Мосты со сквозными фермами. Строительство железобетонных мостов со сквозными фермами методом навесного монтажа. Изготовления элементов плоских ферм на полигонах

Хотя Москва не Санкт-Петербург и не Венеция, но ее мосты также заслуживают внимания.
Вообще мост (а это также и путепроводы, эстакады, виадуки) - одно из древнейших инженерных изобретений человечества. Мосты играли важную роль в развитии торговли и градостроения. Иногда от них зависели даже отношения между странами. Рекорды на самый длинный, широкий, высокий или оживленный мост уже неоднократно побиты. А началось все с обычного бревна, перекинутого через реку…

По большому счету, не имеет значения, из какого материала построен мост, если с инженерной точки зрения он точно спланирован. Однако очень долго в мостостроении использовался камень как долговечный и прочный материал. Затем на смену ему пришел кирпич. При этом в любой части света можно найти легкие и экономичные деревянные мосты, а в теплых краях - мосты из растительных материалов. Но нужно отметить, что эти материалы плохо справляются с большими нагрузками и со временем разрушаются.
Промышленная революция принесла в мостостроение чугун и сталь, которые начали использоваться практически везде. Эти материалы были не только прочными, но и позволяли в процессе литья получить сложные формы и изысканные декоративные элементы. Это стало их визитной карточкой. А вторая половина XIX и XX век стали временем активного использования железобетона. Кстати, сам материал был изобретен в 1849 году французским садоводом Жозефом Монье. Подготавливая горшки для растений он, эксперимента ради, опустил в бетон металлическую сетку. Это и стало рождением железобетона. Сейчас это материал номер один в строительной индустрии, хотя другие материалы, даже такие экстравагантные, как стекло, также используются в мостостроении для создания необычных художественных эффектов.

С инженерной точки зрения можно выделить шесть типов мостов.
Балочный мост - самый древний тип мостов. Его прообразом было бревно, перекинутое через водный поток. По своей конструкции балочный мост - это горизонтальное строение (балка), покоящееся на опорах с двух сторон. Если мост достаточно длинный, то для создания прочной конструкции балка может опираться на несколько опор. Промежуточные опоры называются быками, береговые - устоями. Также могут использоваться «свободно опертые балки»: несколько продолжающих друг друга балок, которые обеими концами лежат на опорах.


Арочный мост имеет в своей основе арку. При этом мостовое полотно может идти сверху арки, под аркой или пересекать арку насквозь. Нужно отметить, что это очень прочная конструкция, выдерживающая большие нагрузки. Обеспечивается это за счет того, что вертикальная нагрузка передается по кривой с каждой стороны арки на ее опору (пяту) и далее в почву. Мост из нескольких небольших арочных пролетов, проходящих над землей, называется виадук (не нужно путать с акведуком – мостом для подачи воды).




Балочные мосты со сквозными фермами имеют решетчатый вид и используют прочность треугольной конструкции. Здесь балки размещаются также и над пролетом моста.


Консольный мост часто путают с арочным, ведь нередко его консольная рука имеет форму арки. Но в консольной конструкции пролет свешивается за пределами опор. Он состоит из двух типов балок: анкерной, находящейся между опорами, и подвесной, свешивающейся от опоры до конца консоли. Поэтому по центру пролета или рядом с ним можно увидеть соединение двух консолей (тогда как две арки соединяются друг с другом рядом с пилоном).


Висячий (подвесной) мост известен с глубокой древности, и сейчас переживает второй рождение. В висячих мостах полотно подвешивается на тросах - поддерживается вертикальными тросами (подвесками), прикрепленными к основным несущим тросам. Поэтому с инженерной точки зрения Крымский мост - висячий, а не вантовый.


Вантовый мост объединяет в себе особенности висячего и консольного моста. Каждая ванта (многожильный трос) крепится на пилон или мачту (столб), возвышающийся над мостовым полотном. При этом ванты могут расходиться веером от мачты или имитировать «арфу» - располагаться параллельными ярусами, восходящими к мачте.


Передвижные мосты могут в своей основе иметь любую конструкцию. Главная из особенностей – подвижные элементы, освобождающие акваторию для прохода судов. Они могут быть подъемными, затопляемыми, поворотными, наклонными, складывающимися и даже скручивающимися. Пока в Москве передвижных мостов нет.

Очень часто сходу сложно определить, к какому типу относится тот или иной мост. И это неудивительно, ведь нередко они соединяют в себе черты нескольких типов (это так называемые гибридные мосты). А если мост со временем перестраивался, укреплялся или реставрировался, то, скорее всего, использование конструкций другого типа стало результатом инженерных расчетов.

Пролетные строения со сквозными фермами применяются главным образом для перекрытия средних и больших пролетов, где балки со сплошными стенками получаются тяжелыми и сложными.

