Сортамент металла применяемые в мостостроении.

Стали применяемые в мостах.

В современные металлические мосты выполняют из прокатной стали, содержащей от 0,1 до 0,25% углерода. При таком содержании углерода сталь хорошо поддается механической обработке, обладает вязкостью, пластичностью и способностью свариваться.

С повышением содержания углерода увеличиваются прочность и предел текучести стали. Вместе с тем уменьшается удлинение, повышается хрупкость, ухудшается способность сваривания и увеличивается трудность механической обработки металла. Поэтому для мостов, испытывающих динамическое воздействие нагрузки и местные концентрации напряжений в отдельных частях конструкции, сталь с высоким содержанием углерода не применяется.

Кроме углерода, сталь всегда содержит марганец и кремний, благоприятно влияющие на ее механические свойства. Марганец и кремний увеличивают прочность стали и повышают предел ее текучести, однако, кремний в то же время несколько понижает стойкость стали против ржавления. Полезной присадкой является медь, которая в количестве до 0,5% повышает стойкость стали против ржавления и несколько улучшает ее механические свойства.

Сталь, содержащую повышенное количество примесей, благоприятно влияющих на ее механические качества, называют легированной. При этом для мостов используют в основном так называемые низколегированные стали, содержащие сравнительно небольшой процент полезных примесей.

Сталь всегда содержит также и вредные примеси: серу, фосфор, кислород и азот. Сера, образуя с железом легкоплавкое сернистое железо, делает сталь красноломкой, плохо сопротивляющейся механическим воздействиям в горячем состоянии. Фосфор вызывает хладноломкость, т. е. хрупкость стали при низких температурах. Поэтому в строительных сталях и особенно в сталях, применяемых для мостов, содержание серы и фосфора строго ограничивается. Кислород так же, как и сера, делает сталь красноломкой. Азот способствует развитию хрупкости стали с течением времени (старение). Сталь выплавляется металлургическими заводами в мартеновских или конверторных печах. Мартеновская сталь имеет более высокие механические качества, и поэтому ее предпочитают применять для металлических мостов.

В зависимости от способа выплавки различают кипящую и спок о й н у ю сталь. Спокойной называют сталь, в которой процесс раскисления, выражаемый реакцией FeO + C = Fe + CO, доведен до конца, что обеспечивает твердение стали в изложницах, без выделения газов. Поэтому спокойная (раскисленная) сталь обладает высокой плотностью и однородностью строения. Раскисление производят добавлением в сталь в конце процесса ее варки (в печь, ковш, или изложницу) раскислителей: кремния, марганца, алюминия. Кипящей называют сталь, в которой процесс раскисления не доведен до конца. В такой стали при ее остывании и твердении продолжается процесс выгорания углерода — «кипения», сопровождающийся выделением газов (СО). Не имея свободного выхода из остывающей стали, газы образуют в ней пузырьки. Сталь приобретает неоднородное строение с сильно развитой ликвацией.

Поверхность слитка, затвердевающая первой, содержит меньше углерода и других примесей, чем центральная его часть.

Ликвационные явления сильно проявляются и в выделении фосфора, серы и других примесей на стенках образующихся в стали пузырьков. Неоднородность стали в отливках переходит в прокат. При этом ликвационные выделения в пузырьках при прокате превращаются в тончайшие прослойки с резко повышенным содержанием серы и фосфора. Эти прослойки могут явиться причиной появления трещин при термических воздействиях на сталь (например, при сварке).

Кипящая сталь дешевле спокойной, но вследствие неоднородности строения уступает ей по своим строительным качествам. Промежуточные свойства между кипящей и спокойной сталью имеет полуспокойная сталь, также выпускаемая нашей металлургической промышленностью.

Для мостов, являющихся сооружениями, работающими на динамическую нагрузку, а также подвергающимися действию низких температур, желательно применение спокойной стали. Для мостов со сварными соединениями применение спокойной стали обязательно.

Сталь для изготовления металлических мостов используется в виде проката различного профиля: листового, углового, двутаврового, швеллерного и др. Для отдельных элементов (опорных частей, шарниров) применяют стальное литье.

В мостах для основных элементов стальных конструкций в настоящее время используют углеродистую мартеновскую сталь двух видов, выпускаемых нашей металлургической промышленностью.

