Арочные и комбинированные мосты

Характерной особенностью работы арочных систем является возникновение распора в опорных сечениях при действии вертикальных нагрузок. Сечения арок под действием нагрузок работают на внецентренное сжатие, что приводит к более экономичным решениям по сравнению с сечениями балок одинаковых пролетов.

В мостах находят применение различные типы арочных пролетных строений: бесшарнирные, двух- и трехшарнирные; с ездой поверху, понизу, посредине..

Схемы арочных пролетных строений: а, б, в – с ездой поверху; г – с ездой посередине; д – с ездой понизу; е – с опиранием балок проезжей части на свод и опору; ж – с дисковыми арками

В арочных пролетных строениях усилия от временной нагрузки воспринимаются балками проезжей части и через стойки или подвески передаются на арки. Арки объединяются между собой системой связей, обеспечивающих единую пространственную конструкцию и устойчивость арок при продольном изгибе из их плоскости.

Конструкцию проезжей части арочных пролетных строений выполняют в виде плиты, опертой на поперечные стенки-стойки или ребристой конструкции, опертой на арки.

Опоры балочных мостов

План лекции

5.1. Общие сведения

5.2. Промежуточные опоры

5.3. Береговые опоры

5.4. Основные положения расчета опор

Общие сведения

Вследствие различных условий передачи нагрузок и эксплуатации опоры мостов подразделяют на промежуточные (быки) и береговые (устои).

Назначение промежуточных опор – воспринимать нагрузку от пролетного строения и подвижного состава и равномерно передавать на грунт основания. Береговые опоры воспринимают, кроме вертикальных, еще и значительные горизонтальные нагрузки от давления грунтов подходных насыпей.

Для железобетонных и металлических балочных мостов применяют опоры массивные и облегченного типа.

Конфигурацию поперечного сечения тела массивных опор определяют в зависимости от интенсивности ледохода и класса реки. Для опор, расположенных на суходоле, применяют прямоугольное или круглое сечение, а в русловой части – с закругленными или заостренными боковыми гранями (рис. 5.1). В старых мостах применяли опоры с ледорезами.

Основным строительным материалом для опор служит железобетон и бетон классов В20–В50. В суровых климатических условиях для защиты опор применяют облицовку из естественного камня или железобетонных блоков из бетона класса В60.

Промежуточные опоры

Промежуточные опоры (быки) работают в зоне переменного уровня воды, воздействия ледохода и навала судов.

Массивные монолитные промежуточные опоры состоят из следующих основных конструктивных элементов: подферменной плиты, на которой располагают опорную площадку и сливную призму, тела опоры и фундамента (рис. 5.1, 5.2).

Рис. 5.1. Массивная монолитная промежуточная опора: а – вид вдоль оси; б –вид поперек оси моста; в, г – прямоугольное, круглое, очертание в плане; д, е – с закруглением и заострением боковых граней в плане; 1 – вертикальная боковая грань тела; 2 – наклонная боковая грань тела; 3 – подферменная плита; 4 –фундамент

Размеры подферменной плиты в плане зависят от условий размещения опорных частей, которые определяют типом и длиной пролетных строений. Высоту подферменной плиты принимают 0,4–0,5 м. Подферменная плита имеет свесы не менее 10 см для предотвращения образования подтеков при стоке воды (рис. 5.1).

Высоту опоры Н, расстояние от обреза фундамента до верха определяют в зависимости от требований норм подмостовых габаритов и рельефа местности. Массивные конструкции опор, как правило, имеют вертикальные или наклонные боковые грани (рис. 5.1, 5.2).

а б

Конструкции опор эксплуатируемых мостов: а – монолитных с каменной облицовкой; б – сборно-монолитных

Кроме монолитных, применяются сборно-монолитные и сборные промежуточные опоры.

Сборно-монолитные промежуточные опоры используют при наличии ледохода. Они состоят из железобетонных контурных блоков заводского изготовления различной конфигурации и монолитного бетона, составляющего ядро сечения (рис. 5.3). При сооружении опор контурные облицовочные блоки выполняют функцию опалубки. Высоту облицовочных блоков в условиях сурового климата принимают 0,7–1,0 м, а толщину – 0,5–0,7 м (рис. 5.3).

