—16 тюбингов. На криволинейных участках трассы тоннеля
укладывают клиновидные кольца или между прямыми кольцами
ставят клиновидные прокладки.
Чугунные тюбинги делают литыми; они имеют корытообраз-
ный профиль, состоящий из оболочки толщиной 20—50 мм, коль-
цевых и радиальных граней (ребер) с отверстиями диаметром
20—41 мм для болтов (рис. 42.2,6). Отверстия для болтов в коль-
цевых ребрах располагаются в один ряд с постоянным шагом, а
в радиальных — в два ряда для восприятия стыком из!Ибающих
моментов.
Высота ребер тюбингов для тоннелей диаметром 9—10 м со-
ставляет 40—45 см. Для повышения жесткости и восприятия уси-
лий щитовых домкратов тюбинги снабжают промежуточными реб-
рами жесткости.
По периметру бортов устраивают сплошной паз шириной 6 и
высотой 32 мм — чеканочную канавку для гидроизоляции швов ме-
жду тюбингами. В спинке каждого тюбинга предусматривают на-
13* 387
резные отверстия диаметром 60 мм для нагнетания за обделку
тампонажной смеси.
Для повышения жесткости обделки устраивают перевязку швов
между тюбингами, смещая соседние кольца на два болтовых от-
верстия.
Железобетонные обделки. В настоящее время при щитовой про-
ходке тоннелей в подавляющем большинстве случаев применяют
сборные обделки из железобетонных элементов. Замена чугуна и
стали железобетоном в тоннелестроении снижает расход металла
на 80—85 % и стоимость сооружения 1 м тоннеля на 15—20%.
Различают жесткие обделки с постоянными или времен-
ными связями растяжения и гибкие обделки без связей ра-
стяжения в стыках.
В малоустойчивых грунтах при наличии гидростатического дав-
ления менее 0,15 МПа применяют обделки с постоянными связями
растяжения в стыках. Соединение массивных железобетонных
блоков (толщина до 0,5—0,6 м) между собой обеспечивается свар-
кой выпусков арматуры и обетонированием зазоров по радиаль-
ным или кольцевым граням блоков.
В неустойчивых, но неводоносных грунтах находят применение'
обделки с временными связями растяжения. Такие связи обеспе-
чивают геометрическую неизменяемость колец обделки при сходе
их с оболочки щита. После нагнетания за обделку раствора связи
в стыках удаляют.
Примером обделки с временными связями растяжения является
обделка из железобетонных тюбингов, которые имеют такую же
форму, как и чугунные, но большую толщину оболочки (80—
100 мм) и ребер (100—120 мм) при высоте борта 350—400 мм
(рис. 42.3).
Рис. 42.3. Конструкции железобетонного тюбинга (а) и блока (б):
/— отверстия для болтов; 2 — чеканочный паз; 3 — монтажные петли; 4 — гнезда для фик-
саторов
388
Рис. 42.4. Конструкция шарнирной обделки:
/ — вкладыш; 2— фиксатор; 3— отверстия для нагнетания; 4 — закладная деталь
Временные связи в кольцевых ребрах выполняют на болтах, ко-
торые впоследствии заменяют штырями, поскольку передача рас-
тягивающих усилий на борт железобетонного тюбинга недопу-
стима.
В устойчивых неводоносных грунтах необходимость в создании
жестких, недеформируемых обделок отпадает. В этих грунтах эф-
фективно применение гибких податливых конструкций, способных
работать совместно с окружающим грунтом. Поэтому перевязку
швов между кольцами обделки не делают, а соединение блоков
в кольце устраивают шарнирным, придавая торцам блоков полу-
пилиндрическую форму. Шарнирная обделка состоит из несколь-
ких нормальных блоков, лоткового и трех вкладышей, устанавли-
ваемых с торца в замковом сечении (рис. 42.4).
Один из торцов каждого блока имеет выпуклую поверхность
радиуса г2= (0,84-1,2)d, а другой вогнутую поверхность г^= (0,854-
4-1,25)d, где d — толщина блока, принимаемая равной 0,3—0,4 м
для тоннелей диаметром 9—10 м.
Соединение блоков в радиальных стыках достигается постанов-
кой парных монтажных штырей длиной 150—170 мм и диаметром
22—27 мм.
В шарнирных обделках за счет центрирования усилий в стыках
значительно снижаются изгибающие моменты и растягивающие на-
пряжения, что позволяет уменьшить толщину блоков, снизить рас-
ход материалов и сократить объемы земляных работ.
389
Рис. 42.5. Конструкция обжатой в
грунт обделки (а) и способы обжа-
тия (б, в):
I — нормальные олоки; z — клиновые бло-
ки; 3 — вкладыши; 4 — домкрат, 5 — лот-
ковые полублоки; 6 — клинья; 7 — ниша
для домкрата, заполненная вкладышем
В последнее время в тоннеле-
строении получили распростра-
нение обделки, обжатые в
грунт. Целью обжатия является
уплотнение радиальных стыков
блоков, придание кольцам обдел-
ки геометрической неизменяемо-
сти, что способствует повышению
трещиностойкости и водонепро-
ницаемости конструкции, приво-
дит к экономии материалов. Та-
кие обделки применяют при про-
ходке тоннелей механизирован-
ными щитами в сухих и плотных
как связных, так и несвязных
грунтах. Конструкции колец долж-
ны быть гибкими, шарнирно-из-
меняемыми н состоять как мини-
мум из четырех блоков. Обычно
радиальные стыки блоков делают выпукло-вогнутыми, а кольце-
вые — плоскими, ступенчатыми или криволинейными.
Обжатие обделки достигается домкратами или клиновыми бло-
ками, устанавливаемыми в замковом сечении, на уровне горизон-
тального диаметра или в лотке тоннеля. Домкраты помещают
в ниши, устроенные в теле блоков и после разжатия очередного
кольца заменяют их фиксаторами, а ниши заполняют вкладыша-
ми или монолитным бетоном.
Техника обжатия колец обделки клиновыми блоками несколь-
ко проще, чем домкратами, поскольку распорные усилия создают-
ся элементами самой обделки, залавливаемыми щитовыми домкра-
тами (рис. 42.5, а). Однако при этом не происходит равномерного
обжатия из-за сил трения по наружной поверхности обделки. Не-
которое уменьшение сил трения достигается смазкой наружной
поверхности обделки специальными маловязкими составами.
Схемы обжатия обделок домкратами показаны на рис. 42.5, б, в.
Необходимые усилия обжатия обделок в грунт зависят от диа-
метра выработки, горного давления, свойств грунта и других
факторов и изменяются от 200 до 1000 кН на 1 м длины тон-
неля.
Гидроизоляция сборных обделок заключается главным обра-
зом в герметизации швов между блоками или тюбингами, болто-
вых отверстий и отверстий для нагнетания. Предварительно зазор
между обделкой и грунтом заполняют тампонажной смесью. В сла-
бых водонасыщенных грунтах за обделку нагнетают гравийную
или гравийно-песчаную смесь, а в сухих грунтах — цементно-пес-
чаный раствор состава 1:2 — 1:3.
390
42.4. Обделки прямоугольного очертания
Обделки автотранспортных тоннелей. Конструкцию закрытой
части тоннеля выполняют в виде однопролетной или двухпролет-
ной замкнутой рамы из монолитного или сборного железобетона,
а также комбинированной сборно-монолитной конструкции.
При котлованном способе работ обделки автотранспортных
тоннелей возводят преимущественно из сборного железобетона.
Созданы типовые унифицированные конструкции 4- и 6-полос-
ных автотранспортных тоннелей в виде двухпролетной рамы, со-
бираемой из семи типов блоков: стеновых, фундаментных, опор-
ных, колонн, прогонов, лотковых блоков и блоков перекрытия
(рис. 42.6, а).
Стеновые блоки трапециевидного поперечного сечения шириной
1—1,5 м, высотой Ас = 6,254-6,76 м и толщиной 0,2—0,25 м вверху
и 0,5—0,6 м внизу имеют мзссу 5—7 т и сязбжеяы консольным вы
ступом для опирания блоков перекрытия.
Стеновые блоки жестко заделывают в фундаментные блоки
шириной а = 2,54-4 м, длиной с = 24-3 м и массой до 9 т.
В средней части тоннеля устанавливают опорные блоки-под-
колонники шириной 6 = 3,54-4 м, длиной с=24-3 м и высотой 1м.
В гнезда подколенников с шагом /«=34-4 м устанавливают колон-
ны квадратного поперечного сечения размером 40X40 или
50x50 см, высотой до 5,5 м и массой 3—4 т. По колоннам уклады-
вают прогоны-ригели прямоугольного и таврового поперечного
сечения длиной до 8 и высотой до 1,2 м, на которые устанавлива-
ют блоки перекрытия. Они имеют чаще всего П-образное сечение
и при длине 12,15, ширине 1,55 и высоте 0,85 м масса их составля-
ет 10,75 т.
В нижней части тоннеля между фундаментными и опорными
блоками укладывают лотковые плиты толщиной 0,2—0,3 м, шири-
ной 2—3 м, длиной Z до 6 м и массой до 7 т.
Объединение всех сборных элементов в единую рамную конст-
рукцию достигается омоноличиванием зазоров шириной 0,5—1 м
с предварительной сваркой выпусков арматуры между фундамент-
ными, лотковыми и опорными блоками, а также сваркой заклад-
ных деталей и заливкой швов цементным раствором.
Возможны различные модификации типовой сборной конструк-
ции за счет изменения формы, размеров и типов отдельных бло-
ков. Например, в ряде случаев применяют блоки перекрытия Т-об-
разного поперечного сечения (рис. 42.6, б), стеновые блоки без кон-
сольных выступов, ио'с монолитной шкафной стенкой (рис. 42.6, в),
фундаментные блоки из плоских плит, объединенных со стеновы-
ми панелями омоноличиванием узлов со сваркой выпусков арма-
туры (рис. 42.6, г). В средней части тоннеля вместо колонн и про-
гонов иногда устраивают сплошную среднюю стенку из блоков
шириной 2—3 м и толщиной 0,25—0,3 м (рис. 42.6, д).
391
В ряде случаев оказывается целесообразным устройство ком-
бинированных конструкций, состоящих частично из монолитных и
сборных элементов. Конструкции автотранспортных тоннелей, со-
оружаемых траншейным способом с использованием технологии
«стена в грунте», выполняют чаще всего в виде монолитных стен
и сборного перекрытия (рис. 42.7). При этом боковые стены тол-
щиной 0,5—0,7 м и глубиной до 15—20 м бетонируют в траншеях,
закрепленных глинистым раствором. Заглубление стен ниже подо-
швы тоннеля необходимо для опирания их на плотные и водоне-
проницаемые грунты, для повышения их устойчивости в процессе
сооружения тоннеля, а также для исключения искусственного во-
допонижения.
Траншейные стены могут быть выполнены и из сборных желе-
зобетонных панелей толщиной 25—30 см. Для связи панелей ме-
жду собой по их торцам устраивают пазы прямоугольного или ци-
лиядпического очертания, заполняемые цементным раствором. По
верху стен устраивают сплошной пояс из монолитного железобето-
на, выравнивающий поверхность стен, объединяющий отдельные
участки стен по длине и служащий также для опирания блоков
перекрытия.
Рис 42 6 Конструкция автотранспортного тоннеля при котлованном способе
работ (а) и отдельных блоков (б—б):
1 — блок перекрытия, 2 — стеновой блок, 3 — фундаментный блок; 4 — лотковый блок, 5 —
подколонннк, 6 —колонна, 7 — прогон; 8— монолитная обвязка; 9—проезжая часть; 10 —
гидроизоляция, //—шкафная стенка; 12 — выпуски арматуры, /3 — разделительная стенка
392
Рис 42 7 Конструкция автотранспортного тоннеля при траншейном способе ра-
бот:
/ — стена, 2 — шкафная стенка, 3- гидроизоляция, 4—блок перекрытия, 5 — ригель; 6 —
проезжая часть, 7 — лоток, 3 — цементный раствор, 9 — железобетонная панель; 10 — песча
ная смесь, 11 — железобетонные столбы
Обделки пешеходных тоннелей. Конструкции пешеходных тон-
нелей выполняют в виде одно- или двухпролетной рамы преиму-
щественно из сборного железобетона.
Типовые однопролетные конструкции шириной 4—6 м собирают
из лоткового блока, двух стеновых и блока перекрытия (рис.
42.8, а). Стеновые блоки шириной 1,5 м, толщиной 0,2—0,25 м и
массой 2,5—3 т имеют в нижней части консольную пяту, а в верх-
ней — выступ для опирания блоков перекрытия П-образного по-
перечного сечения длиной 4,12 и 6,1 м и шириной соответственно
1,5 и 1,3 м. Они имеют высоту 0,3 и 0,45 м и массу 2,85 и 5,43 т.
Стеновые и лотковый блоки связывают сваркой выпусков арма-
туры и омоноличиванием зазоров шириной 0,5 м.
С целью уменьшения колииества типов блоков и их укрупнения
созданы и применяются обделки однопролетных тоннелей, состоя-
щие из верхнего П-образного блока, опирающегося на плоский лот-
ковый элемент (рис. 42.8 6), а также из П-образного блока, на
который опирают блоки перекрытия (рис. 42.8, в). Конструкция
может быть собрана и из двух П-образных блоков, установлен-
ных один на другой (рис. 42.8, г) Стыки между блоками устраива-
ют омоноличиванием зазоров или постановкой фиксирующих
стержней в цилиндрические пазы по торцам блоков.
Наиболее эффективна цельносекционная обделка пешеходных
тоннелей из пространственных элементов замкнутого очертания
длиной до 2—3 м и массой 8—10 т и более (рис. 42.8, д). Отдель-
ные секции с заводской гидроизоляцией стыкуют между собой
при помощи сварки арматурных выпусков, скреплением на болтах
393
Рис 42.8. Конструкции пешеходных тоннелей:
/—стеновой блок; 2 — блок перекрытия; 3 — лотковый блок; 4 — покрытие пола; 5—гидро-
изоляция, 6 — верхний блок; 7 — нижний блок; 8 — цельная секция; 9 — подколенник; 10—
колонна; // — прогон
закладных деталей в пазах по торцам блоков или соединением и
обжатием продольной арматуры.
Конструкции секций характеризуются повышенной трещино-
стойкостью и водонепроницаемостью; применение их позволяет
сократить расход бетона и арматуры, упростить условия монтажа
и гидроизоляции.
Двухпролетные обделки пешеходных тоннелей шириной в све-
ту 6 и 8 м имеют в средней части ряд колонн прямоугольного по-
перечного сечения размерами 30X30, 40x40 или 30X40 см и мас-
сой 0,8—1т, располагаемых с шагом 3 м (рис. 42.8, е). Колонны
опираются на фундаментные блоки и несут прогоны, на которые ук-
ладывают блоки перекрытия, как правило, разрезной балочной кон-
струкции. Возможно применение и неразрезных блоков перекры-
тия, перекрывающих оба пролета и опирающихся на боковые сте-
ны и прогон или разделительную стенку.
Железобетонные обделки автотранспортных и пешеходных тон-
нелей мелкого заложения, возводимые в открытых котлованах, за-
щищают от воды сплошным наружным гидроизоляционным покры-
тием. Если уровень грунтовых вод располагается ниже подошвы
тоннеля, гидроизоляцию наносят только по стенам и перекрытию.
Обделки тоннелей, сооружаемых траншейным способом, имеют
по перекрытию наружную гидроизоляцию, а по стенам и лотку —
внутреннюю.
394
ч 42.5. Конструкции порталов, рамп и лестничных сходов
Порталы. В большинстве случаев места входа в горные тонне-
ли должны быть закреплены во избежание возможных обвалов
горных масс. Только в крепких, монолитных н невыветривающихся
грунтах допускается оставлять входные участки тоннеля незакреп-
ленными. Обычно входы в тоннель устраивают в виде порталов
или оголовков.
Порталы предназначены для обеспечения устойчивости ло-
бового и боковых откосов подходной выемки, для отвода воды, сте-
кающей с горных склонов, а также для архитектурного оформле-
ния входов в тоннель. Конструкция портала состоит из усиленного
звена тоннельной обделки и подпорных стен, которые могут за-
креплять только лобовой откос (рис. 42.9, а) или лобовой и боко-
вые откосы предпортальной выемки (рнс. 42.9, б).