Для пролетных строений с клепаными соединениями применяют углеродистую мартеновскую горячекатаную сталь 3 мостовую (Ст. 3 мост.), специально предназначенную для изготовления мостовых конструкций.

Для стальных пролетных строений со сварными соединениями предназначена специальная сталь М16С. Стали Ст. 3 мост и М16С легко поддаются механической обработке: сверлению, проколке, строжке. В горячем состоянии сталь этих марок хорошо принимает кузнечную обработку: выгибы, высадки. Оба вида стали хорошо свариваются.

Болтовое соединение

Болтовые соединения появились в мостостроении одновременно с чугунными конструкциями. Постановка болтов не сопряжена с ударными воздействиями, что является важным фактором при монтаже элементов, выполненных из чугуна. Обычный болт сложно плотно поставить в отверстие. Поэтому болтовым соединениям, работающим на сдвиг, свойственно небольшое проскальзывание соединяемых элементов.

Существуют два вида обычных болтов: чистые (точеные), имеющие точно фиксированный диаметр и часто используемые вместо заклепок в труднодоступных для клепки местах, и черные, изготавливаемые из прокатных прутков и служащие в качестве крепежных элементов.

В мостостроении болты широко используют в нахлесточных и фланцевых соединениях. Болты могут быть использованы в прикреплениях второстепенных элементов к основным и при анкеровке элементов, например, к фундаментным блокам.

Резьбы болтов в России и за рубежом стандартизированы. В свое время они послужили первым объектом мировой стандартизации. Важнейшей характеристикой болта является шаг резьбы Р. Метрическая резьба является основной треугольной резьбой, принятой в России. Метрические резьбы разделяют на резьбу с крупными и мелкими шагами.

В мостостроении за основу принята резьба с крупным шагом, обозначаемая буквой М и числом, выражающим диаметр резьбы в миллиметрах (например, М20). Трапецеидальная резьба является основной резьбой для передач винт-гайка. Трапецеидальная резьба стандартизирована в диапазоне диаметров 8…640 мм. Упорную резьбу используют для винтов с односторонней осевой нагрузкой.

Установлены поля допусков диаметров резьбы, образуемые сочетанием степени точности (допуска) и основного отклонения. Обозначение степени поля допуска состоит из цифры, показывающей степень точности, и буквы, обозначающей основное отклонение. Тогда ранее записанный пример обозначения болта, следует представить в полном виде М20-6g.

Одной из важных характеристик стальных болтов является их класс прочности. Например, для соединения элементов мостового полотна, перил и смотровых приспособлений используются стальные болты класса прочности 4,6. Первая цифра в классе прочности болта соответствует значению временного сопротивления материала, из которого выполнен болт, уменьшенному в 100 раз () – здесь следует принимать в МПа. Вторая цифра представляет собой увеличенное в 10 раз отношение предела текучести к временному сопротивлению – ().

Для соединения основных элементов мостовых конструкций в настоящее время широко используют высокопрочные болты, выполненные из термически упрочнённой стали (Рис. 6.23). Болты затягивают до такого значения усилия, при котором возникающие силы фрикционного сцепления между соприкасающимися поверхностями делают соединение практически жёстким, т. е. исключающим сдвиг между соединяемыми элементами. Поскольку несущая способность в соединении на высокопрочных болтах обеспечивается за счёт сил фрикционного сцепления, такое соединение часто называют фрикционным.

Соединения на высокопрочных болтах по простоте их исполнения ненамного уступают соединениям на обычных болтах. Фрикционные соединения в мостостроении применяют с 1948 г. Поскольку во фрикционном соединении болт непосредственно никаких сдвигающих усилий не воспринимает, диаметр отверстия делают несколько большим, чем диаметр болта (до 3 мм). Это значительно упрощает постановку болтов при монтаже.

В практике мостостроения широко используют высокопрочные болты типов 110, 110С и 135. Цифровое обозначение типа болта соответствует минимальному значению временного сопротивления материала болта в кгс/мм². Болты, предназначенные для конструкций северного исполнения (для районов с расчётной минимальной температурой воздуха ниже минус 40 °С), дополнительно обозначаются индексом С. Болты типов 110 и 110С изготавливают из хромистой стали марки 40Х, а болты типа 135 из сталей марок 38ХС и 40ХФА «селект». В настоящее время в отечественном мостостроении стали применяться высокопрочные болты с цинковым напылением.