Стержневая ферма является как бы скелетом балки - вместо сплошного вертикального листа стенки здесь поставлена стержневая решетка, элементы которой вместе с поясами образуют геометрически неизменяемую систему. В стержневых фермах при узловой нагрузке все элементы работают на центральные осевые силы, что позволяет рационально использовать рабочие площади их сечений.

Однако при небольших пролетах экономия металла не достигается или получается незначительной из-за неизбежных излишков в площадях сечений стержней, обусловленных ограничениями в использовании малых номеров профильного проката, необходимостью выдерживать нормируемую гибкость стержней и т. п. Трудоемкость изготовления и общая стоимость сквозных ферм малых пролетов оказываются выше, чем балок со сплошной стенкой.

Точно установить границы целесообразного применения сквозных ферм не представляется возможным, так как они зависят от многих условий: состояния техники изготовления на заводах, условий перевозки и монтажа, строительной высоты, системы моста, качества стали. Решение вопроса каждый раз определяется конкретными условиями проектирования моста.

В мостах используются сквозные пролетные строения с разрезными, неразрезными и консольными фермами при езде поверху и понизу (рис. 95).

Простейшее пролетное строение с ездой поверху (рис. 96) состоит из двух главных ферм, соединенных верхними и нижними продольными связями, а также опорными и промежуточными поперечными связями. Продольные связи формируются как горизонтальные фермы: их поясами служат пояса главных ферм.

Поперечные связи размещаются в плоскостях крайних и промежуточных стоек главных ферм. Расстояние между смежными узлами пояса фермы называют панелью.

Геометрическая неизменяемость пролетного строения, представляющего собой пространственную конструкцию, обеспечивается неизменяемостью шести его плоских граней: главных ферм, систем верхних и нижних продольных и опорных поперечных связей.

Полученную горизонтальную нагрузку ферма верхних продольных связей передает опорным поперечным связям, а последние - через опорные части на опоры моста. Горизонтальная нагрузка от нижних продольных связей передается непосредственно на опорные части пролетного строения.

Промежуточные поперечные связи предназначены выравнивать вертикальную нагрузку между главными фермами при неодинаковом их загружении и повышать сопротивление пролетного строения кручению. Кроме того, при современной технологии сборки больших пролетных строений без устройства поддерживающих подмостей (навесным или полунавесным способами) промежуточные поперечные связи должны обеспечивать геометрическую неизменяемость пролетного строения в процессе его сборки, когда одна из систем опорных поперечных связей отсутствует.

К основным размерам пролетного строения относятся: расчетный пролет l , высота ферм h , измеряемая между осями верхнего и нижнего поясов, расстояние между фермами В , длина панели d и угол наклона раскосов к вертикали а (рис. 97, а).

Высота главных ферм h при езде поверху определяется, как правило, требованиями вертикальной жесткости и экономичности. Показателем достаточной жесткости является величина прогиба ферм от нормативной временной вертикальной нагрузки. Для железнодорожных мостов прогиб не должен превышать 1/800 l , а для автодорожных мостов - 1/400 l .

Многолетняя практика проектирования показала, что наиболее экономичными по расходу металла фермы железнодорожных мостов получаются при высоте их h , равной (1/5 - 1/7) l .

В автодорожных мостах это отношение колеблется в пределах (1/5 - 1/10) l .

В ряде случаев высота ферм при езде поверху может быть назначена и меньшей с целью сокращения высоты и стоимости насыпи на подходах к мосту.

Назначение высоты ферм может быть также подчинено удобствам заводского изготовления. Например, для ферм разных пролетов высота может быть принята одинаковой с целью использования одних и тех же заводских обустройств (кондукторов, шаблонов и т. д.) для изготовления их элементов.

В городских условиях высота ферм пролетных строений, входящих в комплекс мостового перехода, иногда определяется архитектурными соображениями.

Расстояние между осями ферм В в пролетных строениях с ездой поверху зависит от числа путей (у железнодорожных мостов), ширины проезжей части и тротуаров (у автодорожных и городских мостов), конструкции проезжей части, а также от требований, предъявляемых к устойчивости пролетных строений и жесткости в горизонтальной плоскости.

При небольших пролетах мостов под однопутную железную дорогу (до 30-35 м) и при езде на деревянных, мостовых брусьях стандартных размеров, уложенных непосредственно на пояса ферм, минимальное расстояние между фермами может быть назначено таким же, как и у пролетных строений со сплошными стенками, т. е. 2,0-2,2 м.

Однако верхние пояса ферм при этом будут работать в трудных условиях на сжатие и местный изгиб в связи с внеузловым приложением нагрузки.

Длину панели d при опирании мостовых брусьев на пояса ферм стараются назначать по возможности меньшей, чтобы уменьшить изгибающий момент в поясах, а высоту верхних поясов развивают до (1/5 - 1/7) l , учитывая работу поясов на сжатие с изгибом.

