Типы пролетных (центральных) замков и статическая схема работы двухкрылых мостов в наведенном положении

Тип замка	Воспринимаемые замком усилия	Статическая схема работы разводного пролетного строения в наведенном положении
Ригельный	Поперечная сила Q	Шарнирная (консольная) балка
Пальцевый	Поперечная сила Q Изгибающий момент М	Неразрезная балка
Шарнирный	Поперечная сила Q Продольная сила Н (распор)	Трехшарнирная арка

 

 

Ригельный замок воспринимает только поперечную силу (рис. 3.11, а, б). При этом в закрытом положении пролетное строение работает по схеме шарнирной (консольной) балки.

Рис. 3.11. Двухкрылый раскрывающийся мост с центральным замком ригельного типа

а – схема мост; б – статическая схема работы пролетного строения в наведенном положении;

в – механический ригельный замок; г – автоматический ригельный замок

1 – отрицательная опорная часть; 2 – центральный замок; 3 – механизм подклинки;

4 – цилиндрический вкладыш; 5 – ригель; 6 – ведущая зубчатая шестерня механизма замка

 

 

Ригельные замки могут быть механическими и автоматическими.

Основным элементом механического ригельного замка является жесткий стальной брус (ригель) 5, с помощью специального механизма 6 перемещающийся вдоль оси моста и соединяющий концы крыльев (рис. 3.11, в). Для освобождения ригеля от изгибающих моментов в крыле, свободным от механизма замка, устанавливают приемное устройство со сферическим вкладышем 4.

Достоинством механического замка является возможность независимого движения крыльев в начале разводки и в конце наводки, недостатком – необходимость в расположенном на конце крыла труднодоступном для обслуживания специальном механизме, перемещающем ригель замка.

Не требует устройства дополнительного механизма автоматический ригельный замок (рис. 3.11, г). При наводке моста пальцы замка автоматически входят в зацепление, обеспечивая передачу поперечной силы. В начале разводки пальцы синхронно выходят из зацепления, после чего осуществляется независимое движение каждого крыла.

Необходимость строгой синхронности движения крыльев на начальном этапе разводки и на конечной фазе наводки является недостатком автоматического ригельного замка, однако отсутствие потребности в дополнительном механизме обеспечило этому замку в настоящее время преимущественное применение.

Пальцевый замок воспринимает не только поперечную силу, но и изгибающий момент. Замок включает группы из пальцев различной длины, закрепленных на главных балках крыльев (рис. 3.12, а).

Рис. 3.12. Двухкрылый раскрывающийся мост с центральным пальцевым замком

а – схема пальцевого замка; б - статическая схема работы пролетного строения с пальцевым замком в наведенном положении; в – моделирование работы центрального пальцевого замка упругим элементом С; г – центральный замок с заменой пальцев консолями главных балок

1 – крайняя поперечная балка; 2 – стенка главной балки

 

Теоретически статическая схема работы пролетного строения при использовании пальцевых замков соответствует работе неразрезной балки (рис. 3.12, б). Однако, податливость в замке существенно больше податливости самой конструкции крыльев. Кроме того, в замке неизбежны зазоры и люфты, величина которых в процессе эксплуатации имеет тенденцию к постоянному росту. Более правильно представить статическую схему работы конструкции в этом случае можно в виде шарнирной балки с дополнительным упругим элементом С в замке (рис. 3.12, в), имеющим податливость с, которая в процессе эксплуатации увеличивается за счет возникающего износа элементов замка. При этом работа двухкрылых мостов с пальцевыми замками приближается к работе мостов с замками ригельными. Поэтому действующее руководство по проектированию разводных мостов предусматривает расчет двухкрылых раскрывающихся мостов при применении пальцевых замков по двух схемам, рассматривая конструкцию как балочную неразрезную и как балочную шарнирную (консольную).

Усилия в пальцах замка тем меньше, чем длиннее пальцы. Однако, при увеличении длины пальцев уменьшается их жесткость и работа системы приближается к работе консольной, а не неразрезной балки. С целью решения возникшего противоречия предложена конструкция модернизированного пальцевого замка, в которой роль пальцев играют консоли главных балок (рис. 3.12, г). При этом, однако, средний деформационный шов на проезжей части получается сложной изрезанной формы.

Замок шарнирного типа воспринимает не только поперечную, но и продольную силу (распор). Конструкция замка должна обеспечивать возможность поворота концевых сечений крыльев в замке (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Центральные замки шарнирного типа

а –замок шарнирного типа для небольших перекрываемых пролетов; б – замок со сферическими или цилиндрическими вкладышами; в – замок с разрезанным цилиндрическим шарниром

 

При небольших пролетах используются замки простейшего типа (рис. 3.13, а), отличающиеся от автоматических замков ригельного типа установкой дополнительного вкладыша, препятствующего относительным продольным перемещениям элементов замка, установленных на левом и правом крыльях, что обеспечивает создание начального распора при наводке моста и восприятие в дальнейшем распора от временной нагрузки.