Натяжение болта осуществляют завинчиванием гайки специальным динамометрическим ключом. Использование динамометрических ключей позволяет получить строго контролируемый крутящий момент М_кр обеспечивающий требуемое натяжение болта P:

где – коэффициент закручивания болта, зависящий от вида смазки резьбы, определяется опытным путём (в большинстве случаев значение лежит в пределах 0, 17…0,19).

Для стабилизации значения коэффициента закручивания, соответствующие технологические регламенты, предусматривают процедуру расконсервации, чистки резьбы и смазки болта специальным маслом.

Во фрикционных соединениях сдвигающие усилия между соединяемыми элементами передаются более равномерно, чем в заклёпочных (Рис. 6.25), что делает фрикционное соединение более надёжным.

Сдвиг по плоскости контакта соединяемых элементов практически не происходит, поэтому фрикционные соединения относят к категории жёстких.

Наличие зон передачи сдвигающего усилия приводит к тому, что в первом ослабленном сечении элемента усилие, на которое рассчитывается это сечение, уменьшается на 40% от усилия, передаваемого через первый ряд болтов (для рассматриваемого примера.

Напомним, что наибольшая толщина поясного листа 20 мм и не рекомендуется принимать в поясном пакете более четырёх листов.

Толщину вертикального листа определяют из условия прочности на восприятие максимальной перерезывающей силы. Если предварительно назначенная минимальная толщина стенки не удовлетворяет указанному условию, то толщину стенки увеличивают и, как правило, делают её постоянной по всей длине балки.

Шаг заклёпок, прикрепляющих пакет горизонтальных листов к поясным уголкам (тип 1) и поясных уголков к вертикальному листу (тип 2), определяют из условия восприятия соответствующих сдвигающих усилий, вызванных перерезывающей силой. В целях упрощения размещения заклёпок балку разбивают на отдельные участки. Шаг заклёпок постоянный на отдельном участке, определяют по максимальной перерезывающей силе на этом участке:

При определении несущей способности заклёпок типа 2 по условию среза необходимо учитывать, что эти заклёпки имеет по две площадки среза.

Определённая из условия прочности толщина вертикальной стенки оказывается, как правило, недостаточной для обеспечения устойчивости балки от выпучивания стенки в целом (Рис. 8.9). Во избежание возникновения такой ситуации стенку балки усиливают постановкой вертикальных элементов уголков жёсткости (Рис. 8.7).

Уголки жёсткости ставят с двух сторон стенки при обязательном закреплении их концов к поясным уголкам (Рис. 8.8). Это может быть выполнено с применением дополнительных прокладок между уголками жёсткости и стенкой или применением уголков с высаженными концами. На опорных сечениях балки, где передаются большие сосредоточенные усилия, ставят более мощные уголки жёсткости (в балках больших пролётов иногда приходится устанавливать сдвоенные уголки жёсткости).

В опорных рёбрах жёсткости высаживать уголки не рекомендуется. Тип уголковых рёбер жёсткости и их размеры зависят от величины ближайшего расстояния между рисками поясных уголков и толщины вертикальной стенки. В зависимости от указанных параметров нормы проектирования мостов устанавливают минимальное значение момента инерции относительно оси, проходящей через центр тяжести рёбер жёсткости.

Расстояние между вертикальными уголками жёсткости определяют расчётом из условия обеспечения местной устойчивости сжатого участка стенки между вертикальными уголками жёсткости (Рис. 8.10). Однако в наиболее напряжённых сечениях балки для выполнения указанного условия пришлось бы вертикальные уголки ставить слишком часто.

В этом случае стенку для исключения потери местной устойчивости рационально усиливать постановкой дополнительных горизонтальных уголков жёсткости, что обеспечивает постоянство шага поперечных рёбер. (Рис. 8.11). Эти уголки жёсткости в зависимости от напряжённости стенки устанавливают в один, два или три ряда. В последнем случае третий уголок жёсткости устанавливают в растянутой зоне стенки. На приопорных участках балки напряжённое состояние стенки определяется касательными напряжениями, которые по высоте стенки изменяются незначительно. Поэтому один или два уголка жёсткости по высоте стенки ставят симметрично относительно оси балки. В горизонтальных уголках жёсткости вертикальная полка пером должна быть повёрнута вниз.