При пролетах более 35-40 м приходится увеличивать расстояние между фермами для обеспечения устойчивости пролетного строения и создания достаточной жесткости в горизонтальной плоскости. Обеспечить устойчивость можно, расположив, например, опорные части на более высоком уровне (рис. 97, б) или применив опорные части, способные воспринимать отрицательные реакции.

По требованиям жесткости пролетного строения в горизонтальной плоскости, основанным на опыте эксплуатации пролетных строений с ездой поверху, рекомендуется назначать расстояние между фермами не менее (1/16 - 1/20) l .

При расстоянии между фермами до 2,5 м можно применить деревянные мостовые брусья с увеличенной высотой. При большем расстоянии между фермами сечения деревянных брусьев оказываются непомерно большими.

В этом случае пролетное строение снабжают балочной клеткой, состоящей из поперечных балок, прикрепленных в узлах главных ферм, и продольных балок, опирающихся на поперечные (рис. 98). Стандартные мостовые брусья укладываются на продольные балки, расстояние между которыми 1,9-2 м. В таком пролетном строении обеспечивается узловая передача вертикальной нагрузки на главные фермы, и пояса работают на осевые усилия.

Угол наклона раскосов к вертикали а в фермах зависит от длины панели и высоты ферм, поэтому при назначении этих размеров ферм приходится обращать внимание на получаемый наклон раскоса. При очень остром угле усилия в раскосах и их длина уменьшаются, но число раскосов и их суммарная длина возрастают; с увеличением угла растут усилия в раскосах и их длина, что приводит к увеличению сечений раскосов, однако при этом количество и общая протяженность раскосов сокращаются.

Наиболее выгодным по расходу металла и удобным для конструирования узлов является угол, близкий к 40°. Допустимыми являются углы в пределах от 30 до 50°. При иных значениях угла слишком высокими или широкими получаются узловые фасонки, неконструктивными оказываются прикрепления элементов й повышается расход металла на раскосы и в целом на фермы.

В условиях нашей страны с преобладающим равнинным характером рек для перекрытия русловых судоходных пролетов редко применяются пролетные строения с ездой поверху из-за их большой строительной высоты, от которой зависит общая высота моста и подходов к нему. Чаще используются пролетные строения с ездой понизу, отличающиеся малой строительной высотой.

У ферм этих пролетных строений целесообразно исключить концевые стойки и примыкающие к ним элементы верхних поясов, так как они не работают на вертикальную нагрузку. Очертание контура ферм в этом случае приобретает форму трапеции.

Пролетное строение с ездой понизу под однопутную железную дорогу формируется из двух главных ферм, соединенных верхними и нижними продольными связями, промежуточными и опорными поперечными связями (рис. 99). Расстояние между осями ферм здесь приходится увеличивать до 5,6-5,8 м, чтобы фермы размещались вне пределов габарита приближения строений. При больших пролетах это расстояние также определяется требованиями обеспечения поперечной устойчивости и горизонтальной жесткости.

Наименьшая высота главных ферм определяется из условий размещения верхних продольных и поперечных связей за пределами габарита приближения строений и составляет 7,5-8,0 м.

В пролетном строении с ездой понизу увеличиваются длины элементов продольных связей и усложняется устройство поперечных связей. Опорные псщеречные связи обычно размещают в плоскостях крайних раскосов и формируют в виде жестких рам, называемых портальными.

Промежуточные поперечные связи устраивают в плоскостях стоек или подвесок также в виде рам со сквозными или сплошными ригелями, расположенными выше габарита приближения строений.

Продольные и поперечные балки проезжей части для сокращения строительной высоты обычно располагают в одном уровне.

Продольные балки в пределах каждой панели представляют собой как бы небольшие пролетные строения. Они объединяются верхними продольными и промежуточными поперечными связями.

Затрата металла на проезжую часть (продольные и поперечные балки) составляет существенную часть общего расхода металла на пролетное строение. Наименьший расход металла на балочную клетку с ездой на деревянных мостовых брусьях достигается при длине панели 5-6 м.

В редких случаях, при небольших пролетах, высота главных ферм принималась менее 7,5-8,0 м. При этом исключается возможность установки верхних продольных связей.

Для обеспечения поперечной жесткости открытых пролетных строений (рис. 100) поперечные балки объединяют со стойками ферм в жесткие полурамы, ригелями которых служат поперечные балки.

Верхние пояса ферм таких пролетных строений работают в очень неблагоприятных условиях как сжатые стержни, упруго закрепленные в местах установки полурам. При недостаточной жесткости полурам случались аварии подобных конструкций вследствие потери верхними поясами устойчивости.