Относительно большие повороты концов крыльев допускает другой замок шарнирного типа, состоящий из двух элементов со сферическими или цилиндрическими соприкасающимися поверхностями (рис. 3.13, б). Схожими характеристиками обладает замок, в котором шарнир формируется из двух частей, соприкасающихся по двум взаимно наклонённым поверхностям А и Б (рис. 3.13, в). Выступающие части А₁ одной половины накладываются на плоскость элементов А₂ другой половины, выступающие части Б₂ которой накладываются на противолежащую плоскость Б₁. Одна половина шарнира закрепляется неподвижно, вторая имеет возможность поворота в своем гнезде.

При использовании замков шарнирного типа в конструкции возникает распор. Для восприятия распора оси вращения должны быть разгружены, а крылья в наведенном положении опираться на неподвижные опорные части, вынесенные по отношению к оси вращения в пролет на величину е и способные воспринять распор (рис. 3.14, а). При этом в закрытом положении конструкция начинает работать как трехпролетная арочно-балочная система, где средний пролет величиной 2(l_кр – е) работает как трехшарнирная арка, а крайние пролеты величиной (l_x – e), образованные хвостовыми участками крыльев, как балки, опирающиеся на механизмы подклинки и отрицательные опорные части (рис. 3.14, б).

Такая трехпролетная система обладает неудовлетворительными эксплуатационными характеристиками, будучи весьма чувствительной к изменению температуры и другим дополнительным факторам. Для улучшения ее свойств и обеспечения нормальных условий работы необходимо:

- превратить ее в статически определимую трехшарнирную арочную систему путем устранения механизмов подклинки и отрицательных опорных частей (рис. 3.14, в);

- создать в закрытом положении распор независимо от наличия на мосту временной нагрузки и положения ее на проезжей части, в том числе на хвостовой части.

 

 

Рис. 3.14. Двухкрылое пролетное строение с центральным замком шарнирного типа, работающее по схеме трехшарнирной арки

а – конструктивная схема моста при работе по схеме трехшарнирной арки при наличии отрицательных опорных частей и механизма подклинки; б – расчетная схема при наличии отрицательных опорных частей и механизма подклинки; в – конструктивная схема моста при работе по схеме трехшарнирной арки при отсутствии отрицательных опорных частей и механизма подклинки; г – расчетная схема при отсутствии отрицательных опорных частей и механизма подклинки

1 – центральный замок шарнирного типа; 2 – отрицательная опорная часть; 3 – механизм подклинки

 

Необходимый начальный распор в системе может быть создан либо за счет соответствующей положительной неуравновешенности крыльев, либо применением противовесов с изменяемой массой.

Замыкание разводного пролетного строения в трехшарнирную арку за счет назначения соответствующей неуравновешенности крыльев применено на Биржевом мосту через реку Малую Неву в Санкт-Петербурге (рис. 3.15, а). Двухкрылое разводное пролетное строение моста с шарнирно подвешенным противовесом 1 в наведенном положении работает по схеме трехшарнирной арки с расчетным пролетом 55,5 м, При этом расстояние между пятовым шарниром 6 и осью вращения 4 по горизонтали составляет 50 мм, а зазор между осью вращения и основанием 5 соответственно 5 мм.

3.15. Способы замыкания двухкрылого пролетного строения с центральным замком шарнирного типа в трехшарнирную арку

а – с использованием начальной неуравновешенности;

б – с применением противовеса изменяемой массы

1 – противовес: 2 – ось подвешивания противовеса; 3 – упор; 4 – ось вращения; 5 – основание опоры оси вращения; 6 – пятовый шарнир; 7 – съемный блок противовеса

 

На начальном этапе разводки пролетное строение поворачивается вокруг пятового шарнира 6, а ось вращения 4, двигаясь в сторону хвостовой части, опускается вниз, вследствие чего зазор между осью вращения и основанием 5 уменьшается. Переместившись по горизонтали на 150 мм, ось вращения садится на основание, при этом дальнейшему движению оси по горизонтали препятствует вертикальный упор 3. После этого крыло осуществляет только вращательное движение, которое совершается относительно оси вращения.

При наводке этапы движения повторяются в обратном порядке.

При замыкании двухкрылого пролетного строения в трехшарнирную арку со стрелой f с использованием противовеса изменяемой массы в противовес 1 вводится съемный блок 7 весом Q_v (рис. 3.15, б).