Заводской блок балки стремятся сделать по возможности большей длины (порядка 10 м). Выпускаемый промышленностью угловой прокат позволяет сделать поясные уголки цельными по длине блока. Однако листовой прокат требуемой для мостовых балок толщины имеет длину не более 5 м. Поэтому вертикальный лист приходится стыковать по длине с помощью парных накладок, располагаемых между перьями поясных уголков верхнего и нижнего поясов.

Следует иметь в виду, что часть вертикального листа, расположенная между крайним рядом заклёпок и наружным краем листа, не включается в работу. Усилия, которые не могут быть восприняты неработающей частью стенки, воспринимаются полосовыми накладками, прикрепляемыми к поясным уголкам. Иногда для этих целей используют уголковые накладки (Рис. 8.12), но для этого надо предварительно удалить часть обушка. Образовавшиеся при этом пазухи шпатлюют, что особенно важно для нижних поясов.

Клёпаные балки ввиду повышенного расхода металла и большой трудоёмкости изготовления в настоящее время применяют редко. Однако значительная часть построенных мостов в своём составе имеет клёпаные конструкции.

Стыковые соединения

Сварные стыковые соединения листовых деталей следует выполнять прямыми с полным проваром и с применением выводных планок.
В монтажных условиях допускается односторонняя сварка с подваркой корня шва и сварка на остающихся стальных подкладках. При применении остающихся подкладок необходимо выполнять требования. Крепление подкладки необходимо производить со стороны свариваемых кромок. При ручной сварке зазор в собранном стыке должен быть 7±1 мм. Выполнение этих требований исключит появление трещин типа "усов". Толщина остающейся подкладки выбирается такой, которая на установленных режимах сварки исключает ее прожог. При изготовлении и монтаже сварку стыковых соединений ведут, как правило, с применением механизированных способов сварки наилучшие результаты имеют место при применении автоматической сварки под флюсом (Аф).
В табл. 1 представлены наиболее типичные стыковые соединения используемые в сварных строительных конструкциях.
Стыки без разделки кромок выполняют при толщине элементов до 16 мм. Если стыкуемые листы имеют толщину более 16 мм рекомендуется производить разделку кромок двухстороннюю [2] или одностороннюю. Параметры стыка и режимы выбирают такими, что бы обеспечить полный провар. Стыки 1 и 2 осуществляют при разнице толщин листов не более 4 мм.
При значительной разнице толщин рекомендуются стыки по типу 3 (с односторонним уклоном) или по типу 4 (с двухсторонним уклоном). В мостостроении принято для растянутых элементов применять уклон 1:8, а для сжатых 1:5. Уклоны выполняют фрезеровкой или строжкой с соблюдением требований по шероховатости поверхности.

Таблица 1

В последнее время в практике мостостроения начали применять элементы конструкций в виде пакета листов. В частности при строительстве автотранспортной эстакады в Одесском морском порту. В ряде пролетов нижние пояса были изготовлены из пакетов 40+40 мм; 40+32 мм; 40+24 мм. В отечественных нормативных документах отсутствуют рекомендации по конструированию монтажных стыков. Немецкие нормы DIN 18800 рекомендуют решение 5 и 6 (таблица). В зоне стыка при изготовлении производится небольшая разделка по плоскости соприкосновения листов с последующей заваркой и зачисткой этих участков. Толщина наплавленного металла составляет 7-8 мм. При автоматической сварке на монтаже на этом участке нельзя допускать полного проплавления омоноличенной зоны.