Пролетные строения железнодорожных мостов подвержены воздействию значительных тормозных сил. Тормозные силы приложены к продольным балкам и если балки не закрепить в продольном направлении, то они будут смещаться вдоль пролета, изгибая поперечные балки в горизонтальной плоскости. Во избежание этого ставят специальные тормозные связи (рис. 101), прикрепляющие продольные балки к поясам главных ферм и передающие тормозные усилия с продольных балок в узлы главных ферм. Далее тормозные силы с поясов передаются на опоры через неподвижные опорные части.

В многопролетных мостах на каждой промежуточной опоре под одно из пролетных строений обычно устанавливают неподвижные опорные части, а под другое - подвижные, чтобы равномернее распределить между опорами нагрузку от тормозных сил.

Лекция №9.

Балочные пролетные строения с решетчатыми фермами.

Различают фермы по роду езды – поверху и понизу. Фермы в основном применяются при строительстве железнодорожных мостов, гораздо реже – при строительстве автодорожных.

Границы рационального применения ферм установить сложно, т.к. это зависит от многих факторов (строительная высота, архитектурные требования, способ монтажа и т.п.). Однако в малых пролетах (до 30…40 м) решетчатые фермы нецелесообразны, т.к. трудоемкость и стоимость их изготовления существенно выше, чем балок со сплошной стенкой.

Для балочных ж.д. мостов от 44 до 132 м существуют типовые проекты пролетных строений в виде ферм с ездой понизу.

Для балочных автодорожных мостов фермы целесообразны при пролетах более 150…200 м, т.к. до этих длин решетчатые пролетные строения почти полностью вытеснены сплошностенчатыми балками.

В решетчатых пролетных строениях вместо листа стенки устроена дискретная решетка, элементы которой вместе с поясами должны образовывать геометрически-неизменяемую конструкцию

Конструктивные элементы фермы представлены на рисунке.

В фермах при узловой передаче нагрузки все элементы работают преимущественно на осевые силы, что позволяет полнее использовать прочностные свойства материала. В этом их основное достоинство.

В мостах всех назначений балочные решетчатые пролетные строения могут быть разрезными, неразрезными и балочно-консольными.

Основными параметрами решетчатого пролетного строения являются:

Расчетный пролет lр (расстояние между точками опирания);

Высота фермы h1 (расстояние между геометрическими осями поясов);

Панель фермы d (расстояние между центрами смежных узлов ездового пояса);

Угол наклона раскосов к вертикали α (tg α=d/h1);

Расстояние между осями главных ферм В.

В нашей стране длину расчетного пролета фермы lр назначают, как правило, кратной длине панели d. При этом d=11 м в железнодорожных мостах и d=21 (10,5) м – в автодорожных мостах.

Длина панели d может быть выбрана произвольной, желательно иметь только регулярную решетку. Необходимо учитывать, что компоновочные параметры фермы (d и h1) взаимосвязаны и при заданной высоте фермы длина панели должна быть такой, чтобы обеспечить угол α в пределах 30⁰…50⁰.

Высота фермы при езде поверху определяется требованиями обеспечения вертикальной жесткости и экономичности. Наименьшая металлоемкость фермы в ж.д. мостах достигается при высоте ферм h1=(1/5…1/7)lр, однако при езде поверху фермы обычно делают более низкими – h1=(1/7…1/9)lр.

В автодорожных мостах принимают высоту ферм h1=(1/8…1/12)lp для разрезных пролетных строений. Для неразрезных ферм h1=(1/10…1/14)lp.

В городских условиях высота и конфигурация ферм подчиняются архитектурным требованиям. Назначение высоты ферм также должно учитывать унификацию, стандартизацию при заводском изготовлении, а также условия транспортировки и монтажа конструкций.

Расстояние В между осями главных ферм поперек моста, подобно сплошностенчатым конструкциям, определяется конструкцией мостового полотна, поперечной устойчивостью пролетного строения, его горизонтальной жесткостью и экономическими соображениями.

Поперечная устойчивость может быть увеличена снижением высоты фермы над опорами, или устройством опорных частей, воспринимающих отрицательные опорные реакции.

По требованиям горизонтальной жесткости рекомендуется назначать расстояние между фермами с ездой поверху не менее (1/16…1/20)lp. Как правило, для однопутных пролетных строений с ездой поверху назначается расстояние между фермами 2…2,2 м. При безбалластном мостовом полотне устраивают балочную клетку проезжей части. В этом случае нагрузка от подвижного состава передается через мостовое полотно на продольные балки, которые передают нагрузку через поперечные балки на узлы ездового пояса.

Пролетное строение с ездой поверху без балочной клетки проще и легче, чем с клеткой, но его верхние ездовые пояса работают на осевое сжатие с местным изгибом при внеузловом приложении нагрузки, что требует увеличить сечения верхних поясов и массу главных ферм, либо снизить длину панели.

При езде поверху существенно снижается объем кладки опор, но большая строительная высота при перекрытии судоходных пролетов является существенным недостатком. Поэтому в судоходных пролетах чаще всего используют пролетные строения с ездой понизу.