. Сборно-монолитная промежуточная опора: а – вид вдоль оси; б – вид поперек оси моста; в – прямоугольное очертание в плане; г – с закруглением боковых граней в зоне переменного уровня воды; РУВ – расчетный уровень воды

П

 Сборно-монолитные опоры с облегченным верхом

рименяют также сборно-монолит­ные опоры с облегченным верхом в виде оболочек диаметром 1,2–1,6 м (рис. 5.4).

В условиях сурового климата для малых и средних мостов широкое распространение получили опоры безростверкового типа, состоящие из монолитной плиты – насадки и столбов или свай-обо­лочек (рис. 5.5), а также свай и стоек (рис. 5.6).

Столбчатые конструкции подразделяют на два вида: буроопускные и буронабивные. Сборные буроопускные столбы чаще находят применение в условиях вечномерзлых грунтов оснований. Столбы индустриального изготовления устанавливают в предварительно пробуренные скважины с последующим заполнением зазоров между стенками цементно-песчаным, шламоцементным или бетонным растворами. Сооружение буронабивных столбов предусматривает разбуривание скважин с погружением защитной инвентарной обсадной металлической трубы, установку арматурного каркаса и заполнение бетонной смесью.

Конструкции опор с буроопускными столбами состоят из сборных столбов заводского изготовления диаметром 0,8 м и длиной до 15 м, устанавливаемых в пробуренные скважины диаметром 1,0 м. Расстояние в свету между столбами допускают не менее 1,0 м. Толщину монолитной железобетонной насадки принимают равной 1,2–1,6 м (рис. 5.7).

 

Стальные мосты

6.1. Общие сведения

6.2. Пролетные строения со сплошными балками

6.3. Сталежелезобетонные пролетные строения

6.4. Коробчатые пролетные строения

6.5. Балочно-разрезные пролетные строения с фермами

6.6. Балочно-неразрезные пролетные строения с фермами

6.7. Арочные пролетные строения

6.8. Рамные пролетные строения

6.9. Основные положения расчета пролетных строений со сплошными балками

Общие сведения

Область применения стальных мостов – большие и внеклассные мосты. Они характеризуются длительным сроком службы – более 70 лет.

Надежность мостов при работе под тяжелыми динамическими нагрузками обеспечивают строительные стали, обладающие высокой прочностью, пластичностью и ударной вязкостью [11].

Металлические мосты существуют балочной, арочной, рамной и комбинированной систем (рис. 6.1) [23].

К основным достоинствам стальных мостов относят: индустриализацию и высокое качество заводского изготовления; применение автоматической электросварки; возможность применения скоростных технологий монтажа с высоким уровнем механизации и малой трудоемкостью.

Основным недостатком стальных мостов является подверженность коррозии элементов, что требует особых приемов в содержании.

Материалы стальных мостов. Элементы стальных мостов изготовляют из высококачественных углеродистых и низколегированных сталей, удовлетворяющих требованиям эксплуатации [12].

В мостовых конструкциях применяют малоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,25 %. В зависимости от способа выплавки и степени раскисления стали подразделяют на спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп). По условиям поставки углеродистые стали подразделяют на три группы: А, Б и В, а по нормируемым показателям качества – на шесть категорий: 1–6. Применяются также углеродистые стали марок ВСт3, ВСт2сп и др.

Для несущих элементов пролетных строений широко используются низколегированные стали, которые представляют собой сплав железа с углеродом и легирующими добавками (до 2,5 %). В зависимости от вида термообработки низколегированную сталь подразделяют на три категории: 1 – без термической обработки (сырую); 2 – нормализованную; 3 – термически улучшенную после закалки и высокого отпуска. Для несущих элементов пролетных строений применяют стали марок 10ХСНД, 15ХСНД.