В достаточно крепких и монолитных грунтах, когда устойчи-
вость откосов подходной выемки обеспечена, вместо порталов
устраивают оголовки, представляющие собой усиленное головное
звено тоннельной обделкн (рнс. 42.9, в).
Рампы. Въезды н выезды нз городских автотранспортных и
подводных тоннелей в большинстве случаев выполняют в виде
Рис. 42.9. Конструкции портала (а, б) и оголовка (в):
i— лобовая подпорная стена; 2— парапет; 3—боковая подпорная стена. 4 — облицовка;
5 — анкеры; б — водоотводная канава; 7 — амортизирующая засыпка; 8 — усиленное звено
обделки; 9 — обделка тоннеля
395
рамп — открытых выемок переменной глубины, закрепленных мо-
нолитной или сборной железобетонной рамной конструкцией.
Конструкции рамп из монолитного железобетона состоят из
боковых стен переменной толщины (от 0,2 м вверху до 0,5 м и бо-
лее внизу), жестко заделанных в лотковую плиту.
В зависимости от глубины рампы Н стены ее могут быть кон-
сольными (при Яр^З—4 м) (рис. 42.10, а), усиливаться ребрами
жесткости (рис. 42.10, б) или разгружающими плитами (при
Яр^6—8 м), раскрепляться поперечными распорками (рис.
42.10,в) или грунтовыми анкерами (рис. 42.10, г) (при Я>8-Н1Ом).
Сборные железобетонные конструкции рамп собирают из от-
дельных элементов по типу тех, которые применяют при строитель-
стве закрытых участков автотранспортных тоннелей мелкого зало-
жения. Обычно рампу разбивают по длине на отдельные секции
длиной по 10—20 м. в пределах каждой из которых устанавливают
стеновые блоки одинаковой высоты.
Конструкция рампы состоит из стеновых блоков, заделанных
в фундаментные блоки, между которыми помещают сплошные лот-
ковые плиты или распорки (рис. 42.10, д). В верхней части вдоль
стеновых блоков по всей длине рампы устраивают монолитную
железобетонную обвязку высотой 0,6—0,75 м, которая, объединяя
панели между собой, служит для установки парапета, ограждаю-
щего рамповые участки тоннеля. На парапете монтируют опоры
для освещения и подвески контактной сети троллейбуса.
Лестничные сходы. Лестничные сходы пешеходных тоннелей
могут быть одно- или двухмаршевыми. Их собирают внутри пря-
моугольного короба, состоящего из стеновых и лотковых блоков.
Внутри короба бетонируют лестничные марши или монтируют их
из сборных косоуров, площадок, подступеньков и ступеней.
В большинстве случаев применяют сборные железобетонные
косоуры в виде балок прямоугольного поперечного сечения, верх-
няя поверхность которых может быть гладкой или уступчатой для
установки ступеней.
Косоуры располагают на взаимном расстоянии 1—2 м с накло-
ном, соответствующим уклону лестницы. Ступени и подступеньки
Рис. 42.10. Конструкции рамп:
1 — стена; 2 — лоток; 3 — контрфорс; 4— пояс; 5 — распорка; 6 — анкер; 7 — контур габари-
та; 8 — фундаментный блок; 9 — стеновой блок; 10 — парапет; 11— лотковый блок; 12 мо-
нолнтная обвязка
396
выполняют из железобетона или гранита, что повышает долговеч-
ность лестничных маршей.
Иногда конструкцию лестничных маршей собирают из пустот-
ных железобетонных плит, на которых закрепляют гранитные сту-
пени треугольного поперечного сечения. Ступени укладывают на
слой бетона, а швы между ними заполняют цементным раствором.
Находит применение конструкция косоуров из железобетонных
балок, на которые в заводских условиях укладывают гранитные
ступени толщиной 8 см, создавая таким образом готовые лестнич-
ные марши шириной 1 м и массой около 4 т.
Контрольные вопросы
1. Каковы конструктивные схемы обделок сводчатого очертания и область
их применения?
2. В каких инженерно-геологических условиях целесообразно применение об-
делок из чугунных тюбингов?
3. Из каких элементов состоят сборные обделки кругового очертания и как
выполняют разбивку колец на блоки (тюбинги)?
4. В чем заключаются основные достоинства обжатых в грунт обделок? Ка-
ковы основные способы обжатия?
5. Какие элементы входят в состан сборных обделок автотранспортных тон-
нелей прямоугольного очертания?
Глава 43
ОСНОВЫ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ ТОННЕЛЕЙ
. 43.1. Нагрузки на обделки тоннелей
Тоннельные обделки рассчитывают по предельным состояниям
(по несущей способности, деформациям и раскрытию трещин) в
соответствии с действующими нормами.
В большинстве случаев применяют приближенные методы рас-
чета на заданные нагрузки с использованием аппарата строитель-
ной механики. При этом вначале определяют все действующие на
обделку активные нагрузки, а затем рассчитывают ее как стерж-
невую систему методом сил или перемещений. В последнюю оче-
редь производят проверку прочности сечений обделки.
В настоящее время при расчете тоннельных обделок широко
используют вычислительную технику. Автоматизация вычисли-
тельных процессов с применением ЭВМ значительно сокращает
трудоемкость расчетных операций, дает возможность учитывать
многочисленные факторы, влияющие на статическую работу об-
делки, повышает точность результатов.
Тоннельные обделки рассчитывают на различные нагрузки и
воздействия, характер распределения и интенсивность которых за-
397
висят от глубины заложения и размеров поперечного сечения тон-
неля, инженерно-геологических и гидрогеологических условий, кон-
структивных и технологических факторов и др.
Обычно расчет производят на наиболее неблагоприятные со-
четания нагрузок: основные, состоящие из постоянных и
временных нагрузок, или особые — из постоянных, наиболее ве-
роятных временных и одной из особых нагрузок.
К постоянным нагрузкам относят собственный вес конструкции,
давление грунта и воды, вес дорожного покрытия, давление от
фундаментов зданий, усилия предварительного напряжения конст-
рукции и др.
Временные нагрузки возникают от движущихся по тоннелю и
над тоннелем транспортных средств, а также в процессе строи-
тельства тоннеля. Временным воздействием характеризуются сезон-
ные колебания температуры, силы морозного пучения грунтов, усад-
ка и nnTavnecTb бетона.
К особым относятся сейсмические нагрузки, а также нагрузки,
вызванные неравномерными деформациями земной поверхности
или оснований.
Нагрузку от собственного веса тоннельной обделки определяют
по проектным размерам с учетом удельного веса конструкцион-
ных материалов и считают равномерно распределенной по пролету
тоннеля. Давление грунта на тоннельные обделки определяют по-
разному, в зависимости от свойств грунтов и глубины заложения
тоннеля.
Активное давление грунта на тоннели глубокого заложения —
горное давление — в песчаных, глинистых и крупнообломоч-
ных грунтах, а также в слабоустойчивых трещиноватых скальных
грунтах при среднем расстоянии между трещинами массива
0,04b или при коэффициенте крепости f^4 + 0,005ff (где b —
пролет тоннельной выработки; Н — глубина заложения тоннеля,
м) определяют по методу сводообразования. При этом все грун-
ты рассматривают как несвязные, характеризующиеся коэффициен-
том крепости f, равным тангенсу угла кажущегося внутреннего
трения фа:
f=tg<pft = (tgq>tf+C)/JV, (43 1)
где W—нормальная сила; С — сила сцепления.
Для сыпучих грунтов С=0 и кажущийся коэффициент трения
совпадает с действительным: f = tgq>. Для скальных грунтов коэф-
фициент крепости определяют в зависимости от прочности грунта
на сжатие R в МПа: f«0,lft.
Коэффициент крепости положен в основу классификации грун-
тов, которые подразделяются на 10 категорий. Сыпучие и плывун-
ные грунты характеризуются коэффициентом крепости менее 1, а
наиболее крепкие скальные грунты имеют коэффициент крепости
до 15—20.
398
Рис 43.1 Схемы для определения давления грунта на обделки тоннелей:
а - по сводообразованию, б — по весу вышележащей толщи грунта
В соответствии с методом сводообразования над тоннельной
выработкой формируется свод обрушения, пролет и высота кото-
рого определяются по формулам (рис. 43.1, а):
В = Л-г 2/i tg (45° — ф/,/2); (43 2)
/1св = В/2Л (43.3)
где b и h — пролет и высота выработки, м.
Вертикальное и горизонтальное горное давление считаются рав-
номерно распределенными по пролету и высоте выработки и опре-
деляются по формулам:
Рн Кр у/1Св; (43.4)
= У (Кр /1св--0.5/1) 1], (43.5)
где КР — коэффициент условий работы грунтового массива (определяется по
СНиП 11-44-78); у — нормативный удельный вес грунта, кН/м3; д — коэффици-
ент нормативного бокового давления грунта, определяемый как r] = tg2(45°—<р*/2).
При расстоянии от шелыги свода тоннеля до поверхности зем-
ли или до границы со слабыми неустойчивыми грунтами меиее
удвоенной высоты свода обрушения, а также при залегании тон-
неля в неустойчивых грунтах, в которых сводообразование невоз-
можно, вертикальное и боковое горное давление следует прини-
мать от веса всей залегающей над тоннелем грунтовой толщи
(рис. 43.1, б):
Рн= У У,- hr, (43 6)
< = 1
<7н= (Рн + 0,5уЛ) tg2 (45° —ф/2), (43.7)
где у, — нормативный удельный вес отдельного слоя грунта, кН/м3; й; —
мощность отдельного слоя грунта, м; я — количество слоев напластований.
399
При расчете тоннельных конструкций, заложенных в грунтах
с упругими свойствами, помимо активного давления, необходимо
учитывать реактивное воздействие — упругий отпор грунта.
Действие упругого отпора облегчает условия статической рабо-
ты тоннельных обделок, ограничивая их деформации, повышая
нормальные силы и снижая изгибающие моменты. Силы упругого
отпора действуют по наружной поверхности сводчатых и круго-
вых тоннельных обделок, за исключением так называемой без-
отпорной зоны, ограниченной центральным углом ф, в пре-
делах которой имеется некоторая свобода деформаций обделки.
Действие упругого отпора по боковой поверхности обделок
можно представить в виде радиальных составляющих о, направ-
ленных нормально к поверхности выработки (сопротивления сжа-
тию), и тангенциальных составляющих т, направленных по каса-
тельной к контуру выработки (сопротивления сдвигу) (рис. 43.2).
Значении тангенциальных сое i авляющих у пру 1 О1 о О1 пора 1 рунта
определяются как т = р<т, где Р— коэффициент трения между об-
делкой и грунтом.
При расчете тоннельных обделок в большинстве случаев учи-
тывают лишь нормальную составляющую сил упругого отпора,
а тангенциальную составляющую не учитывают, что идет в запас
прочности.
Для определения интенсивности и характера распределения
сил упругого отпора в большинстве случаев пользуются гипотезой
местных деформаций (Фусса—Винклера), которая исходит из
предположения прямой пропорциональной зависимости между на-
пряжениями о и перемещениями б грунта:
о Л'6, (43.8)
где К — коэффициент упругого отпора грунта, кН/м3, определяемый экспери-
ментальным путем
Рис. 43.2. Схема действия упругого отпора грунта на обделки сводчатого («) и
кругового (б) очертания
400
При этом считают, что деформации грунта происходят только
в месте приложения нагрузки.
Гидростатическое давление учитывают при расче-
те тоннельных конструкций, расположенных ниже уровня подзем-
ных или поверхностных вод.
В водопроницаемых грунтах, содержащих свободную воду, гид-
ростатическое давление действует по всей наружной поверхности
обделки нормально к радиусу ее кривизны и определяется в зави-
симости от глубины заложения данной точки относительно уровня
воды.
Если тоннель полностью или частично залегает в водоупорных
грунтах, подстилающих неустойчивые водонасыщенные грунты, то
гидростатическое давление действует как пригруз, увеличивая дав-
ление грунта.
Если ниже уровня воды залегает водопроницаемый грунт, его
удельный вес принимают с учетом взвешиваЮхЦего действия воды*
Увзв = (Уо — Тв)/(' +8) , (43 9)
где уо — удельный вес частиц грунта, кН/м3; ув — удельный вес воды, кН/м3;
г — коэффициент пористости грунта.
При расположении тоннелей в неустойчивых водонасыщенных
илистых или плывунных грунтах, содержащих связанную воду, нор-
мативное давление на обделку следует принимать в виде совмест-
ного действия грунта с водой по закону давления жидкости.
При расчете конструкции тоннелей мелкого заложения учиты-
вают временные динамические нагрузки от подвижного состава ав-
томобильных, железных и городских дорог, под которыми распола-
гается тоннель: средств автомобильного транспорта, железнодо-
рожных составов, поездов метрополитена и трамвая.
В соответствии с действующими нормами расчет тоннельных
конструкций по первой группе предельных состояний (на прочность
и устойчивость) производят на расчетные нагрузки /?р, которые
определяют, умножая их нормативные значения /?н на коэффици-
енты надежности по нагрузке yf,
Rp = RHyf, (43 10)
Коэффициенты yf дифференцированы для каждого вида и соче-
тания нагрузок и приведены в нормативной литературе. При рас-
чете обделок по второй группе предельных состояний (по деформа-
циям, раскрытию трещин или трещиностойкости) коэффициент на-
дежности по нагрузке следует принимать равным единице.
43.2. Расчет обделок сводчатого очертания
Обделки сводчатого очертания рассчитывают в соответствии с их
Конструктивными особенностями и свойствами грунтов по следую-
щим схемам: пологий свод, опирающийся на грунт или вертикаль-
401
ные стены; подъемистый свод, опирающийся на грунт, или обрат-
ный свод.
Пологий свод рассчитывают на действие вертикального давле-
ния грунта как бесшарнирную арку шириной 1 м, находящуюся
целиком в безотпорной зоне (рис. 43.3, а), с учетом упругих де-
формаций пят в виде угла поворота р и горизонтального смещения
А. Расчет выполняют методом сил, принимая в качестве основной
системы полусвод с приложенными в замковом сечении неизвест-
ными усилиями и Х2 (рис. 43.3, б), которые определяют из ре-
шения системы канонических уравнений:
6ц Xi 4“ 612 Х2 -|-Д1р+ р = 0; 62i Xi 4- 622 Х2 + Д2р 4-ус р-р Д — 0. (43.11)
Единичные и грузовые перемещения находят по формулам:
s/2 s/2
<• С ds С yds
"" J El' °12 EI :
о о
s/2 s/2
Г у2 ds Г cos2<pds
22 “J EI +J EF ’ (43’12)
о о
s/2 s/2 s/2
fMpds yMpds (* Wp cos <pds
£/ ; Л2Р= 1 £7 +J ~EF '
0 0 0
Перемещения пятовых сечений свода, опирающегося на грунт,
определяют с использованием гипотезы местных деформаций по
формулам:
Р = Р1//еХ2+рр; (43.13)
Д = Д2 Х2 4~ Др •
где pi = 1 //пKt Рр = 44рп//пК', Д2~cos2<рп/Лп
In — момент инерции пятового сечения; м4; Л4рП) Хрп — момент и нормальная си-
ла в пяте от внешних нагрузок, кН-м, кН; <рп — угол наклона пятового сечения к
горизонту, град; Лп—толщина пятового сечения, м; К — коэффициент упругого
отпора грунта, кН/м3.
В случае опирания свода на вертикальные стены перемещения
его пятовых сечений находят как перемещения верхней части стен
(рис. 43.3, в—д), которые в зависимости от их толщины рассчиты-
ваются как абсолютно жесткие диски или балки на упругом осно-
вании.
Окончательно усилия в сечениях пологого свода определяют по
формулам:
М-Мр~ Xi— уХ2; X=Wp4-X2cos<p. (43.14)
Обделки в виде подъемистого свода рассчитывают по-разному,
в зависимости от свойств окружающих грунтов. В слабых и неус-
402
Рис. 43.3. Схемы расчета пологого свода, опирающегося на грунт (а, б) и иа вер-
тикальные стены (в—5)
тойчивых грунтах, не обладающих достаточными упругими свойст-
вами, подъемистый свод рассчитывают на действие только актив-
ных нагрузок (рис. 43.4, а), а в плотных и устойчивых грунтах учи-
тывают действие упругого отпора по боковой поверхности обделки.