В пролетных строениях с ездой понизу обычно исключают концевые стойки и примыкающие к ним элементы верхних поясов, т.к. они не работают на вертикальную нагрузку. Очертание контура фермы с ездой понизу по фасаду имеет форму трапеции.

Расстояние между осями ферм с ездой понизу приходится увеличивать. Для однопутных мостов оно составляет 5,6…5,8 м, чтобы фермы располагались вне габарита приближения строений. При больших пролетах это расстояние также определяется поперечной устойчивостью и горизонтальной жесткостью, которые в большинстве случаев удовлетворяются при расстоянии между фермами (1/20…1/25)lр.

Экономически выгодная высота ферм данного типа (1/5…1/7)lр в железнодорожных мостах и (1/6…1/10)lр в автодорожных.

По условиям расположения поперечных связей и верхних продольных связей за пределами габарита приближения строений минимальная высота ферм составляет 8…8,5 м.

Высота может быть увеличена, исходя из условий обеспечения вертикальной жесткости, унификации размеров серии пролетных строений и эстетических соображений.

В случае, когда экономически выгодная высота главных ферм оказывается недостаточной для установки верхних продольных связей, применяют пролетные строения открытого типа, подобные сплошностенчатым пролетным строениям с ездой понизу (ТП 563). В них отсутствующие продольные связи заменяются жесткими полурамами, формируемыми из поперечных балок, стоек и подвесок главных ферм.

Верхние пояса открытых пролетных строений работают в неблагоприятных условиях – как сжатые стержни, закрепленные от поперечных смещений упруго-податливыми связями в местах установки полурам.

При недостаточной жесткости полурам случались обрушения пролетных строений в результате потери устойчивости сжатыми поясами ферм.

В пролетных строениях с ездой понизу увеличиваются длины элементов продольных связей, т.к. больше расстояние между фермами, и усложняется устройство поперечных связей, выполняемых в виде рам со сквозными или сплошностенчатыми ригелями. Горизонтальную нагрузку ферма верхних продольных связей передает через опорные поперечные связи (портальные рамы) на опорные части. Поэтому портальные рамы несут значительно большую нагрузку, чем промежуточные поперечные связи и выполняются достаточно жесткими. Портальные рамы размещаются в плоскости опорных раскосов.

Поперечная нагрузка с нижних продольных связей передается непосредственно на опорные части.

При езде понизу также устраивается проезжая часть в виде балочной клетки, в которой продольные балки объединяют в пространственную конструкцию собственной системой связей. Поперечные балки прикрепляют в узлах нижних поясов ферм.

Расположение балок проезжей части возможно выполнить как в одном уровне, так и в разном уровне, так называемое этажное расположение.

Рис. 1. Стальной путепровод с ездой понизу, пролетами 10,2 + 31,1 + 10,2 м
Современные стальные железнодорожные мосты могут быть разделены на следующие шесть групп: балочные со сплошными стенками (рис. 1), балочные со сквозными фермами (рис. 2), виадуки, консольные мосты, висячие мосты, разводные мосты.

Материал для стальных мостов.

Легированные стали, наиболее часто применяемые для строительных работ, содержат небольшие примеси кремния и никеля. Добавление этих элементов, повышающих предел прочности и предел упругости стали, дает возможность использовать при проектировании повышенные допускаемые напряжения, что приводит к соответствующему уменьшению постоянной нагрузки. Цена легированных сталей и стоимость их обработки несколько выше, чем обычных углеродистых сталей; их применение оказывается выгодным лишь при больших пролетах, когда собственный вес составляет значительную часть общей величины нагрузки. Но и в этих случаях для проезжей части, связей, элементов решетки и др. обычно применяют углеродистую сталь.
Удовлетворительных заклепок из легированных сталей пока нет. При проектировании заклепочных соединений следует исходить из низших напряжений по срезу и смятию для углеродистой стали.
Иногда специальные стали приходится применять независимо от экономических соображений. Это имеет место при многопутных пролетных строениях со сквозными главными фермами большого пролета, когда из углеродистой стали подобрать сечения потребной величины невозможно.
Следует напомнить, что величины прогиба и деформаций возрастают пропорционально росту допускаемых напряжений. Часто это не имеет значения, но в клепаных пролетных строениях со сквозными фермами увеличение прогибов может привести к возрастанию дополнительных напряжений, если в проекте не предусмотрены специальные меры к тому, чтобы, по возможности, устранить причины появления таких напряжений.
Современные исследования показывают что в высокопрочных сталях предел выносливости наступает после очень большого количества циклов перемен нагрузки или в результате значительной разницы в величине максимальных напряжений цикла. Подвергнуться достаточному для появления усталости количеству загружений в течение срока своей службы может сравнительно малое количество элементов пролетных строений.
Единственное исключение представляют собой подвески, для которых циклом загружения является проход каждого вагона в каждом поезде.
В определенных частях конструкций, подверженных особенно суровому воздействию корродирующих факторов, применяют такие материалы, как сварочное железо и медистая сталь.
Алюминий также применяется в железнодорожном мостостроении. На одной из железных дорог установлено пролетное строение со сплошными главными балками, изготовленное из алюминиевого сплава. Длина этого пролетного строения, запроектированного под расчетную нагрузку Е60, составляет 30,5 м.