В зависимости от расчетной минимальной температуры воздуха районов проектирования мостов применяют три типа исполнения стали (по хладостойкости): обычного (минус 40 ^оС и выше); северного А (от минус 40 до минус 50 ^оС); северного Б (ниже минус 50 ^оС). К сталям для пролетных строений северного исполнения предъявляют дополнительные требования по ограничению содержания серы до 0,030 % и фосфора до 0,025 % [5, 11].

Сортамент стали. Наиболее широко применяют листовую сталь. В России получила распространение для пролетных строений толстолистовая сталь толщиной 6–60 мм, шириной 1250–2600 мм и длиной до 4200 мм. Масштабно используют универсальную широкополосную сталь длиной до 12 м [11]. Находят применение угловая равнополочная и неравнополочная сталь длиной до 13 м и шириной полок до 250 мм, а также двутавровая, швеллерная, круглая, фасонная, волнообразного и корытообразного профиля стали.

Соединение отдельных элементов. При изготовлении и монтаже элементы мостовых конструкций соединяют электросваркой, высокопрочными болтами из стали марки Ст40Х, а в некоторых случаях обычными болтами. Большое количество эксплуатируемых мостов имеют соединение элементов на заклепках из стали марок Ст2сп, СтО9Г2. Кроме того, в железнодорожных мостах применяют болтосварные соединения, когда элементы на заводах изготовляют сварными, а при монтаже используют болты.

Главные балки являются основными несущими элементами пролетных строений. Балки изготовляют сварного двутаврового сечения, высоту их проектируют в пределах h 1/13)¸=(1/11 l_р, где l_р – расчетная длина пролета (рис. 6.3). Оптимальную высоту балок определяют из условия минимального расхода стали, прочности, вертикального прогиба, а также с учетом условий изготовления, транспортировки и монтажа. Пояса балок (горизонтальные листы) применяют шириной не менее 240 мм, но не более 600 мм по условию местной устойчивости сжатого пояса. Пояса состоят из одного или двух листов толщиной не более 60 мм. Листы по длине сваривают встык. В целях экономии стали и в соответствии с эпюрой материалов сечения поясов уменьшают от середины к концам пролета с устройством плавных переходов. В условиях сурового климата рекомендуют проектировать пояса сварных балок из одного листа с неизменным сечением по длине балки, или в виде сварного пакета, состоящего из двух листов. Стенки (вертикальные листы) балок применяют толщиной не менее 12 мм, которые из условия обеспечения устойчивости укрепляют ребрами жесткости с шагом 2 и 2 м ( – высота стенки), толщиной не менее 10 мм, а шириной не более 15 толщин. Ребра жесткости приваривают с обеих сторон стенки (рис. 6.2, 6.3). Расстояние между осями главных балок принимают из условия устойчивости пролетного строения против опрокидывания и требования 1/20)¸(1/16³горизонтальной жесткостиb l_р, что составляет 1,8–2,2 м (рис. 6.3) [11].

Главные балки объединяют продольными и поперечными связями, состоящими из 8´80´уголков размерами 80 мм. Горизонтальные продольные связи располагают в уровне верхних и нижних поясов балок, а вертикальные поперечные – в опорных сечениях и между ними (рис. 6.2, 6.4) [5].

Мостовое полотно пролетных строений со сплошными балками применяют на деревянных и металлических поперечинах, безбалластных железобетонных плитах.

Мостовое полотно на деревянных поперечинах состоит из мостовых брусьев, пропитанных антисептиком, изготовленных из древесины 24,´сосны или лиственницы размером 20 26,´22 28´22 см длиной 3,25 м или 4,2 м с применением боковых тротуаров. Мостовые брусья укладывают с расстоянием в свету не более 15 см, что обеспечивает расстояние между их осями 50 см. Мостовые брусья плотно прирубают к поясам пролетных строений с глубиной врубок от 0,5 до 3 см, крепят к поясам лапчатыми болтами. Для уменьшения износа мостовых брусьев под рельсовыми подкладками рекомендуют укладывать упругие прокладки [15]. Внутри колеи укладывают настил из двух досок 3´сечением 20 см с зазором 4 см при наличии боковых тротуаров, а при их отсутствии – из трех досок (рис. 6.6) [23].