Подъемистый свод в податливой среде рассчитывают примерно
так же, как пологий свод, однако в качестве деформаций пят учи-
тывают только их поворот, считая, что горизонтальное смещение
отсутствует из-за сил трения по подошве стены.
Расчет подъемистого свода в упругой среде производится с уче-
том сил отпора грунта в соответствии с гипотезой местных дефор-
маций (рис. 43.4, б). При этом размеры зоны упругого взаимодей-
ствия обделки с грунтом задаются центральным углом Ч''= 90-4-150°,
а очертание кривой упругого отпора — уравнениями отрезков двух
квадратных парабол, сопрягающихся в точке Л, где упругий отпор
имеет максимальное значение. Положение этой точки определяет-
ся ординатой Но, которую откладывают от верхней нулевой точки
и принимают равной //о = О,33// при уг^В и Но=О,4Н при ус<В.
403
Расчет свода производят методом сил, прикладывая неизвест-
ные Х\ и Х2 в замковом сечении или в упругом центре (рис. 43.4, в).
Максимальную интенсивность упругого отпора ол принимают в ка-
честве дополнительного неизвестного и определяют с использова-
нием гипотезы местных деформаций.
Расчет подъемистого свода целесообразно вести по принципу
независимости действия сил отдельно на действие внешних нагру-
зок и упругого отпора. Вначале обделку рассчитывают как свобод-
ный свод, упруго защемленный в грунт, на действие активных на-
грузок. Определяют значения моментов Мр и нормальных сил Np,
а также смещение обделки в точке h — месте максимальной интен-
сивности упругого отпора 6др. На втором этапе обделку рассчи-
тывают на действие упругого отпора с максимальной интенсив-
ностью, равной единице. При этом находят значения моментов М,
нормальных сил N в своде и перемещение обделки в точке h—(th-
Окончательные усилия в сечениях свода и перемещение его оси
определяют по формулам:
M=Mp-b-ah м; N-^Np^-Oh X; 6/l = 6/lP+afe6/). (43.15)
Максимальную интенсивность упругого отпора в соответствии с
гипотезой местных деформаций находят из выражения
6,Чр
1 /К—6л
(43 16)
Обделки в виде подъемистого свода, опирающегося на обрат-
ный свод, рассчитывают, расчленяя их на верхний и нижний сво-
ды с учетом их силового и упругого взаимодействия (рис. 43.4, г).
Обратный свод рассчитывают как криволинейный брус на упругом
основании, загруженный по концам вертикальными Q и горизон-
тальными Т силами и изгибающими моментами М, передающими-
ся с верхнего свода. Полученные при расчете обратного свода уг-
лы поворота концевых сечений учитывают при расчете верхнего
свода.
Рис. 43.4. Схемы расчета подъемистого свода в податливой (а) и в упругой
(б—г) среде
404
.43.3. Расчет обделок кругового очертания
Обделки кругового очертания из монолитного бетона или же-
лезобетона, а также сборные обделки с постоянными связями рас-
тяжения между элементами рассчитывают по схеме упругого коль-
ца в упругой или податливой среде.
Первая схема — кольцо в упругой среде реализуется
при заложении тоннеля в грунтах, обладающих упругими свойст-
вами. Наибольшее распространение получил метод Метропро-
екта, при помощи которого можно рассчитывать обделки практи-
чески любого очертания. При этом круговое очертание обделки за-
меняют вписанным многоугольником, а распределенные нагрузки —
сосредоточенными силами, прикладываемыми в вершинах много-
угольника.
Действие сплошной упругой среды имитируют системой упру-
гих стержней, которые располагают во всех вершинах многоуголь-
ника, кроме тех, которые находятся в безотпорной зоне, определяе-
мой центральным углом Т от 90 до 150° (рис. 43.5, а).
Расчет ведут методом сил, принимая основную систему путем
врезания шарниров во все вершины, находящиеся в зоне действия
упругого отпора и в замковом сечении и прикладывая в этих сече-
ниях изгибающие моменты, которые принимают за неизвестные
(рис. 43.5, б). Их определяют путем решения системы линейных
алгебраических уравнений (для 16-угольника — 8 уравнений), ко-
торые удобно представить в матричной форме:
4Х-^А;, = 0, (43.17)
где А — матрица единичных перемещений основной системы; X — вектор не-
известных; Ар — вектор грузовых перемещений основной системы.
Матрицу А и векторы X и Др можно записать в виде
6jl613. • • 619 I Л41 Aip
А = 631633. . .639 II м3 а II &ЗР
691693 • • 699 I М9 А»р
Единичные и грузовые перемещения определяют по разверну-
той формуле Мора с учетом стержневого характера системы:
Mt Mk ds Ni Nk s Ri Rk
+ 2 4- 2 ;
El-------------------------------EF-D
(• Mj Mp ds Ni Np s Rt Rp
J £7 + EF + D
(43 18)
где Mi, Mk, Mp, N„ Nk, Np — моменты и нормальные силы от действия еди-
ничных неизвестных и от нагрузки; R,, Rk, Rp — упругие реакции от действия
405
единичных моментов и от нагрузки; I, F — осредиеииые моменты инерции и пло-
щади поперечного сечеиия стержней, являющихся сторонами многоугольника;
D — приведенная жесткость упругой опоры; D—Kbs\ К — коэффициент упругого
отпора грунта; b—ширина кольца обделки; s—длина стороны многоугольника.
Усилия в основной системе находят от каждого воздействия:
р; q\ М\— 1; М3= 1, Afg = 1 из уравнений равновесия трехшарнир-
ной арки и последовательно вырезаемых узлов шарнирной цепи.
В результате решения системы канонических уравнений опреде-
ляют значения моментов, нормальных сил и упругих реакций по
формулам:
M=Mp^-ZMiMk; N = Np+lNt Mh-, R-^Rp^-ZRi Мк, (43.19)
где Mb—значения неизвестных.
Метод Метропроекта отличается универсальностью, четкостью
расчетной схемы, наглядностью и возможностью повышать точ-
ность расчета. Имеются программы расчета обделок этим методом
па ЭВМ, позволяющие быстро получать искомые результаты при
задании конкретных исходных параметров.
Для приближенных расчетов обделок по схеме «кольцо в упру-
гой среде» можно воспользоваться ускоренным методом О. Е. Бу-
гаевой, в котором очертание и зона действия упругого отпора грун-
та задаются заранее.
Обделки тоннелей, заложенных в неустойчивых водонасыщен-
ных грунтах, не оказывающих сопротивления перемещениям конст-
рукции, рассчитывают по схеме «кольцо в податливой
Рис. 43.5. Расчетная схема (а) и основная система (б) при расчете обделки мето-
дом Метропроекта
406
среде» без учета упругого от-
пора грунта только на активные
нагрузки (рис. 43.6, а).
Реакцию основания р0 прини-
мают в виде равномерно распре-
деленной нагрузки, равной сумме
вертикального давления грунта
и воды и собственного веса коль-
ца обделки. Расчет ведут мето-
дом сил, принимая основную си-
стему в виде полукольца, закреп- рис 435 Расчетная схема (а) и се-
ленного в нижнем сечении (рис- иовная система (б) кольца в подат-
43.6, б). Неизвестные усилия X] ливой среде
и Х2 прикладывают в упругом
центре, который для обделок постоянной жесткости совпадает
С центром КОЛЬЦЗ. «Уравнении дсфОрМаЦЦИ имеют ВИД’
6пХ1 + Л1Р = 0; 622 Х2+ Д2Р =0. (43.20)
Перемещения 6ц, 622, Дщ, Х2р определяют по одночленной фор-
муле Мора. Окончательные усилия в сечениях кольца:
Л4 =Л47)+Xt — X2/?cos<p; W Х2 cos ф. (43.21)
Для расчета сборных обделок разработаны методы, учитыва-
ющие деформации в стыках между элементами.
43.4. Расчет обделок прямоугольного очертания
Обделки транспортных и пешеходных тоннелей мелкого зало-
жения из монолитного железобетона, а также цельносекционные
обделки рассчитывают как рамные, статически неопределимые
конструкции на упругом основании (рис. 43.7, а). При
этом используют метод сил или перемещений, учитывая упругие
свойства основания по гипотезе местных или общих деформаций.
При расчете однопролетной рамы на упругом основании мето-
дом сил основную систему при симметричных нагрузках выбира-
ют, разрезая раму в середине перекрытия и прикладывая в этом
месте неизвестные усилия Х\ и Х2 (рис. 43.7, б).
Значения неизвестных находят из решения системы каноничес-
ких уравнений:
6ПХ1 + 612Х2 + Д1Р = О; б21Х1+б22Х2+Д2Р = 0. (43.22)
Перемещения 6,h и Аг-Р могут быть представлены в виде суммы
единичных (грузовых) перемещений и перемещений, вызванных
действием упругого основания:
407
Значения 6/Г и Д/р’ можно получить по обычным формулам
строительной механики, а значения 6‘J’ и Д,!р’ — по формуле Мора
в элементе с упругим основанием.
Расчет обделки как рамы на упругом основании с использова-
нием гипотезы местных деформаций можно производить по мето-
дике ЦНИИСа — Метропроекта. При этом действие упругого от-
пора грунта в основании тоннеля имитируют системой упругих
стержней (рис. 43.7, в, г). Используя метод сил, основную систему
получают, врезая шарниры в местах постановки упругих стержней
и в середине перекрытия и прикладывая неизвестные изгибающие
моменты. Усилия в основной системе от единичных неизвестных и
от внешней нагрузки находят последовательным вырезанием узлов
в лотковой части. Далее по развернутой формуле Мора определя-
ют перемещения и решают систему канонических уравнений (ана-
логично с расчетом круговых обделок методом Метропроекта).
Расчет замкнутых обделок прямоугольного очертания можно
производить, расчленяя их на верхнюю П- и Ш-образную раму и
балку на упругом основании с учетом их упругого и силового взаи-
модействия. Балку на упругом основании рассчитывают на дейст-
вие вертикальных усилий и изгибающих моментов, передающихся
с рамы, а углы поворота концевых сечений балки учитывают при
расчете рамы.
Расчет тоннельных обделок, возводимых траншейным способом
по технологии «стена в грунте», можно также производить путем
расчленения их на отдельные элементы: перекрытие, стены и ло-
ток (рис. 43.7, д). В зависимости от способа сопряжения этих эле-
ментов перекрытие рассчитывают как свободно опертую или за-
Рис. 43.7. Схемы расчета монолитных обделок тоннелей, сооружаемых котлован-
ным (а—г) н траншейным (д, е) способами
408
Рис. 43.8. Схемы расчета сборных обделок прямоугольного очертания (а) и их
элементов (б—г)
щемленную по концам балку, а лоток — как балку на упругом ос-
новании, защемленную по концам или шарнирно опертую на сте-
ны. Стены рассчитывают как одно- или двухпролетную балку под
действием активного давления грунта по наружной поверхности и
пассивного давления грунта по внутренней стороне, заглубленной в
грунт части (рис. 43.7, е).
Прямоугольные обделки из сборного железобетона рассчитыва-
ют поэлементно сверху вниз: вначале блоки перекрытия, затем —
прогоны, колонны, средние и боковые стены и в последнюю оче-
редь — фундаментные блоки, подколонники и лотковые плиты.
Силовое взаимодействие между отдельными блоками учитывают в
зависимости от конструктивной схемы, вводя в местах соединений
жесткие или податливые связи (рис. 43.8, а).
Блоки перекрытия П- или Т-образного сечения работают на
изгиб под действием постоянной и временной нагрузок, а также
горизонтальных усилий от бокового давления грунта (рис. 43.8, б).
Вначале рассчитывают плиту как балку с упругим защемлением в
ребрах или консольную, а затем ребра как однопролетную балку,
опирающуюся одной стороной на стеновой блок, а другой — на
прогон или среднюю разделительную стенку. Помимо вертикаль-
ной нагрузки, учитывают действие продольной силы, которую при
409
трапецеидальной эпюре бокового давления грунта на стену опре-
деляют по формуле
Т—0,375(7] //с-(-0,1 (<?]—q2)Hc, (43.23)
где <71 и — интенсивность бокового давления грунта на уровне верха и ни-
за стены; Нс — расчетная высота стены.
Поскольку продольное усилие Т действует с эксцентриситетом
е, максимальный изгибающий момент в середине пролета балки
^max = 0,125Spi L^f — Те, (43.24)
где у/ — коэффициент надежности по нагрузке.
Стеновые блоки рассчитывают на действие бокового давления
грунта с учетом расположения временной нагрузки на призме об-
рушения по схеме однопролетнои статически неопределимой бил-
ки, защемленной в фундаментный блок и свободно опертой на пе-
рекрытие (рис. 43.8, в). Максимальный изгибающий момент и по-
перечная сила в опорном сечении стены от бокового давления
грунта:
M = 0,5q1H^ — 0,166 (<?2— qi) Н^ Q——q} Нс — 0,5 (q2 — q^) Нс. (43.25)
Помимо расчета по прочности, блоки перекрытия и стеновые
блоки рассчитывают по второму предельному состоянию, опреде-
ляя максимальные прогибы и ширину раскрытия трещин, которые
не должны превышать предельно допустимых значений.
Фундаментные блоки и подколенники рассчитывают на дейст-
вие усилий М и Q, передающихся со стенового блока, колонны или
средней стенки, а также под действием реакции грунта по подош-
ве а (рис. 43.8,г). Боковые фундаментные блоки испытывают так-
же нагрузку от веса грунта на консолн Р\ и боковое давление грун-
та q. В процессе расчета Проверяют прочность сечений а—а и Ь—
Ь, рассматривая элементы фундамента как консольные, а также
напряжения на грунт под подошвой, которые не должны превы-
шать расчетных сопротивлений грунта на данной глубине.
Контрольные вопросы
1. Какие нагрузки и воздействия входят в основные и особые сочетания?
2. На каких предпосылках основаны аналитические методы определения гор-
ного давления?
3. Что такое упругий отпор грунта и какова его роль в статической работе
тоннельных обделок?
4. Каковы расчетные схемы обделок сводчатого и кругового очертания?
Глава 44
СТРОИТЕЛЬСТВО ТОННЕЛЕЙ
44.1. Общие сведения
Строительство автодорожных и городских тоннелей осуществля-
ется в соответствии с разработанной проектно-сметной документа-
цией, включающей проект организации строительства (ПОС) и
проект производства работ (ППР).
В ПОС регламентируется последовательность выполнения всех
видов тоннелестроительных работ, раскрытие фронта работ, рас-
положение и оборудование строительных площадок, устанавлива-
ется потребность в рабочей силе, строительных машинах и обору-
довании.
ППР включает в себя технологические схемы выполнения под-
земно-строительных работ, циклограммы и графики производства
работ, графики движения рабочей силы и др.
При разработке ПОС и ППР руководствуются принципами ин-
дустриализации, комплексной механизации и автоматизации строи-
тельства, научной организации труда. В последние годы при строи-
тельстве тоннелей находят применение автоматизированные сис-
темы управления (АСУ), прогрессивные формы организации тру-
та (бригадный подряд, поточный метод и др.). В проектах предус-
матривают меры по охране окружающей среды в процессе строи-
тельства тоннеля, направленные на уменьшение загазованности и
запыленности воздушного бассейна, снижение уровня шума и виб-
рации, предотвращение загрязнения поверхностных и подземных
вод, сведение к минимуму сдвижений и деформаций грунтового
массива и поверхности земли, сохранение зеленых насаждений и
рекультивацию пахотных земель.
Большое внимание уделяется охране труда и технике безопас-
ности, профилактике профессиональных заболеваний и производ-
ственного травматизма на подземных работах.
44.2. Горный способ
При строительстве тоннелей горным способом одной из наибо-
лее трудоемких операций является разработка грунта. Сравнитель-
но некрепкие грунты с коэффициентом крепости по шкале
М. М. Протодьяконова fC 14-2 можно разрабатывать вручную или
с применением механизированных инструментов: отбойных молот-
ков и пневматических лопат. Грунты с />24-3 разрабатывают бу-
ровзрывным способом или рабочими органами тоннелепроходчес-
ких машин (ТПМ).
В последнее время ведутся работы по созданию и внедрению
новых, более эффективных способов разработки грунта: гидравли-
411
Рис 44 1. Схема расположения шпу-
ров в забое:
I — врубовые шпуры, II— VI — отбойные
шпуры VII — контурные шпуры, VIII -
подошвенные шпуры
ческого, термического, электрофизического, которые могут приме-
няться как самостоятельные или в сочетании с механическим.