Балочные сплошные пролетные строения.

Главные балки этих пролетных строений могут быть или осуществлены из прокатных двутавров или иметь составное сечение.
В пролетных строениях из прокатных двутавров последние должны быть расположены на таком взаимном расстоянии, которое облегчает окраску. Можно рекомендовать расстояние около 20 см между краями поясных полок.


Рис. 2. Замена пролетных строений новыми (слева)

Рис. 3. Четырехпролетный косой мост со сплошными пролетными строениями с ездой понизу, пролетами по 42 м, высотой балок 3,3 м
Если применяют широкополочные тяжелые двутавры, то с учетом необходимости соблюдения определенного расстояния между полками число балок под один путь при езде поверху ограничивают четырьмя. Большее количество балок с более узкими полками можно применять при меньших пролетах.
Во всех случаях половину всех балок следует располагать симметрично относительно поддерживаемого ими рельса и соединять их диафрагмами, а в случае необходимости, особенно на кривых, - продольными связями.


Рис. 4. Металлическое двухпутное балочное пролетное строение с ездой понизу:
а- фасад; б - элементы; в- разрез; 1 - стенка; 2- верхний поясной уголок:, 3 - нижний поясной уголок: 8- стыковые накладки; опорная рама поперечных связей; 24 - диагонали продольных связей:25- фасонка продольных связей; 28 - главные балки; 29 - поперечные балки; 30 - промежуточные продольные балки; 31 - концевые продольные балки; 32 - консоль поперечной балки; 33- опора продольной балки; 34 - конец распорки; 35 - уголок прикрепления; 36 - столик

В обычных условиях для пролетов от 15,2 до 38 м наиболее желательны пролетные строения со сплошными главными балками составного сечения. Иногда их применяют для значительно больших пролетов (рис. 3).
Балочные пролетные строения бывают с ездой понизу и поверху, причем в первом случае путь проходит между балками (рис. 4), а во втором - покоится на верхних поясах.
Конструкция с ездой поверху не ограничивает габарита проезда и с точки зрения железной дороги более желательна.
Проезжую часть балочных сплошных пролетных строений с ездой понизу прикрепляют к главным балкам. Если строительная высота ограничена, то проезжая часть может быть составлена лишь из одних прикрепленных к главным балкам поперечных балок.
Такая конструкция является обычной для мостов с ездой на балласте. При необходимости получения минимальной строительной высоты иногда рельсы прикрепляют непосредственно к поперечным балкам.
В двухпутных пролетных строениях, имеющих две главные балки, где требуется большая высота поперечных балок, можно следующим образом осуществить целесообразную и экономичную конструкцию проезжей части.
Поперечные балки располагают на взаимном расстоянии, которое позволяет уложить между ними мостовые брусья. Под каждым путем устраивают две линии диафрагм, работающих как короткие продольные балки. Верхние полки диафрагм располагают на такой высоте, чтобы под подошвами рельсов над поперечными балками оставался зазор около 25 мм.
Для прикрепления рельсов к поперечинам могут служить стандартные скрепления; для токов, протекающих в рельсовых цепях, нет необходимости прибегать к особым мерам изоляции.
В пролетных строениях с ездой понизу применяют также балочную клетку, состоящую из продольных балок, прикрепленных к поперечным, которые в свою очередь присоединены к главным фермам. Такая система проезжей части обладает большей строительной высотой.
Обычно продольные или поперечные балки, либо те и другие, осуществляют из прокатных двутавров.

Пролетные строения со сквозными фермами.

Ниже дается краткое описание главных типов сквозных ферм (рис. 5), применяемых в мостостроении.
Ферма Гау (рис. 6) является самым ранним типом сквозной фермы; она запатентована в США в 1840 г. В этой конструкции диагональные элементы решетки (раскосы) сжаты, а вертикальные растянуты. Пояса и раскосы делаются из дерева, а вертикальные элементы представляют собой металлические тяжи.
Ферма Пратта (рис. 7) впервые введена в 1844 г. как видоизменение фермы Гау. В фермах этого типа вертикальные элементы решетки растянуты, а диагональные сжаты. Первоначально предполагалось осуществлять сжатые элементы из дерева, но лишь немногие сооружения были построены таким образом. После 1850 г. этот тип вошел во всеобщее употребление в виде цельнометаллической фермы, причем сначала для сжатых элементов применяли чугун, а впоследствии всю ферму стали делать из сварочного железа. Соединение элементов в узлах обычно осуществлялось на болтах-шарнирах.