Угловые соединенияПри производстве строительных стальных конструкций основной объем сварочных ра бот приходится на выполнение угловых швов. Эти швы в конструкциях заводского изготовления составляют по массе наплавляемого металла более 90%, из них около 40% - расчетные швы, размеры которых устанавливаются при проектировании в соответствии с расчетами на прочность, и около 60% - конструктивные швы. Поэтому рациональное проектирование соединений с угловыми швами служит большим резервом повышения качества и эффективности сварочного производства. При проектировании сварных узлов, один из элементов которых испытывает растягивающие напряжения по толщине листа, следует принимать конструктивные решения угловых и тавровых соединений с уменьшенным риском возникновения слоистых трещин. Для этого необходимо (Рис.1).
- отказаться от применения одностороннего углового шва и перейти к двустороннему со сведением к минимуму концентрации деформаций в вершине сварного шва (Рис. 1, а);

Рисунок 1

- в тех случаях, когда это невозможно, применять соединения без разделки кромок с минимально возможным объемом наплавленного металла взамен соединений с полным проплавлением (Рис. 1, б);
- применять при статических нагрузках соединения с разделкой кромок (h ^ t/З) неполным проплавлением (Рис. 1, в)
- по возможности избегать применения V -образной разделки, применяя К-образную разделку (Рис. 1, г);
- во всех случаях, когда это возможно, применять тавровые соединения вместо угловых (Рис. 1, а);
Важным фактором при сварке ответственных конструкций является правильный подбор режимов сварки, что приводит к равномерному заполнению шва и уменьшает остаточные напряжения. Влияние режимов сварки на форму шва показаны на (рис.2).

Рисунок 2
В процессе сварки необходимо контролировать скорость сварки, чтобы она была умеренной при ручной сварке в приделах 20 м/ч.

СВАРНЫЕ УЗЛЫ

Сварные узлы строительных конструкций образуются стыковыми и угловыми соединениями. При проектировании необходимо стремиться к созданию наиболее благоприятных условий для выполнения сварных соединений в узлах (доступность, нижнее положение и т.д.), для применения автоматизированных или механизированных способов сварки - как гарантии качества.

БалкиПри изготовлении балочных конструкций следует обращать внимание на взаимное расположение швов (Рис. 2). В соответствии с требованиями нормативных документов минимальное расстояние между двумя параллельными швами должно быть не менее 10 б, где б = толщина более толстого материала.

Рисунок 3

Монтажные соединения балочных или коробчатых конструкций решаются исходя из технических

возможностей монтажной организации и проекта производства работ.
В России повсеместно приняты сварные монтажные стыки. Конструкция такого стыка разработана в ИЭС им. Е.О. Патона и впервые применена в 1953 г. в пролетных строениях автодорожного моста через р. Днепр в г. Киеве - мост им. Е.О. Патона. Стык имеет один шов по нижнему поясу, вставку по стенкам балки и вставку по верхнему поясу. Такая конструкция стыка позволяет успешно применить автоматическую сварку под флюсом для выполнения в нижнем положении стыковых швов по нижнему и верхнему поясах и автоматическую сварку вертикальных швов стенки порошковой проволокой с принудительным формированием.
В главных балках коробчатого сечения применяют конструкцию совмещенного стыка. Для пропуска специальных удлинителей мундштуков в стенке выполняют вырезы. По верхнему поясу если возможно применяют вставки.

Ортотропная плита проезжей части автодорожных мостовСтальная ортотропная плита является основным элементом современных металлических мостов. Широкое внедрение автоматической и механизированной сварки позволило создать современные конструктивные решения, индустриальные в изготовлении и на монтаже и экономичные по расходу стали. Выработанная в результате более чем 40-летнего развития современная конструкция ортотропной плиты состоит из стальных листов, подкрепленных продольными ребрами и поперечными балками или диафрагмами. Стальная ортотропная плита используется для проезжей части, являющейся одновременно верхним поясом главных балок, и для нижних поясов коробчатых пролетных строений. Аналогичные листовые конструкции подкрепленные набором продольных и поперечных ребер широко используются в судостроении.
Продольные ребра в течение многолетней отработки конструкции ортотропной плиты применялись самых различных форм: с открытыми и коробчатыми поперечными сечениями, сварные, прокатные, образованные роспуском сложных прокатных профилей и т.п.
Открытые полосовые ребра имеют толщину 12-16 мм. Ребра коробчатого сечения изготавливают толщиной 5... 10 мм.
Специалисты отдают предпочтение ортотропным плитам с продольными ребрами коробчатого сечения как имеющим конструктивные и технологические преимущества и более экономичным, чем плиты с полосовыми ребрами.
Основное преимущество продольных ребер коробчатого сечения - большая жесткость на кручение, предопределяющая пространственную работу конструкции и повышенный эффект распределения колесной нагрузки в поперечном направлении.
Технологическое преимущество трапециедальных коробчатых ребер - меньший объем сварочных работ. Стенки коробчатых ребер приваривают к листу плиты (t = 12... 14 мм) только с внешней стороны швами с малыми катетами поэтому длина сварных швов при приварке таких ребер в 2 раза, а масса наплавленного металла - в 4 раза меньше, чем у плит с открытыми ребрами. Благодаря уменьшению тепловложений при сварке и повышенной пространственной жесткости снижаются сварочные деформации. Перечисленные преимущества оказывают решающее влияние на выбор коробчатых ребер.