При буровзрывном способе по всей площади тоннель-
ного забоя забуривают шпуры диаметром 36—42 мм и глубиной
2—4 м, в которые помещают заряды взрывчатого вещества (ВВ).
После взрыва зарядов забой продвигается на 2—4 м. Количество,
глубина и расположение шпуров в забое, а также расход ВВ опре-
деляются формой и размерами выработки, крепостью и условиями
залегания грунтов и устанавливаются расчетом.
Шпуры подразделяют на врубовые, создающие предваритель-
ный отрыв грунта; отбойные — для разрушения основной массы
грунта и контурные — для создания проектного очертания выра-
ботки (рис. 44.1).
Для уменьшения переборов грунта и лучшего оконтуривания
выработки применяют технологию гладкого взрывания и
предварительного откола грунта с использованием
электродетонаторов короткозамедленного действия (25—250 мс).
При этом контурные шпуры располагают на расстоянии а = 0,3-4-
-4-0,6 м, а заряды их делают рассредоточенными, оставляя между
ними воздушные промежутки или вставляя деревянные прокладки.
Для бурения шпуров применяют бурильные молотки
пневматического, электрического или гидравлического действия,
работающие по принципу ударно-поворотного, вращательного или
вращательно-ударного бурения.
Бурильные молотки закрепляют на поддерживающих приспо-
соблениях (стойках, распорных колонках, пневмоподдержках, ма-
нипуляторах) и снабжают автоподатчиками, обеспечивающими за-
данное направление бурения.
При проходке тоннельных выработок на полный профиль наи-
более эффективны самоходные буровые рамы, каретки и
агрегаты на пневмо- или гу-
сеничном ходу, оснащенные не-
сколькими (от 2 до 5) высокоча-
стотными (до 4500 мин”1) пер-
фораторами (рис 44.2). Соозда-
ны и применяются буровые уста-
новки с подъемными, выдвижны-
ми и поворотными платформами
для возможности установки вре-
менной крепи, а также с устрой-
ствами программного управления
и автоматики, обеспечивающие
полностью автоматизированное
обуривание забоя.
В последние годы для разра-
ботки скальных грунтов, наряду
с буровзрывным способом, при-
412
Рис 44 2 Самоходный буровой агрегат
/- бурильный молоток, 2 — рабочая платформа, 3 — стрела, 4 — ходовая часть, 5—аутри-
геры
меняют механизированные ТПМ с рабочим органом сплошного
или избирательного действия.
Машины первой группы имеют чаще всего составной телеско-
пический корпус, элементы которого поочередно раскрепляются
радиальными домкратами в стены выработки и перемещаются по-
ступательно горизонтальными домкратами. В головной части кор-
пуса закреплен рабочий орган в виде диска или многолучевого ро-
тора, оснащенного резцами, фрезами, скалывателями, шарошками
или гидравлическими насадками, способными разрушить грунты с
коэффициентами крепости от 4 до 8 и более (рис. 44.3). Для уда-
413
ления разработанного грунта на тоннелепроходческих машинах
имеется система ковшей и транспортеров.
При проходке выработок по частям в грунтах с коэффициентом
крепости f = 34-5 находят применение тоннелепроходческие маши-
ны с рабочим органом избирательного действия. Такие машины пе-
ремещаются преимущественно на гусеничном ходу, разрабатыва-
ют грунт одной или двумя фрезами, закрепленными на стрелах-ма-
нипуляторах, и грузят его встроенными погрузчиками (рис. 44 4)
В отличие от машин первой группы ТПМ избирательного дей-
ствия могут создавать выработки практически любого очертания
Основные преимущества ТПМ по сравнению с буровзрывным
способом заключаются в достижении ровного контура выработки и
сокращении переборов грунта, уменьшении нарушений грунтового
массива и увеличении темпов разработки грунта.
Погрузку разработанного грунта при проходке тоннелей гор-
ным способом осуществляют специализированными погрузоч-
ными машинами на рельсовом, пневмоколесном или гусенич-
ном ходу, оснащенными ковшами вместимостью 0,2—0,6 м° и обес-
печивающими техническую производительность погрузки 20—
50 м3/ч. Наибольшей технической производительностью (до
360 м3/ч) обладают погрузочные машины с нагребающими рычага-
ми, а также тоннельные экскаваторы, которые могут грузить круп-
Рис 44 3 Тоннелепроходческая машина с рабочим органом сплошного дейст
вия
414
Рис 44 4 Тоннелепроходческая машина с рабочим ирлши избирательного дей-
ствия
ные куски породы непосредственно в автомобили-самосвалы или
самоходные вагоны.
Для откатки грунта применяют преимущественно цикличный
(рельсовый или автомобильный) транспорт. Основные средства
рельсового транспорта пути узкой колеи (600, 750, 900 мм), «глу-
хие», опрокидные или саморазгружающиеся вагонетки вмести-
мостью от 0,75 до 3 м3 (иногда до 10 м3), а также контактные или
аккумуляторные электровозы. При длине тоннеля менее 1,5—
1 км более эффективно применение автомобилей, самосвалов,
думперов, автопоездов вместимостью до 10—12 м3 или самоход-
ных вагонов на пневмоходу грузоподъемностью до 20 т, снабжен-
ных газоочистителями. Представляется перспективным примене-
ние непрерывного конвейерного транспорта, состоящего из систе-
мы транспортеров производительностью до 600—800 т/ч, а также
пневматического и гидравлического трубопроводного транспорта.
Для временного крепления тоннельных выработок в скальных
грунтах применяют контурную (арочиую, анкерную, набрызг-
бетонную) или опережающую (анкерную, экраны из труб,
бетонные своды-оболочки) крепь.
Арочную крепь устраивают в слабоустойчивых грунтах и
собирают из кружальных стальных элементов прокатного профи-
ля, соединяемых между собой на сварке или болтах. Отдельные
арки устанавливают по длине тоннеля через 0,8—1,5 м, расклини-
вают в грунт и раскрепляют между собой распорками Пространст-
во между арками заполняют досками, стальными гофрированными
листами или бетонными плитами( рис. 44.5, а).
Анкерную крепь применяют практически в любых скаль-
ных грунтах. Стальные (клиновые или распорные), сталебетонные
415
(забивные, нагнетаемые, перфорированные) и сталеполимерные
(натренированные или инъекционные) анкеры помещают в шпу-
ры диаметром 36—42 мм и глубиной 2—3 м, пробуренные по кон-
туру выработки, закрепляя и армируя область нарушенных грун-
тов вокруг тоннеля (рис. 44.5, б). Стержни стальных анкеров диа-
метром 25—30 мм заделывают в шпурах замковыми устройствами,
сталебетонных — цементным раствором (рис. 44.5, в), а сталепо-
лимерных — синтетическими смолами (рис. 44.5, г). Несущая спо-
собность одного анкера изменяется от 60 до 100 кН. Для предотвра-
щения местных вывалов грунта между анкерами подвешивают
стальную сетку.
Н а б р ы з г-б етонную крепь выполняют в виде армирован-
ного или неармированного покрытия толщиной 100—120 мм, кото-
рое сглаживает неровности контура выработки, уменьшает кон-
центрацию напряжений, заполняет трещины в грунте и создает не-
С'/!ЦИЙ СВОД.
В ряде случаев применяют комбинированную крепь
из арок и анкеров, арок и набрызг-бетона, анкеров и набрызг-бе-
тона.
В нарушенных и неустойчивых скальных грунтах целесообраз-
но использовать опережающую крепь, которую устраивают до рас-
Рис. 44.5 Схемы контурной (а—г) и опережающей (д, е) крепей:
/ — арка: 2— затяжка; 3 — распорка; 4— анкер; 5—сетка; 6 — стержень анкера, 7 — це-
ментный раствор, 8 — ампулы со смолой и отвердителем; 9 — уплотнитель; 10 — экран из
груб; // — опережающая бетонная крепь; /2—контур обделки
116
Рис. 44.6. Схемы сооружения тоннеля с поэтапным раскрытием выработки (а—г):
1 — 10 — этапы работ
крытая выработки. В практике тоннелестроения применяют опере-
жающую анкерную крепь, а также защитные экраны из
труб. Отдельные секции стальных труб диаметром до 200 мм и
длиной 5—10 м устанавливают в скважины, пробуренные на глу-
бину до 20—30 м из забоя выработки, и соединяют между собой
сваркой или на резьбе (рис. 44.5, д). Скважины забуривают по
контуру выработки всплошную или с зазорами под углом 4—6° к
оси тоннеля специальными буровыми агрегатами.
Получает распространение опережающая бетонная
крепь, которую возводят путем предварительной нарезки контур-
ной щели длиной 2—3 м и высотой 0,15—0,20 м и заполнения ее
монолитным бетоном или сборными элементами (рис. 44.5, е).
Соседние секции опережающей крепи перекрывают друг друга
и образуют сплошное покрытие, под защитой которого раскрывают
выработку и возводят обделку, причем элементы опережающей
крепи (так же как и контурной) могут входить в состав постоян-
ной конструкции тоннеля.
Технология ведения работ при горном способе определяется
главным образом инженерно-геологическими условиями.
В некрепких скальных и мягких грунтах раскрытие выработки
осуществляют немеханизированными способами, по частям с дере-
вянной веерной крепью и поэтапным возведением обделки. При
этом применяют способ полностью раскрытого профи-
л я (рис. 44.6, а), опертого свода (рис. 44.6, б) и опорно-
го ядра (рис. 44.6, в), которые характеризуются значительным
расходом лесоматериалов, трудоемкостью работ по разработке
грунта и устройству временной крепи и низкими темпами проходки
(15—20 м/мес). В связи с этим в настоящее время такие способы
применяют при строительстве тоннельных выработок длиной не бо-
лее 200—300 м.
В грунтах типа сланцев, аргиллитов и алевролитов с f = 3-=-5
весьма эффективен новый австрийский способ. При этом
вначале при помощи тоннельных машин с рабочим органом изби-
рательного действия разрабатывают периферийную часть выработ-
14 Зак. 578 4 17
ки, закрепляя ее набрызг-бетоном и анкерами. После стабилиза-
ции окружающего грунтового массива, что регистрируется измери-
тельными приборами, устраивают обделку из монолитного бетона
или набрызг-бетона (рис. 44.6, г). При таком способе удается зна-
чительно облегчить конструкцию обделки, используя процесс за-
тухающей ползучести грунтов.
В достаточно прочных и устойчивых скальных грунтах находят
применение механизированные горные способы: сплошного и
ступенчатого забоя, нижнего уступа и др.
Первые два способа применяют в крепких скальных грунтах
((^6-4-7), причем когда устойчивость вертикального забоя обес-
печить невозможно, его расчленяют на две части, разрабатывая
сначала калотту (сводовую часть), а затем штроссу (нижнюю сту-
пень).
Работы по разработке, погрузке и транспортированию грунта,
а также по устройству временной крепи при этих способах ведут
с применением крупных средств механизации (рис. 44.7) со ско-
ростями до 150—200 м/мес.
В грунтах с коэффициентом крепости f=4-4-6 используют спо-
соб нижнего уступа, при котором сводовую часть выработки прохо-
дят с опережением нижней части на 30—50 м.
Во всех рассмотренных способах работ обделку возводят ана-
логичным образом с применением механизированной передвижной
опалубки. Чаще всего используют телескопическую опа-
лубку из отдельных секций длиной 2—3 м, которые выполняют
из стальных кружальных элементов, шарнирно соединенных меж-
ду собой. Это позволяет складывать и поочередно перевозить все
секции на одной монтажной тележке, оснащенной домкратами и
лебедками (см. рис. 44.7).
418
44.3. Щитовой способ
При строительстве тоннелей щитовым способом основные гор-
нопроходческие операции и возведение обделки производят под
прикрытием подвижной временной крепи — щита. При этом до-
стигается быстрое закрепление выработки постоянной обделкой,
осуществляется комплексная механизация всех технологических
процессов, обеспечивается безопасность ведения работ, повышают-
ся темпы проходки.
Существуют различные виды щитов, отличающиеся формой и
размерами поперечного сечения, способом разработки грунта и
крепления лба забоя, несущей способностью, конструктивными
особенностями и пр.
Преимущественное распространение получили щиты кругового
поперечного сечения диаметром Дц до 12 м. Различают щиты
немеханизированные, в которых грунт разрабатывают вруч-
ную, и механизированные, оснащенные рабочим органом
для разработки и удаления грунта. В последние годы на базе ме-
ханизированных созданы автоматизированные щиты, уп-
равляемые бортовыми ЭВМ.
Проходческий щит кругового очертания состоит из ножевого
кольца, подрезающего грунт по контуру выработки и предохраня-
ющего работающих в забое, опорного кольца, воспринимающего
внешние нагрузки и несущего щитовые домкраты, и хвостовой обо-
лочки, в пределах которой монтируют тоннельную обделку
(рис. 44.8).
Рнс. 44.8. Схема проходческого щита:
I — хвостовая оболочка; 2 — опорное кольцо; 3 — щнтовые домкраты; 4—ножевое кольцо;
5 — аванбек; 6 — выдвижные платформы; 7 — платформенные домкраты; 8 — обделка; 9 —
забойные домкраты; Ю — горизонтальные перегородки; ]1 — вертикальные перегородки
14* 419
Рис. 44.9. Схемы механизированных щитов
1 — пятилучевой ротор; 2 — дисковые скалыватели; 3 — стержневые резцы; 4 — поворотные
8 — ковшовое кольцо; 9 — ковши;
Ножевое кольцо шириной порядка 1,5 м и опорное кольцо ши-
риной около 2 b (где b — ширина кольца обделки) состоят из реб-
ристых стальных элементов, соединяемых на болтах или сваркой.
Хвостовая оболочка имеет ширину, обеспечивающую сборку одно-
го или двух колец тоннельной обделки, и состоит из кружальных
стальных листов общей толщиной 50—60 мм. Полная длина щита
составляет порядка 0,5 Ощ, что обеспечивает достаточную устойчи-
вость и маневренность щитового агрегата.
По периметру опорного кольца равномерно размещаются гид-
равлические щитовые домкраты для передвижения щита.
Необходимые усилия домкратов определяют из условия преодоле-
420
для скальных (а) н мягких (б) грунтов:
лопасти; 5 — неподвижные лопасти; 6 — четырехлучевой ротор; 7 — стержневые резцы;
10 — резцедержатели
ния всех сопротивлений, возникающих при передвижении щита.
Обычно на щитах диаметром 10—12 м устанавливают 30—36 дом-
кратов с ходом поршня 1 —1,2 м, развивающих усилие 1000—2000 кН
каждый.
Немеханизированные щиты дополнительно оснащают горизон-
тальными и вертикальными перегородками, которые придают кон-
струкции необходимую жесткость и разделяют забой на рабочие
ячейки, где разрабатывают грунт. На горизонтальных площадках
устанавливают выдвижные платформы, перемещающиеся по на-
правляющим платформенными домкратами. Для удержания эле-
ментов временной крепи предусмотрены забойные домкраты, кото-
421
рые закрепляют на вертикальных перегородках и опорном кольце
щита. Расстояния между горизонтальными перегородками состав-
ляют 1,7—2 м, а между вертикальными — 1,2—1,9 м.
Механизированные щиты оснащены исполнительным рабочим
органом, при помощи которого производится разработка грунта, а
в некоторых случаях и крепление лба забоя, а также грунтозабор-
ными устройствами для удаления грунта за пределы щита. Рабо-
чий орган с электрическим или гидравлическим приводом разме-
щается в головной части щита и может поступательно переме-
щаться на 0,5—1 м независимо от щита.
В зависимости от степени прочности и устойчивости грунтов
применяют механизированные щиты с рабочими органами роторно-
го, планетарного, экскаваторного, фрезерующего действия и др.
Для проходки в скальных грунтах с коэффициентом крепости
/=Зч-8 предназначен механизированный щит с пятилучевым рото-
ром, на котором закреплены дисковые скалыватели и стержневые
резцы (рис. 44.9, а).
При вращении ротора с частотой 0,5—3 мин-1 происходит разру-
шение грунта, который системой поворотных и неподвижных лопа-
стей сбрасывается на лоток, а далее попадает на ленточный транс-
портер.
В плотных и сухих грунтах с коэффициентом крепости f до 2,5—
3 применяют механизированный щит с четырехлучевым ротором,
на котором закреплены стержневые резцы и дисковые скалыва-
тели (рис. 44.9, б). Разработанный грунт удаляется 12 ковшами,
размещенными по периметру щита.