Рис. 5. Двухпутный, трехпролетный мост со сквозными пролетными строениями пролетами по 4 7,1 м.
Высота главных ферм-10,05 и 11,3 м; расстояние между осями
ферм - 10,05 м

Рис. 7. Схема фермы Пратта
Ферма Уиппла (с двухраскосной решеткой) (рис. 8) впервые была введена в 1847 г. Фермы этого типа, осуществленные из сварочного железа, широко применялись для пролетов большей длины, чем фермы Пратта.
В фермах Варрена (с треугольной решеткой) (рис. 9 и 10) наклонные элементы попеременно испытывают растяжение и сжатие. Эта система никогда не находила широкого применения для мостов с шарнирными соединениями в узлах вследствие износа болтов-шарниров, вызываемого действием знакопеременных усилий.
С усовершенствованием методов клепки эта система ферм с дополнительными стойками и подвесками (рис. 12), с клепаными соединениями в узлах пришла на смену фермам Пратта для средних пролетов. Для ферм больших пролетов часто применяется эта система с дополнительными шпренгелями.
Пенсильванская ферма (рис. 11), представляющая собой развитие фермы Пратта, имеет один криволинейный пояс и раскосную решетку с дополнительными шпренгелями. Эту систему применяют для больших пролетов, где фермы Пратта или Варрена не могут дать экономичных решений. В узлах обычно применялись шарнирно-болтовые соединения, но в некоторых случаях условия работы заставляли широко применять заклепочные соединения.
Конструкция ферм. Задачи, которые ставятся при проектировании пролетных строений, заключаются в требованиях простоты конструкции и экономии в материалах в совокупности с достаточной сопротивляемостью силам, которым будет подвергаться сооружение. Действующие технические условия обычно распространяются на фермы пролетами не более 122 м.

Рис. 6. Схема фермы Гау.

Рис. 8. Схема фермы Уиппла

Рис. 9. Схема фермы Варрена Рис. 10. Схема фермы Варрена

Рис. 11. Схема пенсильванской фермы
Примечание. Жирными линиями показаны сжатые элементы, тонкими - растянутые, пунктиром - обратиые раскосы.
Пролеты большей длины представляют собой исключение, и каждый такой случай вследствие своей важности заслуживает индивидуального изучения.
Узлы ферм осуществляются на болтах-шарнирах или на заклепках. Прежде, как правило, применяли шарнирные соединения, но в настоящее время заклепкам отдается предпочтение.
Схемы и наименование элементов пролетных строений приведены на рис.
Все металлические пролетные строения подвергаются продольным деформациям за счет изменения температуры и воздействия подвижной нагрузки. Для обеспечения свободы деформаций под одним из концов пролетного строения устраивают подвижные опорные части. При большой длине пролетов устраивают катковые опорные части, для более коротких пролетов эти опорные части заменяют одиночными катками. В малых пролетных строениях устраивают опорные части скользящего типа.

Рис. 12. Реконструированный мост через р. Огайо.

Рис. 13. Элементы пролетного строения со сквозными фермами
с ездой понизу:
1 - опjрный раскос; 2 - верхний пояс; 3 - нижний пояс; 4 - подвеска; 5- стойка; 6 - раскос; 7- обратный раскос; 8 - портал; 9 - кронштейн портала; 10 - распорка верхних связей; 11 - диагонали верхних связей; 12 - концевая распорка; 13 - концевая поперечная рама; 14 - опорная поперечная балка; /5 - промежуточная поперечная балка; 16 - концевая продольная балка: 17-промежуточная продольная балка; 18 - консоли продольных балок; 19 - диагонали нижних связей; 20- связи продольных балок; 21 - подвижные опорные части; 22-неподвижные опорные части.
Примечание. В пролетных строениях со сквозными главными фермами при езде поверху элементы аналогичны указанным здесь. Названия отдельных деталей см. на рис.


Рис. 14. Элементы пролетного строения со сквозными фермами с шарнирными узлами:

1. - верхний пояс; 3 - нижний пояс; 5 -стойка; 6 - раскос; 7-обратный раскос; 10 - распорка верхних связей; 15 - поперечная балка; 23 - вертикальная накладка; 24 - лист шарнира; 25 - прокладка; 26 - шарнир; 27 - гайка шарнира; 28 - уплотняющее кольцо; 29 - ниппель; 30 - затяжная муфта; 32 - фасонка верхних связей; 33 - фасонка нижних связей; 34 - горизонтальный лист; 35 -уголки пояса; 36 - вертикальный лист; 37 - соединительная решетка; 38 - диафрагма; 39 - стыковая накладка; 40 - концевая соединительная планка; 41 - стержень с проушиной; 42 - стержень с петлей; 46- подкос поперечной рамы