Конструкция сварных балок.

В сварных балках поясной и вертикальный лист могут быть присоединены непосредственно один к другому двухсторонними угловыми сварными швами (Рис. 9.1). Поэтому сварные балки имеют простую конструктивную форму как правило, симметричный двутавр. Сварные балки рекомендуется составлять из одного вертикального и двух горизонтальных листов.

 

В автодорожных и городских мостах наименьшая толщина вертикальной стенки принимается минимум 10 мм. Однако в зависимости от длины пролёта толщина вертикальной стенки может составлять 12, 14, 16 мм и более.

Размеры поясов назначают с учётом требований сокращённого сортамента на листовой прокат. Наибольшая толщина поясного листа для конструкций обычного исполнения не должна превышать 60 мм. Для конструкций северного исполнения типа А и Б соответственно 50 и 40 мм. Изменение сечения пояса рекомендуется осуществлять в зоне расположения его стыков. В противном случае предусматривают устройство скосов по ширине или толщине, а иногда то и другое одновременно (последнего варианта желательно избегать)(Рис.9.2).

Определение мест перехода от одних размеров пояса к другим осуществляют на основе построения эпюры материалов (Рис. 9.3). Если по расчёту требуются размеры листа более предельных, ограниченных нормами проектирования мостов, то допускается применение в поясах пакета из двух-трёх листов. При этом дополнительный (наружный) лист должен иметь ширину на 100 мм меньше основного. Наружный лист следует продолжить за точку теоретического обрыва на длину, обеспечивающую прикрепление 50% площади сечения листа. В конструкциях больших пролётов индивидуальной проектировки при соответствующем обосновании возможно применение большего числа листов в поясном пакете.

Как отмечалось в глава 3, современные достижения мировой металлургии позволяют получать листовой прокат переменной толщины, что намного упрощает технологию изготовления сварных балок. Кроме того, применение такого проката существенно повышает надёжность работы нижнего пояса, а следовательно, и всей конструкции.

В местах передачи сосредоточенных усилий (опорные сечения, расположение поперечных связей) устанавливают поперечные рёбра жёсткости (Рис. 9.4). Согласно расчёту на местную устойчивость стенок устанавливают дополнительные поперечные рёбра жёсткости. Рёбра выполняют из полосового металла и приваривают двухсторонними угловыми швами к вертикальной стенке. Поперечные рёбра жёсткости могут устанавливатя с двух сторон стенки (парные симметричные рёбра) или с одной (внутренней по отношению расположения балки в пролётном строении) односторонние рёбра.

Обычно поперечные рёбра жёсткости устанавливают на всю высоту стенки h_w. В местах примыкания поперечных рёбер к поясам устраивают скруглённые вырезы высотой 120 мм и шириной 50 мм. В опорных рёбрах жёсткости допускается устройство вырезов шириной до 30 мм и высотой до 50 мм.

В опорных сечениях торцы поперечных рёбер плотно пригоняют к поясам балки. В автодорожных и городских мостах концы промежуточных поперечных рёбер жёсткости приваривают непосредственно к сжатому поясу и дополнительной прокладке между нижним поясом и нижним торцом поперечного ребра (Рис. 9.4). Если прокладку устанавливают на тугой посадке, то сварные швы не накладывают, что характерно для конструкций северного исполнения. Прокладки применяют толщиной 16…20 мм и шириной 30…40 мм. Современные нормы, мало обоснованно, допускают приварку поперечных ребер к растянутому поясу сварным швом с катетом 1:2.

Если применяют только поперечные ребра жесткости, то ширина полосы парного симметричного ребра должна быть не менее, а одностороннего ребра – не менее. Толщина полосы должна удовлетворять условию.