Применение такого щита на строительстве тоннелей Ленинград-
ского метрополитена позволило добиться скорости проходки до
1250 м/мес.
При проходке тоннелей в несвязных грунтах естественной влаж-
ности используют щиты с горизонтальными рассекающими полка-
ми, несколько выдвинутыми за ножевое кольцо и располагаемы-
ми по высоте через 0,8—1,2 м. В пределах каждого яруса грунт
откладывается на полках под углом естественного откоса, обеспе-
чивая устойчивость забоя без принудительного крепления (рис.
44.10, а). В рабочих ячейках установлены челюстные рыхлители
грейферного типа, которые разрабатывают грунт и сбрасывают его
в нижнюю часть щита, где установлен основной погрузчик.
Для проходки тоннелей в несвязных водонасыщенных грунтах
созданы щиты с пригрузочными камерами, заполненными под дав-
лением водой, сжатым воздухом нли бентонитовой суспензией, что
предотвращает прорыв в тоннель грунтовых вод. Наибольшее рас-
пространение получили щиты с бентонитовым пригрузом, оснащен-
ные рабочим органом роторного типа (рис. 44.10, б). Призабойная
зона отделена от остальной части щита сплошной диафрагмой, за
которую по трубопроводу подают бентонитовую суспензию. Разра-
422
Рис. 44.10. Схемы механизированных щитов для неустойчивых сухих (а) и водо-
носных 16) грунтов:
1 — корпус щита; 2 — рассекающие полки; 3 — челюстные погрузчики, 4 —-приемный бункер;
5 — пригрузочиая камера; 6 — регулирующий клапан; 7— насос для выдачи пульпы; 8 —
подающий насос; 9 — побудитель; /0 — отстойник; II — диафрагма, 12 — режущий рабочий
орган
ботанный ротором грунт перемешивается с бентонитовой суспензи-
ей и поступает через дозирующее «окно» в диафрагме в приемную
камеру, а далее откачивается по системе трубопроводов на поверх-
ность земли.
В настоящее время осуществляется комплексная механизация
и автоматизация тоннельно-щитовых работ. На базе механизиро-
ванных щитов созданы проходческие ко м п л е к с ы, вклю-
чающие в себя оборудование для всех видов горнопроходческих,
монтажных, гидроизоляционных и вспомогательных работ. Для бо-
лее четкой организации проходческого цикла основное оборудова-
423
ние размещают на технологической платформе, которая соединя-
ется со щитом и перемещается вместе с ним. При проходке авто-
дорожных тоннелей целесообразно совмещение горнопроходческих
операций и монтажа обделки с устройством проезжей части
(рис. 44.11). При этом откатку разработанного грунта и подачу
блоков обделки производят автотранспортом по готовой проезжей
части, что исключает необходимость устройства откаточных путей
и повышает темпы строительства тоннеля.
Для ведения щитов созданы системы автоматического контро-
ля с лазерными геодезическими приборами и электронным обору-
дованием, включающим ЭВМ.
Монтаж сборных обделок при щитовой проходке производят
тюбинго- и блокоукладчиками, которые размещают непосредствен-
но на щите или на специальной тележке. Чаще всего применяют
укладчики рычажного типа, состоящие из телескопическо-
го рычага с выдвижной балкой, который может поворачиваться
вокруг центральной оси щита. Для совмещения монтажных и по-
грузочных операций используют рычажные укладчики с полым ва-
лом, через который пропускают транспортер для удаления разра-
ботанного грунта.
Существуют также укладчики дугового (кольцевого) типа с на-
правляющей дугой (кольцом), по которой перемещают блоки об-
делки и устанавливают их в проектное положение. После монтажа
очередного кольца обделки в заобделочное пространство нагнета-
ют цементно-песчаный раствор под давлением 0,4—0,6 МПа, а за-
тем производят контрольное нагнетание цементного молока под
давлением до 0,8—1 МПа. В последнюю очередь выполняют чекан-
ку швов между блоками и тюбингами специальными герметизирую-
щими составами.
При щитовой проходке тоннелей, так же как и при горном спо-
собе, устраивают искусственную вентиляцию, освещение и водоот-
лив.
11800
Рис. 44.11 Щитовой технологический комплекс:
1—щит с экскаваторным рабочим органом; 2— блокоукладчик; 3 — транспортер; 4 — бун-
кер; 5 — автомобиль-самосвал; 6 — блоки проезжей части; 7 — блоки обделки
424
44.4. Открытые способы
Городские автотранспортные и пешеходные тоннели мелкого за-
ложения сооружают преимущественно открытыми способами
с предварительным вскрытием поверхности земли.
В зависимости от характера городской планировки и застройки,
условий движения транспорта и пешеходов применяют котлован-
ный и траншейный способы, являющиеся разновидностями откры-
того способа работ.
Котлованный способ предусматривает вскрытие котло-
вана с последующим возведением в нем конструкции тоннеля и об-
ратной засыпкой. До вскрытия котлована залегающие по трассе
тоннеля подземные коммуникации (газопровод, водопровод, кана-
лизация, кабели и пр.) должны быть переложены или подвешены
на временных мостах.
В устойчивых грунтах естественной влажности, когда условия
городской застройки позволяют создать широкий котлован, его уст-
раивают без крепления стен с естественными откосами.
При невозможности создания котлована с откосами конструк-
ции тоннеля возводят в котловане с вертикальными стенами.
В некоторых случаях целесообразно устройство котлована в верх-
ней части с откосами, а внизу — с принудительным ограждением
стен.
В качестве ограждающих конструкций применяют забивные или
погружные металлические сваи из двутавровых балок (140—60)
или труб диаметром 300—500 мм, а также железобетонные или бе-
тонные буронабивные сваи. В водоносных грунтах с низкой сте-
пенью водоотдачи, когда нельзя применить искусственное пониже-
ние уровня грунтовых вод, устраивают шпунтовое ограждение или
производят искусственное замораживание стен котлована.
Сваи располагают по бровке будущего котлована с шагом 0,8—
1,5 м и заглубляют на 3—5 м ниже подошвы тоннеля. Пространст-
во между сваями закрепляют по мере разработки котлована доща-
той затяжкой, железобетонными плитами или покрытием из на-
брызг-бетона.
При глубине котлована более 4—5 м сваи или шпунт удержива-
ют системой распорок (расстрелов) или грунтовыми анкерами.
Расстрелы составного профиля из уголков или швеллеров,
соединенных накладками, или из стальных труб диаметром 300—
500 мм устанавливают в один или несколько ярусов по глубине кот-
лована с шагом 3—6 м, упирая их в пояс из швеллерных или дву-
тавровых балок.
Для крепления широких и глубоких котлованов взамен расстре-
лов применяют анкерную крепь, что позволяет вести строи-
тельство тоннеля в свободном котловане с применением средств
крупной механизации.
425
Наибольшее распространение получили грунтовые анкеры,
несущая способность которых изменяется от 150 до 2500 кН. Ан-
керные тяжи в виде стержней периодического профиля, труб или
пучков высокопрочной проволоки закрепляют в наклонных (а=
= 25-4-30°) скважинах глубиной до 12—15 м и диаметром 200—
300 мм. По способу заделки анкера в грунте различают преднапря-
женные инъекционные анкеры без уширения или с уширением, за-
крепленные за счет образования грунтоцементной пробки, а также
цилиндрические анкеры с опорной трубой, нижний конец которой
соединен с анкерной тягой. Грунтовые анкеры располагают по дли-
не котлована с шагом 3—5 м в один или несколько ярусов по вы-
соте и закрепляют на продольных поясах.
Наряду со стационарной крепью котлованов, в ряде случаев
применяют передвижную крепь незамкнутого профиля, переме-
щающуюся путем отталкивания от собранной обделки или стен
выработки. Использование такой крепи позволяет значительно со-
кратить расход материалов на устройство ограждения котлована,
уменьшить длину рабочего участка, повысить степень механизации
и скорость строительства тоннелей. В нашей стране созданы раз-
личные виды передвижных крепей, обеспечивающие ограждение
стен котлованов шириной до 10—12 м и глубиной до 8 м.
Рис. 44.12. Технологическая схема сооружения тоннеля котлованным способом*
/ — вскрытие контрольной траншеи; // — забивка свай; III — разработка грунта первого
яруса; IV — устройство грунтовых анкеров; V — разработка грунта второго яруса; VI —
планировка дна котлована; VII — устройство бетонной подготовки; VIII — гидроизоляция
лотка; IX — монтаж конструкций тоннеля; X — обратная засыпка; XI — извлечение свай;
/— молот, 2 — копер; 3— кран; 4 — экскаватор — обратная лопата; 5—установка для
устройства грунтовых анкеров; 6 — экскаватор-драглайн; 7 — автобетоиовоз; 8 — контейнер
для бетонной смесн; 9 — трейлер; 10 — бульдозер; // — сваи; 12 — грунтовые анкеры; 13 —
автомобиль-самосвал
426
Рис. 44.13. Этапы работ (а) и технологическая схема (б) сооружения тоииеля
траншейным способом:
/ — вскрытие траншей и бетонирование стен; // — вскрытие котлована и возведение пере-
крытия; III— разработка грунтового ядра; IV — возведение лотка;
/ — копер; 2— напорная штанга; 3— кран; 4 — армокаркас; 5 — бетоновоД; б — автобетоно-
насос; 7 — автобетоновоз; 8 — автомобиль-самосвал; 9 — экскаватор; 10 — ограничители;
11— глинистый раствор; 12— грейфер
Работы при котлованном способе ведут по параллельной или
последовательной схеме. В первом случае все технологические опе-
рации выполняют одновременно на участке длиной 150—200 м
(рис. 44.12). При последовательной схеме очередную операцию вы-
полняют по окончании предыдущей, что сокращает длину рабоче-
го участка до 15—20 м, но замедляются темпы строительства.
При расположении тоннелей мелкого заложения в непосредст-
венной близости от зданий, а также в условиях интенсивного улич-
ного движения применяют траншейный способ работ. При
этом вначале в местах расположения стен будущего тоннеля вскры-
вают траншеи шириной 0,5—0,7 м и глубиной до 18—20 м; в кото-
рых возводят конструкции стен (рис. 44.13, а). Затем с поверхности
земли вскрывают котлован до низа перекрытия и устанавливают
сборные или бетонируют монолитные перекрытия, опирая их на ра-
нее возведенные стены. После этого перекрытия изолируют и за-
сыпают грунтом, восстанавливая дорожную одежду над тоннелем.
Под защитой стен и перекрытия закрытым способом разрабатыва-
ют грунтовое ядро и бетонируют лоток тоннеля.
427
При траншейном способе в отличие от котлованного не требу-
ется металлическое крепление стен, в минимальной степени на-
рушаются поверхностные условия, обеспечивается устойчивость
близлежащих зданий и сооружений. Для крепления стен траншей
применяют специальный глинистый раствор — бентонитовую сус-
пензию с удельным весом 10,5—12 кН/м3, которая обладает тиксо-
тропными свойствами и, проникая в окружающий грунт, удержи-
вает от обрушения вертикальные стены траншеи.
Траншеи разрабатывают заходками (/3 = ЗЧ-5 м) под глинис-
тым раствором специализированным буро-фрезерным или ковшо-
вым оборудованием (рис. 44.13, б). Чаще всего применяют плос-
кие грейферы, жестко закрепленные на стреле экскаватора. После
разработки очередной заходки в траншею опускают арматурный
каркас и методом вертикально перемещающейся трубы бетониру-
ют стену, вытесняя бентонитовую суспензию бетонной смесью.
Возможно опускать в заполненные бентонитовой суспензией
траншеи сборные железобетонные элементы стен в виде плоских
или ребристых панелей толщиной 0,4—0,6 м, длиной до 10—15 м и
массой до 20—30 т. Панели закрепляют в траншеях цементным
раствором, а стыки между ними омоноличивают.
Рассмотренная выше технология, получившая название «стена
в грунте», может применяться практически в любых нескальных
грунтах при глубине траншей более 5—6 м, а также при располо-
жении тоннелей вблизи зданий. При этом не требуется устройства
водоотлива и водопонижения, уменьшаются объемы земляных ра-
бот, предотвращаются сильный шум и вибрация.
44.5. Специальные способы
При строительстве тоннелей или их участков под дорогами,
дамбами, небольшими реками, каналами и возвышенностями, а
также под фундаментами зданий или под подземными коммуника-
циями применяют способ продавливания.
Сущность этого способа заключается в том, что отдельные эле-
менты тоннеля в виде колец или прямоугольных секций продавли-
вают в грунте домкратной установкой, расположенной на поверх-
ности земли или в забойном котловане (шахте). Головное звено
обделки оснащено ножевым устройством, под защитой которого
разрабатывают грунт, выдавая его по готовой части тоннеля на по-
верхность земли (рис. 44.14).
Ножевое устройство оборудуют различными средствами креп-
ления лба забоя: горизонтальными рассекающими полками, пово-
ротными плитами, забойными домкратами и др. В ряде случаев в
ножевой части устанавливают рабочие органы роторного, плане-
тарного, экскаваторного и других типов для разработки и удаления
грунта так же, как на механизированных щитах. Тоннельные сек-
428
Рис. 44.14. Технологическая схема продавливания тоннеля:
/ — автомобильный кран; 2— контейнер для грунта; 3—приемный котлован; 4 — контур
тоннеля; 5 — ножевая секция; 6 — погрузочная машина; 7 — транспортер; 8 — секция тонне-
ля; 9 — распределительная рама; 10 — домкраты; /У — упор; 12— крепь забойного котло-
вана
ции покрывают снаружи оклеенной гидроизоляцией, а стыки меж-
ду элементами герметизируют постановкой упругих прокладок.
В большинстве случаев тоннели продавливают через насыпи,
сложенные уплотненными и осушенными несвязными грунтами.
Можно продавливать тоннельные секции и через слабые водона-
сыщенные грунты, предварительно осушенные водопонижением или
закрепленные химическим способом. В отдельных случаях при про-
ходке под реками и каналами можно вести продавливание под
сжатым воздухом.
В настоящее время способом продавливания сооружают авто-
дорожные и городские транспортные и пешеходные тоннели длиной
до 500 м и более в различных инженерно-геологических условиях.
При способе продавливания строительные работы ведут без на-
рушения движения по пересекаемой магистрали при минимальных
осадках дневной поверхности. При этом достигается высокая сте-
пень индустриализации работ за счет применения элементов завод-
ской готовности, значительно снижается трудоемкость работ и по-
вышаются темпы строительства.
При строительстве подводных тоннелей применяют способ
опускных секций, заключающийся в том, что отдельные эле-
менты тоннеля — секции длиной до 140 м, шириной до 50 м и во-
доизмещением до 50 тыс. м3 изготавливают в стороне от трассы пе-
рехода, доставляют по воде в створ тоннеля, где погружают на ос-
нование подводной траншеи. После стыкования секций конструк-
ция образует готовый тоннель, который засыпают грунтом.
Данный способ отличается высокой степенью индустриальное™,
не требует применения сжатого воздуха и имеет ряд других преи-
муществ по сравнению со щитовой проходкой. Его можно применять
в различных условиях при глубине воды в водотоке от 6 до 40 м и
при наличии в основании грунтов, способных обеспечить устойчи-
вость откосов и дна подводной траншеи.
429
При строительстве горных, подводных и городских тоннелей е
сложных гидрогеологических условиях применяют специальные спо
собы осушения и закрепления неустойчивых грунтов: водопониже^
ние, искусственное замораживание и химическое закрепление.
Контрольные вопросы
1. Какие виды стационарной временной крепи применяют в тоннелестроении?
2. Перечислите основные горные способы работ и укажите область их приме-
нения.
3. Назовите разновидности тоннельных щитов. Каково устройство и оборудо-
вание немеханизированного щита?
4. Каков принцип действия рабочего органа механизированных щитов для
проходки тоннелей в устойчивых и неустойчивых грунтах?
5. Какие виды стационарной н передвижной крепи котлованов применяют
при строительстве тоннелей открытым способом?
6. Какова последовательность сооружения тоннелей траншейным способом?
В чем сущность технологии «стена в грунте»?