Рис. 15. Элементы клепаного пролетного строения со сквозным фермами с ездой понизу:

1 - верхний пояс; 3 - нижний пояс; 4 - подвеска; 5 -стойка6 -раскос; 10 - распорка верхних связей; 15- поперечная балка’ 17 - продольная балка; 38 -диафрагма; 40 - концевые соединительные планки; 43 - уголок-столик; 44- фасонка; 45-консоль поперечной балки; 46- подкос поперечной рамы; 47 - уголок прикрепления.
Примечание. Расположение элементов 1 - 17 см. на рис. 13 и 14.
Учитывая, что проход поездной нагрузки приводит к некоторому прогибу пролетных строений, рекомендуется придавать им строительный подъем в виде выпуклой кверху кривой. Иногда этого достигают некоторым увеличением длины элементов верхнего пояса. Чаще же изменяют длину всех элементов фермы в соответствии с проведенными расчетами.

Виадуки.

Виадуками пользуются для проведения железнодорожной линии или автодороги над долиной, ущельем и др. Подобные сооружения обычно состоят из ряда пролетных строений, балочных или арочных, опирающихся на металлические башенные опоры (рис. 16).
Стальные железнодорожные виадуки отличаются большой высотой и обычно имеют значительную длину. Они состоят из ряда пролетных строений, обычно со сплошными главными балками с ездой поверху, покоящихся на металлических башенных опорах.
Величина пролетов в виадуке обычно чередуется. Короткие надбашенные пролетные строения обычно имеют длину от 9,1 до 15,2 м, а длинные промежуточные - от 18 до 30,5 м.
Иногда вместо башенной опоры рядом с устоем ставят рамную опору, на которой покоятся концы двух соседних длинных пролетных строений.
Величина пролета зависит от высоты всего сооружения и общей его длины, а также от величины расчетной нагрузки. Критерием для выбора пролета являются баланс стоимостей опор и пролетных строений, обеспеченность устойчивости сооружения в продольном и поперечном направлениях.
Обычно наибольшие величины пролетов применяются при наибольших высотах виадуков.

Рис. 16. Стальной виадук длиной 457,2 м, высотой 39,6 м над
уровнем реки


Рис. 17. Схема пролетного строения с ездой поверху со сквозными главными фермами, с шарнирными узлами

Рис. 18. Схема клепаного открытого пролетного строения с ездой понизу

В тех случаях, когда железнодорожная линия пересекает долину с протекающей по ней рекой или когда этого требуют другие местные условия, в состав виадука включают одно или несколько длинных пролетных строений со сквозными фермами.

Консольные мосты.

Консольным называется мост, имеющий выступающие за опоры части пролетных строений (консоли). Сооружения этого рода обычно состоят из двух консолей в пролете, перекрывающем главное русло, и двух анкерных пролетов, при посредстве которых реакции передаются опорам. Между концами консолей устраивают подвесной пролет.
Консольные конструкции целесообразны для перекрытия больших пролетов над судоходными широкими реками и другими водными путями, если их устройство допускается условиями подмостового габарита.
Применение промежуточных двухконсольных пролетов позволяет перекрывать исключительно широкие водные преграды. Эта конструкция обладает еще и тем преимуществом, что консольные и подвесные пролеты не требуют подмостей для своего сооружения и могут быть собраны навесным способом. Средний пролет подвешивается между двумя консолями посредством шарнирного соединения, передающего в законченном сооружении лишь поперечные силы. Закрепление анкерного пролета играет весьма важную роль в обеспечении устойчивости сооружения и требует соответствующего внимания со стороны проектировщика.
Висячие мосты. Висячим называется мост, проезжая часть которого поддерживается кабелями, протянутыми между пилонами и надежно закрепленными для обеспечения устойчивости всего сооружения в целом.
Главные несущие кабели можно изготовлять из стальных проволок или собирать из тяг с проушинами. Американские проектировщики, по-видимому, предпочитают первый способ.
Для равномерного распределения нагрузки вдоль кабелей к ним при помощи параллельных подвесок присоединяются фермы жесткости. Они целиком или частично располагаются ниже кабелей и обеспечивают сохранение последними параболической формы при любых условиях загружения.
В качестве средства для перекрытия больших отверстий висячий мост предшествовал консольному типу. Консольные мосты в значительной мере заменили в железнодорожном строительстве висячие мосты вследствие своей большей жесткости и устойчивости.
Висячие мосты наиболее удобны и экономичны в качестве автодорожных или пешеходных мостов, перекрывающих большие отверстия.

Для закрепления кабеля, как и для заанкеривания консольных мостов, обычно устраивается ростверк из двутавровых балок, заделанный в каменной или бетонной кладке, которая глубоко закладывается в грунт.