В балках значительной высоты ширина полосы поперечного ребра жёсткости может оказаться излишне большой. Если по какой-то причине требуется уменьшение ширины поперечного ребра, то его окантовывают металлической полосой, добиваясь при этом требуемого момента инерции. В наружных поперечных рёбрах жёсткости иногда металлическую полосу не доводят до нижнего растянутого пояса. При этом ширину концевой части поперечной полосы вырезанием по кривой с двумя разнонаправленными радиусами сводят к нулю.

Когда обеспечение местной устойчивости стенки поперечными рёбрами жёсткости требует их размещения с шагом 0,75 и менее, необходима установка продольных рёбер жёсткости. В этом случае размеры продольных рёбер жёсткости определяют в зависимости от высоты и толщины вертикальной стенки, а также расстояния между осями поперечных рёбер жёсткости.

При необходимости установки на стенку продольных рёбер жёсткости и отсутствии местного давления на её рёбра, как и в клёпанных балках, располагают на следующих расстояниях от сжатого пояса:

при одном ребре (0,20…0,25);

при двух рёбрах: первое (0,15…0,20), а второе (0,40…0,50).

Если при двух продольных рёбрах местная устойчивость стенки не обеспечивается, то устанавливают третье ребро, как правило, в растянутой зоне.

Размеры продольного ребра должны обеспечивать необходимый момент инерции, регламентированный нормами проектирования мостов. Как и поперечные рёбра жёсткости, продольные рёбра могут располагатя с двух сторон стенки или с одной. В последнем случае допускается расположение поперечных и продольных рёбер с разных сторон стенки. Продольные рёбра прикрепляют к стенке двухсторонними угловыми сварными швами.

В конструкциях прошлой проектировки продольные рёбра жёсткости располагались между поперечными рёбрами и своими торцами приваривались к последним (Рис. 9.6). Поэтому в каждом отсеке между поперечными рёбрами размещалось самостоятельное продольное ребро. Во избежание пересечения сварных швов на концах продольных рёбер жёсткости устраивались вырезы.

В настоящее время приоритет в размещении рёбер жёсткости отдаётся продольным рёбрам, которые устанавливают непрерывными на всю требуемую длину. Для пропуска продольных рёбер через поперечные последние прерывают и прикрепляют к продольным поперечными швами (Рис. 9.7 а) либо создают специальные вырезы в поперечных рёбрах (Рис. 9.7 б).

Концевую часть продольного ребра жёсткости продолжают за крайние поперечные рёбра отсека для обеспечения возможности уменьшения ширины полосы ребра и устройства выкружки (радиусом не менее 60 мм) с целью плавного сопряжения со стенкой.

Сплошностенчатая балка таврового сечения плохо сопротивляется кручению. Этот недостаток создаёт сложности при перевозке и монтаже заводского блока, но особенно он проявляется в работе балки в составе пролётного строения при воздействии на него временной подвижной нагрузки. Более выигрышными в этом отношении являются двухстенчатые блоки, которые способствуют увеличению крутильной жёсткости пролётного строения. Для таких блоков нет проблемы потери устойчивости плоской формы изгиба балки (изгибно-крутильной устойчивости). В целях предотвращения изменения заданной геометрической формы блока при перевозке и монтаже внутри блока устанавливают дополнительную диагональную связь. Эти временные монтажные связи по окончании монтажа пролётного строения демонтируют.

Часто балочные сплошностенчатые пролётные строения монтируют методом продольной надвижки. При таком способе монтажа несколько пролётных строений на насыпи подходов к мосту временно объединяют в единую неразрезную систему. Для этого на торцевых участках концевых блоков устраивают отверстия, используемые в дальнейшем для установки соединительных накладок. После монтажа эти накладки удаляют.

Стали применяемые в мостах.

В современные металлические мосты выполняют из прокатной стали, содержащей от 0,1 до 0,25% углерода. При таком содержании углерода сталь хорошо поддается механической обработке, обладает вязкостью, пластичностью и способностью свариваться.

С повышением содержания углерода увеличиваются прочность и предел текучести стали. Вместе с тем уменьшается удлинение, повышается хрупкость, ухудшается способность сваривания и увеличивается трудность механической обработки металла. Поэтому для мостов, испытывающих динамическое воздействие нагрузки и местные концентрации напряжений в отдельных частях конструкции, сталь с высоким содержанием углерода не применяется.