Глава 45
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТОННЕЛЕЙ
45.1. Вентиляция
Для обеспечения эксплуатационной надежности автодорожные и
городские тоннели нес 'ходимо оборудовать системами искусствен-
ной вентиляции, освещения и водоотвода, а также устройствами,
способствующими безопасности движения автомобилей. Необходи-
мость применения тех или иных систем и устройств определяется
длиной тоннеля, местом его расположения, интенсивностью движе-
ния и другими факторами.
По действующим нормам автодорожные тоннели длиной до
150 м могут проветриваться естественным путем, тоннели длиной
150—400 м при недостаточности естественного проветривания долж-
ны оборудоваться искусственной вентиляцией, а тоннели длиной
более 400 м — иметь принудительную искусственную вентиляцию.
Искусственную вентиляцию устраивают также в городских транс-
портных тоннелях, длина закрытой части которых превышает 150—
400 м.
Применение искусственной вентиляции обусловлено необходи-
мостью снижения до допустимой концентрации вредных газов, уст-
ранения задымления и запыленности воздуха, создания в тоннеле
нормального температурного режима. Вентиляция должна также
способствовать локализации возможных пожаров, а в районах с
суровыми климатическими условиями — предотвращению обледе-
нения проезжей части, внутритоннельных конструкций и эксплуа-
тационного оборудования.
430
" Основной источник газовыделений в тоннелях — двигатели ав-
томобилей, выделяющие различные газы и соединения, наиболее
токсичные из которых окись углерода СО, окислы азота NOX,-угле-
водороды CmHn и сажа. Тепловыделения в тоннелях обусловлены
автомобильными двигателями, вентиляторами, электродвигателя-
ми, осветительными устройствами, а также находящимися в тонне-
ле людьми.
Искусственная вентиляция тоннелей осуществляется за счет
воздухообмена путем подачи свежего воздуха, удаления загрязнен-
ного или одновременной подачей свежего и вытяжкой отработавше-
го воздуха.
Расчет искусственной вентиляции сводится к определению рас-
хода и давления подаваемого в тоннель воздуха, по которым выби-
рают вентиляционную установку.
Расход воздуха по газовыделениям определяют из условия сни-
жения до допустимой концентрации окиси углерода СО:
/а L
Qco ~ (тк <7ок + тя <?од), (45.1)
1'а (А —А )
где 7а — часовая интенсивность движения, авт./ч; L — длина тоннеля или его
участка с одним уклоном, км; га—средняя скорость движения потока автомоби-
лей по тоннелю, км/ч; А — предельно допустимая концентрация (ПДК) СО в воз-
духе тоннеля, мг/м3; А' — концентрация СО в приточном воздухе, мг/м3; тк, тл—
доля автомобилей с карбюраторными двигателями и дизелями соответственно;
<7ок. <7од — количество СО, выделяемого в единицу времени одним «осредненным»
автомобилем с карбюраторным двигателем и дизелем при движении на опреде-
ленном уклоне с определенной скоростью, мг/с.
Значения ПДК СО зависят от времени нахождения транспорт-
ных средств в тоннеле t и составляют 150 мг/м3 при t менее 15 мин
и 100 мг/м3 при t от 15 до 30 мин. Концентрацию СО в приточном
воздухе при отсутствии данных соответствующих анализов следует
принимать не более 1 мг/м3.
Объем выделений СО двигателями «осредненных» автомобилей
определяют по процентному содержанию СО в отработавших га-
зах в соответствии с типом двигателя, режимом и скоростью дви-
жения, уклоном проезжей части тоннеля и др.
Для проветривания автодорожных и городских тоннелей приме-
няют продольную, поперечную или комбинированную системы ис-
кусственной вентиляции. При этом подача и вытяжка воздуха мо-
гут производиться через порталы (портальная схема), шахтные
I стволы (шахтная схема) или через порталы и шахтные стволы
(портально-шахтная схема).
При продольной системе воздух подается и удаляется
по всему сечению тоннеля со скоростью до 6 м/с (в особых случа-
ях— до 10 м/с) вентиляторами, установленными у порталов
(рис. 45.1, а). Такую систему целесообразно применять в тоннелях
длиной не более 1 км (при портальной схеме) с односторонним дви-
жением транспорта. Основные недостатки продольной системы —
431
неравномерность проветривания по длине тоннеля, подверженность
естественной тяге воздуха.
Получает распространение продольно-струйная сис-
тема вентиляции, при которой для интенсификации проветрива-
ния на стенах или потолке тоннеля через 50—80 м устанавливают
реверсивные осевые вентиляторы, создающие высокоскоростной
(до 30—40 м/с) поток воздуха, который возбуждает вторичный воз-
душный поток в тоннеле (рис. 45.1, в). Применение такой системы
возможно в тоннелях длиной до 1,5—2 км (при портальной схеме).
Наиболее эффективной является поперечная система
вентиляции с подачей и вытяжкой воздуха по продольным кана-
лам (со скоростью до 15—20 м/с), расположенным за пределами
габарита приближения строений и оборудования (рис. 45.1, б).
Воздух из приточного канала поступает со скоростью 3—5 м/с по
поперечным каналам высотой 7—14 см и шириной 50—200 см, рас-
...............Л С.............. ~ ,,
tiujiu/Kcnnr>nvi через ч—м м и удаллен-л через оопл/ппыс июсрешл г>
вентиляционной перегородке шириной 120—200 см и длиной 12—
40 см. В тоннелях кругового поперечного сечения приточный и вы-
Рис 45.1. Системы искусственной вентиляции автодорожных тоннелей:
а — продольная, б — поперечная, в — продольно-струйная,
/—тоннель; 2 -- шахтный ствол; 3 — вентиляционный киоск; 4 — направление движения
воздуха, 5 — вытяжной канал; 6 — приточный канал; 7 — струйные вентиляторы
432
тяжной каналы располагаются под проезжей частью и над ней, в
тоннелях сводчатого очертания — над проезжей частью, а в прямо-
угольных тоннелях — сбоку от проезжей части.
Поперечная система является весьма дорогостоящей, однако
обеспечивает равномерное проветривание, не подвержена действию
естественной тяги воздуха, способствует локализации возможных
пожаров. Применение ее ограничено тоннелями длиной до 1,5—
1,6 км (при портальной схеме) с интенсивным движением.
Существуют также комбинированные системы вентиляции: по-
лупоперечная с подачей воздуха по каналу и вытяжкой по тонне-
лю и полупродольная — с подачей воздуха по тоннелю и вытяжкой
по каналу. Предназначены они для проветривания тоннелей до
1,5 км.
Для подачи и вытяжки воздуха применяют центробежные вен-
тиляторы низкого, среднего и высокого давления, а также осевые
Вентиляционные ^становии
располагают у порталов тоннелей или в подземных камерах.
45.2. Искусственное освещение и водоотвод
Искусственное освещение. Автодорожные и городские тоннели
должны иметь круглосуточное искусственное освещение, обеспечи-
вающее ясную видимость движущихся автомобилей, световых сиг-
налов и указателей, установленных в тоннеле, а также давать воз-
можность водителям обнаруживать различные препятствия.
• Уровень освещенности в тоннеле должен изменяться в зависи-
мости от уровня освещенности на поверхности земли в разное вре-
мя суток и года, а также с изменением метеорологических условий.
В достаточно протяженных автодорожных и городских тонне-
лях устраивают плавный световой переход, постепенно
изменяя уровень освещенности по длине тоннеля для лучшей адап-
тации зрения водителей. С этой целью тоннель разбивают на зо-
ны с разным уровнем освещенности: подъездную, пороговую, пе-
реходную, основную и выездную, длина каждой определяется
в зависимости от расчетной интенсивности и скорости движения
автомобилей, расположения тоннеля в плане и профиле и др.
Для освещения автодорожных и городских автотранспортных
тоннелей используют светильники с одной или несколькими газо-
разрядными лампами низкого или высокого давления. Их устанав-
ливают на стенах, потолке или в местах сопряжения стен с потол-
ком непрерывно вдоль оси проезда на высоте не менее 4 м от уров-
ня проезжей части. В пределах пороговой, переходной и выездной
зон возможна установка светильников в несколько рядов.
Регулирование освещения в тоннелях обеспечивается автомати-
чески в зависимости от изменения освещения на поверхности зем-
ли, а также дистанционно — из помещения дежурного. На случай
внезапного отключения основного освещения или аварии в тонне-
433
ле должно быть предусмотрено аварийное освещение от автоном
ного источника питания.
Водоотвод. Для отвода воды в автодорожных тоннелях устраи
вают открытые или закрытые водоотводные лотки, размещаемые'
по краям проезжей части, или глубокие лотки (трубы), распола-
гаемые под серединой проезжей части и связанные с приемными
колодцами водоотводящими трубами. Приемные колодцы с отстой-
никами должны быть расположены не реже чем через 40 м. Про-
дольный уклон лотков (труб) принимают равным продольному ук-
лону проезжей части тоннелей, но не менее 3%о. В горных тоннелях
с односкатным и двухскатным выпуклым продольным профилем
отвод воды осуществляется самотеком. В тоннелях с двухскатным
профилем вогнутого очертания (подводные и городские тоннели)
на рамповых участках устраивают поперечные водоотводные лот-
ки, по которым дождевые и ливневые воды попадают в водоприем-
ные колодцы, размещаемые под проезжей частью у порталов тон-
неля. Из колодцев вода поступает в водоотводную сеть тоннеля или
сразу сбрасывается в городской водосток (в городских тоннелях).
Вода по лоткам или трубам поступает в водосборники — зумпфы,
устроенные в наиболее пониженной части тоннеля, где располага-
ется камера дренажной перекачки с насосным оборудованием. Из
водосборника вода грязевыми насосами перекачивается по напор-
ному трубопроводу в городской водосток (в городских тоннелях)
или непосредственно в пересекаемое тоннелем водное препятствие
(в подводных тоннелях).
В пешеходных тоннелях для отвода воды устраивают приямки
глубиной до 1,5 м на всю ширину пешеходного тоннеля и длиной
не менее 2,5 м, перекрываемые решетками. Приямки оборудуют
водяным смывом и водоотводной системой, по которой сточные во-
ды поступают в дренажную перекачку или непосредственно в го-
родской водосток (если он залегает ниже подошвы тоннеля).
Контроль за уровнем воды в водосборниках, а также управле-
ние насосными агрегатами в большинстве случаев автоматизиро-
ваны. Уровень контролируется датчиками с поплавковыми реле.
45.3. Устройства, обеспечивающие безопасность движения
в тоннелях
Для регулирования движения у порталов автодорожных и го-
родских тоннелей устанавливают световые сигналы с дистанцион-
ным управлением из помещения дежурного.
Все тоннели длиной более 300 м должны иметь заградительную
сигнализацию, включающую световые сигналы у порталов, запре-
щающие въезд в тоннель в случае аварийной ситуации. Кнопки за-
градительной сигнализации должны быть расположены через 60 м
по длине тоннеля.
434
I
В тоннелях длиной более 300 м предусматривается телефонная
связь с помещением технического надзора. Телефонные аппараты
устанавливают у порталов и не более чем через 150 м в тоннеле.
В автодорожных тоннелях длиной более 1 км должны быть ус-
тановлены громкоговорители местного вещання из помещения де-
журного. В ряде тоннелей для контроля за габаритной высотой
провозимых грузов применяют специальные устройства (световой
луч, гибкие шланги с сжатым воздухом, нейлоновая нить и др.),
при пересечении или контакте которых с негабаритным грузом раз-
дается предупредительный сигнал.
Общее визуальное наблюдение за автомобильным движением в
тоннелях может осуществляться с применением телевидения. Про-
мышленные телекамеры, установленные на подходах и в самом
тоннеле, передают изображение в диспетчерское помещение. Теле-
камеры включаются периодически, а также в случае необходимос-
ти при аварийной ситуации.
Для определения скорости движения по тоннелю применяют
стационарные радары, магнитные детекторы, емкостные фотоэлек-
трические или пневматические контурные датчики, размещаемые
через 80—100 м под проезжей частью тоннеля. Радары и датчики
включают световые предупредительные сигналы при превышении
автомобилем допустимой скорости движения.
Для предотвращения обледенения проезжей части у порталов
автодорожных и городских тоннелей в зимнее время возможно уст-
ройство системы искусственного обогрева. Для этого под слоем до-
рожной одежды укладывают электронагреватели (реже водо- или
воздухонагреватели). Аналогичным образом предусматривают обо-
грев лестничных и пандусных сходов пешеходных тоннелей. Конт-
роль за работой нагревателей осуществляется с использованием
температурных датчиков, которые включают систему обогрева при
температуре окружающего воздуха ниже 0°С и отключают при
положительной температуре.
Автодорожные и городские автотранспортные тоннели длиной
более 300 м оборудуют специальными средствами пожаротушения.
В большинстве случаев в тоннелях устраивают противопожар-
ный водопровод в виде закольцованной сети магистральных трубо-
проводов диаметром 100 мм с водоразборными гидрантами через
100—150 м. Через каждые 150 м по длине тоннеля должны разме-
щаться огнетушители массой до 6 кг (по 2 шт.). Тоннели оборуду-
ют противопожарной сигнализацией в виде системы датчиков, реа-
гирующих на изменение температуры и подающих сигналы в поме-
щение технического надзора. При этом автоматически включаются
светильники аварийного освещения, запрещающие световые сигна-
лы у порталов, и устанавливается соответствующий режим венти-
ляции.
В крупных автодорожных и городских тоннелях целесообразно
устройство спринклерных или дренчерных систем пожаротушения,
435
автоматически включающихся при срабатывании датчиков макси-
мальной температуры.
Управление за работой всех эксплуатационных систем и уст-
ройств осуществляется из диспетчерского помещения, расположен-
ного у одного из порталов тоннеля. Обработка поступающей ин-
формации может быть автоматизирована с использованием ЭВМ.
Контрольные вопросы
1. Каковы цели и задачи искусственной вентиляции тоннелей?
2. Из каких условий определяют расход н давление подаваемого в тоннель
воздуха?
3. Какие системы искусственной вентиляции применяют в автодорожных тон-
нелях?
4. Что такое «плавный световой переход», с какой целью и как его устраива-
ют?
5 Какие устройства и оборудование входят в систему тоннельного водоот-
вода?
6. Какими средствами обеспечивается безопасность движения в тоннелях?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бобриков Б. В., Русаков И. М., Царьков А. А. Строительство
мостов: Учеб, для вузов. 2-е изд., перераб. и доп.; Под ред. Б. В. Бобрикова. М.:
Транспорт, 1987. 304 с.
Браславский В. Д., Львович Ю. М., Грицюк Л. В. Противо-
оползневые конструкции на автомобильных дорогах. М.: Транспорт, 1985. 301 с.
Вантовые мосты / А. А. Петропавловский, Е. И. Крыльцов, Н. Н. Богданов
и др.; Под ред. А. А. Петропавловского. М.: Транспорт, 1985. 224 с.
Г н б ш м а н М. Е., Попов В. И. Проектирование транспортных соору-
жений: Учеб, для вузов. М.: Транспорт, 1988. 447 с.
Кириллов В. С. Основания и фундаменты. М.: Транспорт, 1980. 392 с.
Клейн Г. К., Черкасов И. И. Фундаменты городских транспортных
сооружений. М.: Транспорт, 1985. 233 с.
Колоколов Н. М., Вейнблат Б. М. Строительство мостов: Учеб,
для вузов. М.: Транспорт, 1984. 504 с.
Маковский Л. В. Городские подземные транспортные сооружения. М.:
Стройиздат, 1985. 439 с.
Мосты и тоннели на железных дорогах: Учеб, для вузов / В. О. Осипов,
В. Г. Храпов, Б. В. Бобриков и др.; Под ред. В. О. Осипова. М.: Транспорт,
1988. 367 с.
Потапкин А. А. Проектирование стальных мостов. М.: МАДИ, 1984.
105 с.
Проектирование металлических мостов: Учеб, для вузов / А. А. Петропавлов-
ский, Н. Н. Богданов, Н. Г. Бондарь и др.; Под ред. А .А. Петропавловского. М.:
Транспорт, 1982. 320 с.
Смородинов М. И., Федоров Б. С. Устройство сооружений и фун-
даментов способом «стена в грунте». М.: Стройиздат, 1986. 216 с.
Т е т о р А. Н. Облегченные подпорные стены в транспортном строительстве.
М.: Транспорт, 1987. 79 с.
Толмачев К- X. Автомобильные дороги. Специальные сооружения. М.:
Транспорт, 1986. 200 с.