Во время движения крыла съемный блок 7 лежит на основном противовесном блоке 1 массой Q_c. При полной уравновешенности системы центр тяжести движущихся масс R, совпадает с осью вращения 4.

При наводке крыло в конце движения, не доходя 5…7 градусов до своего нормального положения, садится на положительные опорные части – пятовые шарниры, располагающиеся на расстоянии е от оси вращения, после чего механизм разгрузки, создающий усилие N_c, снимает дополнительные противовесные блоки. При этом величина движущихся масс становится равной

,

а центр тяжести системы крыло-противовес перемещается в сторону разводного пролета. Если е' – расстояние от пятового шарнира до центра тяжести системы после снятия съемного блока R', то возникает момент неуравновешенности

,

заставляющий поворачиваться крыло относительно пятового шарнира. Это приводит к разгрузке осей вращения и замыканию системы в трехшарнирную арку со стрелой f, в которой начинает действовать начальный распор

Масса съемного блока Q _с выбирается такой, чтобы возникающий момент неуравновешенности М_н был больше момента М_с, создаваемого силами сопротивления

.

Кроме того, при расположении временной нагрузки на хвостовой части на участке за пятовым шарниром, в системе должен действовать распор Н₀, составляющий не менее 5 процентов полного распора Н_р при загружении всего пролета

.

Схемы работы и устройство механизмов, разгружающих противовесы, разнообразны и определяются конструктивными особенностями всех элементов разводного моста. Примером может служить механизм разгрузки противовесов Володарского моста через реку Неву в Санкт-Петербурге, построенного в 1932-1936 гг. по проекту Г.П. Передерия (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Разгрузка противовесов Володарского моста через реку Неву

по проекту акад. Г.П. Передерия

а – схема разводного пролета Володарского моста; б – конструкция хвостовой части крыла;

в – схема работы механизма разгрузки противовеса

1 – съемный блок противовеса; 2 – основной противовес; 3 – балка съемного блока; 4 – консоль;

5 – ось балки съемного блока; 6 – ось вращения; 7 – односторонний механизм разгрузки;

8 – противовесный колодец; 9 – двухсторонний механизм разгрузки; 10 – опора разводного пролета; 11 – винт; 12 – корпус; 13 – рычаг; 14 – ходовая гайка; 15 – коническая зубчатая шестерня; 16 – тяга; 17 – качающаяся стойка

 

Двухкрылое разводное пролетное строение моста в наведенном положении работает как трехшарнирная арка расчетным пролетом 43,6 м (рис. 3.16, а). В поперечном сечении крыло включает четыре главные балки. Каждая пара главных балок уравновешивается одним противовесным блоком. Замыкание в арку происходит за счет разгрузки противовесов путем подклинивания съемных блоков 1, размещенных на конце хвостовой части крыльев (рис. 3.16, б). Съемные блоки прикреплены к балкам 3, шарнирно закрепленным 5 в противовесах 2. В наведенном положении моста балки съемных блоков опираются на консоли 4, выпущенные из противовесов, уравновешивая крыло вместе с основными блоками. На конечном этапе наводки выполняется подклинка съемных противовесных блоков. Для этого к балкам 3 дополнительных блоков со стороны механизмов разгрузки 7, 9 прикладывается усилие N_c, которое приводит к разгрузке противовесов и замыканию конструкции в трехшарнирную арку путем вращения крыльев относительно пятовых шарниров.

Каждое крыло разгружается тремя механизмами разгрузки (рис. 3.16, в). Крайние механизмы 7 установлены с фасадных сторон крайних главных балок, средний механизм 9 – на стенке, разделяющей противовесные колодцы 8.

Средний механизм разгрузки 9 включает вертикальный винт 11, приводимый в движение от конической передачи 15, и ходовую гайку 14, перемещающуюся по винту при его вращении. К гайке прикреплены тяги 16, соединенные с качающимися стойками 17, на которые опираются рычаги, поднимающие балки съемных блоков противовесов. Перед разводкой на винт передается крутящий момент, заставляя винт вращаться, гайка опускается и тяги отклоняют качающиеся стойки. При этом упоры, скользя по верхним шарнирам качающихся стоек, опускаются, разгружая балки съемных блоков, которые в свою очередь опускаются на консольные упоры. После этого происходит размыкание центрального замка и поворот крыльев относительно осей вращения. В боковых механизмах используются не двухсторонние, а односторонние тяги, качающиеся стойки и рычаги.

Применение замков шарнирного типа, определяющих работу разводного пролета как трехшарнирной арки, позволяет повысить жесткость разводного пролетного строения и уменьшить прогибы. Вместе с тем, возникновение распора в системе предъявляет повышенные требования к опорам разводного пролета и фундаментам.