Кроме углерода, сталь всегда содержит марганец и кремний, благоприятно влияющие на ее механические свойства. Марганец и кремний увеличивают прочность стали и повышают предел ее текучести, однако, кремний в то же время несколько понижает стойкость стали против ржавления. Полезной присадкой является медь, которая в количестве до 0,5% повышает стойкость стали против ржавления и несколько улучшает ее механические свойства.

Сталь, содержащую повышенное количество примесей, благоприятно влияющих на ее механические качества, называют легированной. При этом для мостов используют в основном так называемые низколегированные стали, содержащие сравнительно небольшой процент полезных примесей.

Сталь всегда содержит также и вредные примеси: серу, фосфор, кислород и азот. Сера, образуя с железом легкоплавкое сернистое железо, делает сталь красноломкой, плохо сопротивляющейся механическим воздействиям в горячем состоянии. Фосфор вызывает хладноломкость, т. е. хрупкость стали при низких температурах. Поэтому в строительных сталях и особенно в сталях, применяемых для мостов, содержание серы и фосфора строго ограничивается. Кислород так же, как и сера, делает сталь красноломкой. Азот способствует развитию хрупкости стали с течением времени (старение). Сталь выплавляется металлургическими заводами в мартеновских или конверторных печах. Мартеновская сталь имеет более высокие механические качества, и поэтому ее предпочитают применять для металлических мостов.

В зависимости от способа выплавки различают кипящую и спок о й н у ю сталь. Спокойной называют сталь, в которой процесс раскисления, выражаемый реакцией FeO + C = Fe + CO, доведен до конца, что обеспечивает твердение стали в изложницах, без выделения газов. Поэтому спокойная (раскисленная) сталь обладает высокой плотностью и однородностью строения. Раскисление производят добавлением в сталь в конце процесса ее варки (в печь, ковш, или изложницу) раскислителей: кремния, марганца, алюминия. Кипящей называют сталь, в которой процесс раскисления не доведен до конца. В такой стали при ее остывании и твердении продолжается процесс выгорания углерода — «кипения», сопровождающийся выделением газов (СО). Не имея свободного выхода из остывающей стали, газы образуют в ней пузырьки. Сталь приобретает неоднородное строение с сильно развитой ликвацией.

Поверхность слитка, затвердевающая первой, содержит меньше углерода и других примесей, чем центральная его часть.

Ликвационные явления сильно проявляются и в выделении фосфора, серы и других примесей на стенках образующихся в стали пузырьков. Неоднородность стали в отливках переходит в прокат. При этом ликвационные выделения в пузырьках при прокате превращаются в тончайшие прослойки с резко повышенным содержанием серы и фосфора. Эти прослойки могут явиться причиной появления трещин при термических воздействиях на сталь (например, при сварке).

Кипящая сталь дешевле спокойной, но вследствие неоднородности строения уступает ей по своим строительным качествам. Промежуточные свойства между кипящей и спокойной сталью имеет полуспокойная сталь, также выпускаемая нашей металлургической промышленностью.

Для мостов, являющихся сооружениями, работающими на динамическую нагрузку, а также подвергающимися действию низких температур, желательно применение спокойной стали. Для мостов со сварными соединениями применение спокойной стали обязательно.

Сталь для изготовления металлических мостов используется в виде проката различного профиля: листового, углового, двутаврового, швеллерного и др. Для отдельных элементов (опорных частей, шарниров) применяют стальное литье.

В мостах для основных элементов стальных конструкций в настоящее время используют углеродистую мартеновскую сталь двух видов, выпускаемых нашей металлургической промышленностью.

Для пролетных строений с клепаными соединениями применяют углеродистую мартеновскую горячекатаную сталь 3 мостовую (Ст. 3 мост.), специально предназначенную для изготовления мостовых конструкций.

Для стальных пролетных строений со сварными соединениями предназначена специальная сталь М16С. Стали Ст. 3 мост и М16С легко поддаются механической обработке: сверлению, проколке, строжке. В горячем состоянии сталь этих марок хорошо принимает кузнечную обработку: выгибы, высадки. Оба вида стали хорошо свариваются.