Тоннели и метрополитены / Под ред. В. Г. Храпова. М.: Транспорт, 1989.
383 с.
436
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Аварии на мостах 335—336
Автоматизированная система учета
состояния мостов 320—322
Автоматическая сварка 47
Автотранспортные тоннели 376—378
Алюминиевые сплавы 13—14
Антисептирование древесины 261
Арки:
бесшарнирные 127
двутавровые 130
двухшарннрные 127—128
клепаные 129—130
коробчатые 130
решетчатые 132
сварные 13G
серповидные 131—132
со сквозными стенками 128
со сплошными стенками 128
трехшарнирные 127—128
трубчатые 130—>131
Армирование труб 197, 200
Арочные мосты:
конструкция 126—133
металлические 21
расчет 141 —143
Б
Базисный тоннель 372
Балки жесткости:
вантовых и висячих мостов 150—
152
комбинированных мостов 138
Балки со сплошной стенкой 41—48
Балконы на горных дорогах 228—229
Балочная клетка пролетных строений:
расчет 57—60
со сплошными стенкми 30—32
с решетчатыми фермами 87
Балочио-консольные металлические
мосты 21
Балочно-рамные пролетные строения:
конструкция 140
расчет 144i—145
Балочные металлические пролетные
строения:
неразрезные 19
разрезные 19
Банк данных информационной систе-
мы 320
Бездонные опускные ящики 281
Безопасность движения по мостам
335—340
Боковое давление ветра 116
------грунта 182—183
Боковой ветер на мостах 337
Бурение скважин 291—292
Бурильные машины 293—294
— молотки 412
Буровзрывной способ проходки 412
Буровой агрегат 412—413
Буровые станки 292—293
В
Вантовая ферма 146
Вантовые мосты:
веерные 147
многовантовые 148
радиально-вантовые 147—148
с балкой жесткости 146
с вантовыми фермами 146
С П2п2ЛЛ0ЛЬНЫМи иянтями 146
Ватерлиния 250
Вентиляция тоннелей 430—433
Вершинный тоннель 372
Ветрозащитные ограждения для мо-
стов и насыпей 338—339
Вибромолоты 286
Вибропогружатели 285—286
Виды:
арочных мостов 126—129
балочной клетки проезжей части
30—31
вантовых мостов 145—147
висячих мостов 148—149
деформационных швов 36—37
галерей 230—232
мостов комбинированных систем
135—137
наплавных мостов 237—238
опор 158—163
ортотропного настила 29—30
подпорных стен 214
пролетных строений со сплошными
стенками 23—26
рамных мостов 134
решеток ферм 101 —102
сечений сталежелезобетонных балок
4®
специальных сооружений на горных
дорогах 212—213
тоннелей 369—371
тротуаров н ограждений автодо-
рожных металлических мостов 33—
34
труб 192—196
ферм 86—90
Включение в работу ферм плиты про-
езжей части 97—99
Водоизмещение понтона 250
Водомерная рейка 322
437
Водоотвод в тоннелях 434
Выносливость элементов ферм 113
Высадка уголков жесткости 43
Высокопрочные болты 42
Высота:
арок 131
арочных шпренгелей 137
балки жесткости вантовых мостов
146
—— висячих мостов 147
балок сталежелезобетонных мостов
26
бордюра тротуара 33
главных балок со сплошной стенкой
26
двутавров 17
жесткой затяжки 136
комбинированных пролетных строе-
ний 136—138
метацентрическая 251
опор 158—159
пилонов вантовых мостов 146
подпорных стен 217
продольных балок проезжей части
32
ребер ортотропного настила 29
решетчатых ферм 88—90
ригеля рамных мостов 134
швеллеров 16
Г
Габариты автодорожных мостов 373—
374
Г алереи:
арочные 232—233
балочные 232—233
консольные 231
легкого типа 230
противолавинные 230
противообвальные 230
снегозащитные 230
тяжелого типа 231
Геодезическая основа:
высотная 382
плановая 381—382
Геодезическо-маркшейдерские работы
в тоннелестроении 381—383
Гибкая затяжка 138
Гибкие арматурные связи сталежеле-
зобетонных пролетных строений 51—
52
Г ибкость:
балки из плоскости стенки 77
элементов продольных связей 119
— ферм 111
Гидроизоляция труб 199—200
Горное давление 398—399
Горные тоннели 372—374
Горный способ строительства тонне-
лей 411—418
Горячекатаные трубы 17
Гофрированные металлические трубы
202—204
Гребенчатые деформационные швы 38
Грузоподъемность:
мостов 366—368
плавучей опоры 250—251
Грунтовые анкеры 426
— перемычки 293
Д
Давление грунта на трубу 208—209
Двутавры 17
Деревянная проезжая часть 27—28
Дефекты:
деревянных мостов 324—325
железобетонных мостов 332—333
металлических мостов 329—330
Деформационные швы 35—39
Диффузионное антнсептипопан,,А
261—262 Г'
Длина:
двутавровых балок 17
листовой стали 16
монтажных балок металлических
пролетных строений 46
соединительных планок в фермах
93
углового проката 16
швеллеров 16
Дощатый настил 27—28
Ж
Железобетонные трубы 196—199
— тюбинги 388
Жесткая арка с гибкой затяжкой
138
— затяжка 136—137
Жесткие упоры сталежелезобетониых
пролетных строений 51
Жесткость висячих мостов 148
— пролетных строений 124—125
3
Заборные стенки 165
Завод МЖБК 262
Заводские стыки монтажных блоков
46—47
Загнивание деревянных мостов 324—
325
Защита:
окружающей среды 344—346
опор мостов 340—344
от коррозии металлических мостов
13
--- стальных труб 205
Защитные ограждения на мостах и
подходах 339—340
---опор 343—344
438
и
Изгибающие моменты:
в арках 142
— арочных системах 127—128
— балансире опорной части 122
— вантах 155
— железобетонных трубах 210
— монтажных стыках балок 83—85
— неразрезиой главной балке при
навесном монтаже 61—62
— поперечных балках 61
— портальных рамах 420
— продольных балках 58—59
— решетчатых фермах НО, 112
— связях 119
при потере общей устойчивости
балок 77
Изготовление арматуры 264—265
Износ мостов:
моральный 347
физический 347
Инженерно-геодезические изыскания
в тоннелестроении 381—382
Инженерно-геологические изыскания
в тоннелестроении 379—381
Интенсивность горизонтальной ветро-
вой нагрузки 116
Искусственное освещение тоннелей
433—434
— регулирование усилий в стале-
железобетонных пролетных строе-
ниях 54
Испытания мостов:
динамические 364—366
статические 361—364
История развития металлических мо-
стов 3—11
К
Кабелн вантовых и висячих мостов
148, 151—153
Каменные и бетонные трубы 200—
201
Капитальный ремонт сооружений 320
Каркасы для направляющих уст-
ройств 287—288
Кипящая сталь 12
Классы сталей 13
Клепаные балки 42—43
Комбинированные системы мостов
22—23
---пролетных строений 135—141,
143—144
Компенсаторы 47, 94
Кондукторы для погружения свай
289
Контрфорсы 215
Копры 287—288
Коробчатые балки 40—41
Коробчатый устой 177
Коррозия стали 13
Косогорная труба 196
Котлованный способ строительства
тоннелей 425
Коэффициенты:
вертикального давления грунта 208
динамический 58—59
крепости 398
линейного расширения стали 122
многополосностн 58
надежности по нагрузке 57
неравномерности включения в ра-
боту главных балок ортотропной
плиты 66
переходные для расчетных сопро-
тивлений 18
полноты площади ватерлинии 250
поперечной установки 58
постели 184
продольного изгиба 77
пропорциональности 184
Пуассона 207
снижения грузоподъемности 321
— долговечности 321
— пропускной способности 321
трения 75
упругого защемления стенки балки
80—81
условий работы 64
Краны:
козловые 310
плавучие 311
самоходные 309—310
шлюзовые 311—312
Крепь:
анкерная 415
арочная 415
комбинированная 416
контурная 415
набрызгбетонная 4116
опережающая бетонная 417
Л
Ледовая нагузка 182
Ледорезы 160
Лестничные сходы 396—397
Линии влияния:
давлений на поперечные балки 60
---- продольные балки 58
усилий в вантах 155
— — кабеле висячего моста 156
---- наплавных мостах 252—254
Листовая сталь 15—16
Листовой прокат 15
Литая сталь 13
М
Малоуглеродистая сталь 12
439
Материалы:
для металлических мостов 11—15
— опор 158
— труб 136, 207
Металлические трубы 201—206
Метацентрический радиус 251
Метацентр плавучей опоры 251
Модуль сдвига стали 18, 77
— упругости прокатной стали и
стального литья 18
Молоты для забивки свай 285
Монолитные опоры 174—176
— устои 176—177
Монтажные блоки пролетных строе-
ний 46
— работы 300—301
— соединения элементов ортотроп-
ного настила 46—47
и
Навал судов на опоры 341—343
Навесная сборка 304—308
Навесное бетонирование пролетных
строений 268—271
На1ельная крепь 221—222
Нагрузки:
на галереи 235
— главные балки 61
— наплавные мосты 253
— обделки тоннелей 397—401
— опорные части 120
— плавучие опоры 249—250
— плиту проезжей части 56
— поперечные балки 60
— продольные балки 57
— промежуточные опоры 178—183
— связи пролетных строений 115—
116
— трубы 207—209
— устои 179—180
от навала судов 182
Надарачиое строение 132
Надвижка пролетных строений 313—
315
Надводный борт плавучей опоры 252
Накаточные устройства 314—315
Наметка металла 272—273
Наплавные колодцы 299
Наплавные мосты:
деревянные 239—2411
железобетонные 245—246
металлические 241—245
обычного типа 238
плашкоутные 237
понтонные 237—238
постоянного уровня 238—239
сезонные 239
Направляющие устройства для погру-
жения свай 287—288
Неравносторонняя угловая сталь 16
Низколегированные стали 12
Новый австрийский способ проходки
тоннелей 417—418
Нормативный прогиб пролетного
строения 124
О
Обделки тоннелей:
круговые железобетонные 388—390
— металлические 386—388
прямоугольные автотранспортных
тоннелей 391—392
— пешеходных тоннелей 393—394
сводчатые монолитные 384—386
— сборные 386
Обжатие обделки 390
Образование отверстий в металле
274—275
Обратные стенки опор 161
Обсадные 1рубы 291—232
Обследование мостов 319
Обсыпные устои 162
Общая устойчивость сжато-изогну-
тых элементов 112
------стержня 111
Объединение железобетонной плиты и
стальных балок 50—51
Оголовки труб 192—194
Одежда ездового полотна 27
Окраска металлических конструкций
329—330
Опорные части:
балансирные 106
многокатковые 107—108
неподвижные 104—106
подвижные 104—106
расчет 120—124
секторные 106—107
Опоры:
многостоечиые 161
монолитные 160, 174—177
опоры-стенки 161
промежуточные 158
расчет 177—191
сборно-монолитные 158, 171 —174
сборные 158, 1169—171
свайные 161, 163—167
с водорезами 160
столбчатые 161, 167—169
устои 158
Определение усилий:
в гибких опорах 183—186
— главных балках 61—64
— поясах связей 117
— продольных балках 57—58
— раскосах 117
— распорках 118
— элементах проезжей части 55—
61
440
Опускные колодцы 297—300
Ортотропная плита проезжей части
56—57
Ортотропный металлический настил
29, 45—46
Осадка плавучей опоры 251
Осмотры сооружений 319
Остойчивость плавучей опоры 251
Отверстия труб 196
Отвод воды с проезжей части 27
Оттяжки вантовых и висячих мостов
154
П
Паромная переправа 239
Паромы 247—248
Перевозка сборных конструкций
275—280
Перемещения1
в деформационных швах 36
— опорных частей 122—123
Переходные плиты 166
Перила металлических мостов 35
Петлевые гибкие упоры сталежелезо-
бетониых пролетных строений 52
Пешеходные тоннели 378—379
Пилоны вантовых и висячих мостов
150, 153—154
Плавучие опоры 315—316
Планировочные схемы:
пешеходных тоннелей 378
транспортных тоннелей 376
Плашкоут 240
Плитные мосты 164
Погружение свай и оболочек 285—290
Погрузочные машины 414
Подвески висячих мостов 151
Подводное бетонирование 293—294
Подводные тоннели 374—375
Подземная полигонометрия 382—383
Подмости:
для изготовления пролетных строе-
ний 268—269
— сборки пролетных строений 302—
303
Подмыв свай 289
Подпорные стены:
верховые 214
гравитационные 214—219
заанкеренные 220—224
из армированного грунта 218—219
инзовые 214
сборные железобетонные 217—218
Полигоны 262
Полимерные трубы 206—207
Пологость арок 129
Полумосты 225—226
Полунавесная сборка 308
Понтоны:
железобетонные 245—246
металлические 241—242
Поперечные сечения:
арок 130
балконов 228
балочной клетки 31
вантовых мостов 150—152
галерей 231—233
заанкеренных стен 220
комбинированных мостов 138—139
наплавных мостов 243, 245
плашкоутов 240
подпорных стен 214—218
проезжей части 28
пролетных строений со сплошной
стенкой 38—41
---с фермами 87
рамп 396
тоннелей 385—394
труб железобетонных 197—198
— камспиых и бетонных 200—201
— металлических 202—205
— полимерных 206—207
элементов клепаных ферм 91—92
— сварных ферм 93—94
эстакад 227
Поперечные силы:
в арках 142
— монтажных стыках балок 84—85
— продольных балках 59—60
— стальных сечениях 64
Поперечные удары от подвижной на-
грузки 116—117
Поперечный уклон проезжей части 27
Порталы тоннелей 395
Правка стали 272
Пристань для паромов 247
Причальные устройства для паромов
247—248
Проверка устойчивости балок 76—82
Провозная способность эскалатора
379
Прогибомер 363
Прогибы пролетных строений 124—
125
Продольные балки, расчет 57—61
Проезжая часть металлических авто-
дорожных мостов 26—30
Прокатный металл 15
Пролеты:
арочных мостов 8
балочных металлических мостов 19
вантовых мостов 22, 146—147
каменных и бетонных труб 200
мостов с ортотропной плитой про-
езжей части 30
— со сплошными балками 24—25
— с фермами 86
441
плиты проезжей части 31
Промежуточные опоры 158
Пропуск ледохода 323—324
Пропускная способность:
паромной переправы 248—249
пешеходного тоннеля 379
Противоугонные планки 108
Прочность:
стальных сечений 64—69
элементов ферм 108—111
Р
Равносторонняя угловая сталь 16
Радиус инерции сечения элемента
фермы 111
Разбивка мостов 278—280
Разметка металла 272—273
Рамные мосты:
конструкция 133—135
расчет 141
Рамные пролетные строения 22
Рампы тоннелей 395—396
Раскрытие деформационного шва 36
Распор:
арки 141 —143
висячего моста 156
Расчет:
арочных мостов 141—143
вантовых мостов 154—155
висячих мостов 155—157
галерей 234—235
комбинированных систем 143—144
Расчет металлических пролетных
строений:
главных балок 61—64
на жесткость 124—125
опорных частей 120—124
определение усилий 55—56
плиты проезжей части 56—57
поперечных балок 60—61
продольных балок 57—60
прочности сварного соединения 68—
69
— стальных сечеиий 64—69
связен пролетных строений 115—120
сопряжений железобетонной плиты
с металлическими балками 73—76
сталежелезобетонных 69—73
стыков балок 82—86
узлов ферм 113—115
упоров сталежелезобетонных балок
74—75
устойчивости балок 76—82
— ферм 108—113
Расчет наплавных мостов 252—257
Расчет обделок тоннелей:
кругового очертания 405—407
прямоугольного очертания 407—410
сводчатого очертания 401—404
Расчет опор:
на прочность 188—190
— трешиностойкость 191
— устойчивость 186—188
плавучих 249—252
усилия от горизонтальных нагрузок
183—186
Расчет подпорных стен 222—224
— рамно-балочных мостов 144—145
— рамных мостов
Расчет труб:
гибких металлических 211
нагрузки 207—209
на прочность 210
прямоугольных железобетонных 210
стальных гофрированных 210—211
Расчет усиления мостов 355—357
Расчетная разность температур 122
Расчетные сопротивления стали 18
Расчетные схемы:
пояса фермы ПО
продольных связей 117
фермы 109
Ребра жесткости 44
Резка металла 273
Реконструкция:
мостов 357—359
труб 359
Речные баржи 242—243
С
Самоходные паромы 247
Сборка деревянных ферм 260
Сборно-монолитные опоры 171—174
Сборные опоры 169'—171
— плиты проезжей части 28—29
Сборочно-сварочные кондукторы
273—274
Свайные опоры 163—167
Сварка металла 273
Сварные двутавровые балки 43—44
Сварные монтажные стыки 47
Сварочные автоматы 273—274
Свободная длина арки 143
Связи в балочных пролетных строе-
ниях:
поперечные 99
продольные 99
расчет 115—120
Сечения:
двутавровых стальных балок 42
сварных элементов ферм 94
сталежелезобетонных балок 49
элементов клепаных ферм 91
— связей 103
Системы:
арочных мостов 126—129
вантовых и висячих мостов 145—
148
442
металлических мостов 19—23
мостов со сплошными балками 24—
25
Скальные анкеры 221
Скоростной напор ветра 116
Содержание:
деревянных мостов 324—329
железобетонных мостов 331—334
металлических мостов 329—331
мостовых переходов 322—324
Сопряжение:
железобетонной плиты с металли-
ческими балками 73—76
мостов с подходами 165—166
продольных балок с поперечными
32
Сортамент металла для мостострое-
ния 15—18
Спокойная сталь 12
Способ опускных секций 429
— продавливания 428
Срок службы моста 347—348
Сталежелезобетонные пролетные
строения:
конструкция 48—54
расчет 69—73
Стапели 301
Стена в грунте 428
Стенды для изготовления балок:
передвижные 266
стационарные 264—265
Столбчатые опоры 167—169
Стрела:
главного кабеля висячего моста 147
подъема арки 129
фермы вантового моста 146 '
Строительные стали 11—13
Строительный подъем 195
Стыки балок, расчет 82—86
— звеньев труб 199
Схемы:
для расчета фасонок 114
мостов арочных 126
— вантовых 146'—147
— висячих 238
— комбинированных 136—137
— металлических 19—20
— наплавных 238
— рамных 134
— со сплошными балками 24—25
опорных частей 104—105
паромных переправ 246
Т
Текущее содержание сооружений 319
Текущий ремонт сооружений 319—320
Телескопическая опалубка дли об-
делки 418
Температурная деформация 35
Тензометры 362—363
Технический учет 318
Техническое состояние моста 321
Тиксотропная рубашка опускного ко-
лодца 298—299
Толщина:
асфальтобетонного покрытия 27
каменных и бетонных труб 201
листов стали 16
монтажных блоков 46
подпорных стен 215—216
покрывающего листа ортотропной
плиты 57
полимерного покрытия 27
тротуарного покрытия из литого
асфальта 35
упоров сталежелезобетонных балок
74-75
фасонного листа 113
элементов клепаных балок 43
— ортотропного настила 29
— сварных балок 44
Тоннелепроходческие машины 413—
415
Тоннельная обделка 383—384
Транспортный шум 345—346
Траншейный способ строительства
тоннелей 427—428
Требования к деформационным швам
36
Тротуары металлических мостов 33
Трубы:
бесфундаментные 197
бетонные 200—201
железобетонные 196—200
каменные 200—201
металлические 201—206
полимерные 206—207
расчет 207—211
фундаментные 197
Турбобуры 291
У
Угловая сталь 16
Уголки жесткости 43
Угон катков 331
Узловые соединения ферм 95—96
Узлы ферм 95—97, ИЗ—115
— вантовых и висячих мостов 152
— прикрепления связей 103
Уклоны:
граней опор 160
— подпорных стен 215
лотка в деформационном шве 37
подферменных площадок 159
полок двутавров 17
— швеллеров 16
поясов двутавровых балок 44
443
проезжей части 33
тротуара 33
Укрупнительная сборка элементов 301
Упоры в сталежелезобетонных про-
летных строениях:
жесткие 51
расчет 74—75
Упругий отпор грунта 400
Усиление мостов:
деревянных 348—350
железобетонных 353—355
металлических 354—353
Усталостное разрушение стали 330
Установка балок 309—312
Устои 158
Устойчивость арки 143
— балки местная 78—82
----общая 76—78
— опор 186—188
— элементов ферм 111—113
Ф
Фасонные листы (фасонки) 95
Фермы:
клепаные 91—92
со сварными элементами 93—95
Фермы пролетных строений:
неразрезные 90
с гибкими нижними поясами 89
со шпренгельной решеткой 88—89
с параллельными поясами 88
— полигональным верхним поясом
89
Фермы связей 99—102
Формовочные работы 264—265
Формулы внецентреннего сжатия 71 —
72
Фрикционные соединения на высоко-
прочных болтах 47
Фундаменты:
из опускных колодцев 297—300
мелкого заложения 280—300
X
Хладоломкость стали 13
Ц
Центробежные нагрузки на мосты 116
Цепной висячий мост 148
Ч
Чугунные трубы 206
Ш
Шаблоны-кондукторы для заострения
свай 259
Шаг поперечных балок 31
Шарнирно-изменяемая обделка 389
Швеллеры 16
Ширина:
двутавров 17
коробчатых балок 40
лисюв егалп 16
монтажных блоков 46
оголовков опор 159
ортотропной плиты расчетная 65
плиты сталежелезобетонныд про-
летных строений расчетная 69—70
тротуаров 33
Широкополочные двутавры 7
Шпунт деревянный 281
— металлический 282
Шпунтовыдергнвателн 286
Шпуятовые ограждения 281—282
Шумозащитные экраны 346
Щ
Щитовая проходка 419—425
Щитовые домкраты 420—421
Щиты проходческие:
автоматизированные 419
механизированные 419
немеханизнрованные 419-
Э
Элементы ферм 91—95
Эстакады 225
ОГЛАВЛЕНИЕ
РАЗДЕЛ 5. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МОСТЫ.....................................3
Глава 21. Общие сведения о металлических мостах...................3
21.1. Краткий исторический очерк развития металлических мостов . . 3
21.2. Материалы металлических мостов.............................11
21.3. Сортамент металла, применяемого в мостостроении .... 15
21.4. Основные системы металлических мостов......................19
Глава 22. Пролетные строения со сплошными балками................23
22.1. Виды пролетных строений со сплошными балками...............23
22.2 Конструкция проезжей части . . .......................26
22.3. Балочная клетка проезжей части.............................30
22.4. Тротуары и перила металлических мостов.....................33
22.5. Конструкции деформационных швов...........................35
22.6. Типы поперечных сеченнй пролетных строений.................38
22.7. Конструкции балок пролетных строений.......................41
22.8. Особенности конструкции балок сталежелезобетонных пролетных
строений.........................................................48
Глава 23. Расчет пролетных строений со сплошной стенкой 55
23.1. Определение усилий в элементах проезжей части и главных балках 55
23 2. Проверка прочности стальных сечений ... .... 54
23.3. Проверка прочности сечений металлических балок, объединенных
с железобетонной плитой..........................................§9
23.4. Расчет сопряжения железобетонной плиты с металлической балкой 73
23.5. Проверка общей и местной устойчивости балок................7g
23.6. Расчет стыков балок........................................82
Глава 24. Балочные пролетные строения с фермами..................8g
24.1. Компоновка пролетных строений с фермами. Основные схемы ферм 86
24.2. Конструкция элементов ферм.................................91
24.3. Конструкция узлов ферм.....................................96
24 4. Пролетные строения с включением в работу ферм плиты проезжей
части........................................................ ... 97
24.5. Связи в балочных пролетных строеииих.......................99
24.6. Опорные части балочных мостов.............................104
Г лава 25. Расчет ферм, связей и опорных частей.................108
25.1. Проверка прочности и устойчивости элементов ферм .... Ю8
25.2. Расчет узлов ферм....................................... . ИЗ
25.3. Расчет связей пролетных строений..........................115
25.4. Расчет опорных частей.....................................120
25 5. Проверка жесткости пролетных строений...................124
Глава 26. Мосты с пролетными строениями арочных, рамных и комби-
нированных систем...............................................126
26.1. Основные системы арочных мостов...........................126
26.2 Конструкция арочных мостов.................................129
445
26.3. Мосты рамных систем.......................................133
26.4. Мосты с пролетными строениями комбинированных систем . .135
26.5. Основы расчета мостов арочных, рамных и комбинированных си-
стем ......................................................141
Глава 27. Вантовые и висячие мосты..............................145
27.1. Системы вантовых и висячих мостов.........................145
27 2. Особенности конструкции вантовых и висячих мостов . . .151
27.3 Основы расчета вантовых н висячих мостов.................. 154
РАЗДЕЛ 6. ОПОРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
МОСТОВ..........................................................158
Глава 28. Конструкция опор......................................158
28.1. Виды опор.................................................158
28.2. Конструкции свайных опор..................................163
28.3. Конструкция столбчатых опор с бесплитнымн фундаментами . .167
28.4. Конструкции сборных опор из блоков........................169
28.5. Конструкции сборно-монолитных опор.............171
28.6. Конструкции промежуточных монолитных опор................174
28.7. Конструкции монолитных устоев........................... 176
Глава 29. Расчет опор...........................................177
29.1. Определение нагрузок, действующих на промежуточные опоры и
устои.........................................................177
29.2. Определение усилий в гибких опорах от горизонтальных нагрузок 183
29.3. Проверка устойчивости опор................................186
29.4. Проверка прочности и трещнностойкостн внецентренно сжатых
бетонных и железобетонных элементов опор......................188
РАЗДЕЛ 7. ТРУБЫ. СООРУЖЕНИЯ НА ГОРНЫХ ДОРОГАХ . . 192
Глава 30. Трубы под насыпями автомобильных дорог...............192
30.1. Виды труб и особенности их работы........................192
30.2 Конструкции железобетонных труб...........................196
30.3. Конструкция каменных н бетонных труб.....................200
30.4. Конструкция металлических и полимерных труб ..... 201
30.5. Основы расчета труб......................................207
Глава 31. Специальные сооружения на горных дорогах.............212
31.1. Общие сведения...........................................212
31.2. Гравитационные подпорные стены ..........................214
31.3. Заанкеренные стены.......................................220
31.4. Эстакады вдоль склонов, полумосты и балконы..............225
31.5. Защитные галереи.........................................229
РАЗДЕЛ 8 НАПЛАВНЫЕ МОСТЫ И ПАРОМНЫЕ ПЕРЕПРАВЫ 237
Г лава 32. Конструкции наплавных мостов. Паромные переправы . 237
32.1. Вяды наплавных мостов и паромных переправ. Особенности их
работы ...................................................... 237
32.2. Конструкция деревянных наплавных мостов..................239
32.3. Конструкция металлических наплавных мостов...............241
32.4. Железобетонные наплавные мосты...........................245
32.5. Паромные переправы ......................................246
Глава 33. Основы расчета наплавных мостов и паромных перепран . 249
33.1. Расчет плавучих опор.....................................249
33.2. Расчет плавучей части....................................252
33.3. Расчет элементов наплавных мостов........................255
446
РАЗДЕЛ 9. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА МОСТОВ,
ТРУБ И СПЕЦИАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ГОРНЫХ ДОРОГАХ 258
Глава 34. Изготовление конструкций мостов и сооружений .... 258
34.1. Изготовление деревянных конструкций.......................258
34.2. Изготовление бетонных и железобетонных конструкций . . . 262
34.3. Изготовление металлических конструкций....................272
34.4. Перевозка сборных конструкций мостов и сооружений .... 275
Глава 35. Строительство фундаментов.............................278
35.1. Разбивка осей и контуров фундаментов......................278
35.2. Сооружение фундаментов мелкого заложения..................280
35.3. Погружение свай и оболочек................................285
35.4. Сооружение свай и столбов в грунте........................290
35.5. Устройство плиты свайного ростверка..................... 295
35.6. Строительство фундаментов из опускных колодцев............297
• Глава 36. Монтаж конструкций мостов и сооружений на дорогах . . 300
36.1. Структура монтажных работ.................................300
36.2. Сборка конструкций на стапелях и подмостях................301
36.3. Навесная и полунавесная сборка........................... 304
36.4. Установка балок на опоры кранами и монтажными агрегатами . 309
36.5. Надвижка пролетных строений мостов........................313
36.6. Установка конструкций в проектное положение с плавучих опор 315
РАЗДЕЛ 10. ЭКСПЛУАТАЦИЯ, УСИЛЕНИЕ
И РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ И ТРУБ...................................318
Глава 37. Эксплуатация мостов и труб............................318
37.1. Организация и содержание работ по эксплуатации............318
37.2. Автоматизированные системы учета состояния мостов .... 320
37.3. Содержание мостовых переходов.............................322
37.4. Содержание н ремонт деревянных мостов......................324
37.5. Содержание и ремонт металлических мостов...................328
37.6. Содержание и ремонт железобетонных, бетонных н каменных про-
летных строений, опор и труб.....................................331
Глава 38. Безопасность движения по мостам и защита окружающей
среды...........................................................335
38.1. Методы обеспечения безопасности движения по мостам . . . 335
38.2. Защита опор мостов и путепроводов.........................340
38.3. Основные требования по защите окружающей среды .... 344
Глава 39. Усиление и реконструкция мостов и груб................347
39.1. Определение срока службы моста............................347
39.2. Усиление деревянных мостов................................348
39.3. Усиление металлических пролетных строений.................351
39.4. Усиление железобетонных и бетонных пролетных строений, опор
и труб...........................................................353
39.5. Основы расчета усиления мостов .... 355
39.6. Реконструкция мостов и труб...............................357
Глава 40. Обследование и испытание мостов.......................360
40.1. Обследование мостов и труб................................360
40.2. Статические испытания.....................................361
40.3. Динамические испытания....................................364
40.4. Методы определения грузоподъемности мостов................366
447
РАЗДЕЛ И. АВТОДОРОЖНЫЕ И ГОРОДСКИЕ ТОННЕЛИ . . . 369
Глава 41. Общие сведения о тоннелях...............................369
41.1. Классификация и область применения тоннелей.................369
41.2. Проектирование автодорожных тоннелей в плане, профиле и по-
перечном сечении..................................................372
41.3. Объемно-планировочные решения городских автотранспортных и
пешеходных тоннелей...............................................376
41.4. Инженерные изыскания в тоннелестроении......................379
Глава 42. Конструкции тоннелей....................................383
42.1. Общие данные................................................383
42.2. Обделки сводчатого очертания................................384
42.3. Обделки кругового очертания.................................386
42.4. Обделки прямоугольного очертания............................391
42.5. Конструкции порталов, рамп и лестничных сходов..............395
Глава 43. Основы расчета конструкций тоннелей.....................397
43.1. Нагрузки на обделки шинелей....................... . 397
43.2. Расчет обделок сводчатого очертания.........................401
43.3. Расчет обделок кругового очертания..........................405
43.4. Расчет обделок прямоугольного очертания.....................407
Глава 44. Строительство тоннелей..................................411
44.1. Общие сведения..............................................411
44.2. Горный способ...............................................411
44.3. Шитовой способ..............................................419
44.4. Открытые способы............................................425
44.5. Специальные способы ..............................428
Глава 45. Эксплуатационное оборудование тоииелей.................. 430'
45.1. Вентиляция..................................................430
45.2. Искусственное освещение и водоотвод.........................433
45.3. Устройства, обеспечивающие безопасность движения в тоннелях 435
Список литературы.................................................436
Предметный указатель..............................................437
Учебник
Воля Олег Владимирович, Лукин Николай Петрович,
Маковский Лев Вениаминович, Леонов Вячеслав Петрович
МОСТЫ И СООРУЖЕНИЯ НА ДОРОГАХ
Часть 2
Предметный указатель составила К. М. Ивановская
Технический редактор Р. А. Иванова
Корректор-вычитчик Л. В. Ананьева
Корректор И. А. Попова
ИБ № 4601
Сдано в набор 21.09.90. Подписано в печать 02.04.91.
Формат бОХВД'Ав. Бум. офс. №1. Гарнитура литературная. Офсетная печать.
Усл. печ. Л1у<7,44. Усл кр.-отт. 27,44. Уч.-изд. л. 31,6. Тираж 4000 экз. Заказ 578.
Цена 3 р Изд. № 1 — 1 — 1/15—3 № 4319
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ», 103064, Москва,
Басманный туп., 6а
Московская типография № 4 Госкомпечати СССР
129041. Москва, Б. Переяславская, 46.