Стальные мосты. Балочные пролетные строения с решетчатыми фермами Конструкция пролетных строений со сквозными фермами

Балочные пролетные строения со сквозными фермами находят применение в больших и внеклассных мостах. В фермах при узловой передаче нагрузки все элементы работают преимущественно на осевые силы, что позволяет полнее использовать прочностные свойства материала. Балочные пролетные строения со сквозными фермами подразделяют на разрезные, неразрезные и консольные, с ездой понизу и поверху.

Балочно-разрезное пролетное строение с ездой понизу однопутного железнодорожного моста состоит из двух главных ферм, объединенных в пространственную конструкцию системой продольных и поперечных связей (рис. 6.18, 6.19) .

Главные фермы металлических пролетных строений состоят из элементов верхнего и нижнего поясов и решетки: раскосов, стоек и подвесок (рис. 6.18).

Сквозные фермы имеют различные очертания поясов и системы решеток (рис. 6.19) . Фермы с полигональными поясами при езде понизу имеют верхний полигональный пояс (рис. 6.19, а ), а при езде поверху – нижний (рис. 6.19, б ). Фермы с параллельными поясами (рис. 6.19, в, г ) более рациональны, имеют меньшую трудоемкость и стоимость изготовления и монтажа, но на 2–5 % большую массу стали, чем предыдущие фермы.

Рис. 6.18. Пролетное строение с ездой понизу: 1 – портальная рама; 2 – верхние продольные связи; 3 – поперечные связи; 4 – верхний пояс фермы; 5 – распорка верхних продольных связей; 6 – подвеска; 7 – нижний пояс фермы; 8 – раскос;
9 – стойка; 10 – продольная балка проезжей части; 11 – поперечная балка; 12 – продольные связи проезжей части; 13 – нижние продольные связи фермы

Рис. 6.19. Схемы главных ферм: а, б – с полигональными поясами; в, г – с параллельными поясами

Решетка ферм состоит из раскосов, стоек и подвесок (рис. 6.18). Главные фермы имеют раскосную, ромбическую, треугольную, шпренгельную решетки (рис. 6.20) .

Рис. 6.20. Схемы решеток ферм: а, б – раскосная с нисходящими и восходящими раскосами; в – полураскосная; г – многораскосная; д – ромбическая; е, ж – ромбическая с полуподвескамии полустойками; и, т – шпренгельная;
к – треугольная с восходящими раскосами; л, м – треугольная со стойками и подвесками; н – многорешетчатая; п – двухрешетчатая; р – крестовая; с – двойная треугольная с полуподвесками и полустойками

Основные параметры фермы указаны на рис. 6.21 .

В современных конструкциях пролетных строений железнодорожных мостов расчетная длина пролета составляет от 33 до 110 м, кратная 11 м, а также 127,4; 144,8 и 158,4 м. Высота главной фермы составляет
= (1/5¸1/7) l р , но не менее 8,5 м, которую устанавливают из условий минимального расхода стали, требуемой жесткости фермы и габарита приближения строений. Длину панели принимают = 5,5¸11 м. Расстояние между осями главных ферм принимают с = (1/20¸1/25) l р из условий обеспечения горизонтальной жесткости и устойчивости против опрокидывания пролетного строения. По условиям габаритности для однопутных железнодорожных пролетных строений с 5,7 м.

Рис. 6.21. Основные параметры фермы: а – вид вдоль оси моста; б – план;
в – вид поперек оси моста; – расчетный пролет; – длина панели; – высота фермы; – расстояние между осями главных ферм; – расстояние между осями продольных балок проезжей части

Элементы ферм. В современных конструкциях пролетных строений находят применение два типа сечений: коробчатое и Н-образной формы (рис. 6.22) .

Рис. 6.22. Сечения элементов главной фермы: а–ж – коробчатой формы;
и – Н-образной формы

Размеры сечений элементов назначают в соответствии с действующими усилиями, маркой стали, требованиями технологии изготовления, монтажа и эксплуатации. Высоту сечений элементов принимают не более 1/15 их длины, а ширину – из условия примерно равной гибкости в плоскости и из плоскости фермы.

Проезжая часть состоит из продольных и поперечных балок, связей между продольными балками и мостового полотна. Расположение балок проезжей части бывает в одном и разных уровнях. Продольные балки применяют в современных фермах сварные двутаврового сечения высотой (1/5¸1/7) их пролета (рис. 6.23) .

Рис. 6.23. Конструкция продольной балки проезжей части фермы: а – вид вдоль оси пролета; б – план балки; в – план горизонтальных связей; 1 – поперечное сечение балки; 2 – уголок крепления связей; 3 – фасонка поперечных связей; 4 – ребро жесткости; 5 – уголок прикрепления продольной балки к поперечной; 6 , 10 – «рыбка»; 7 – отверстия для болтов; 8 – распорка; 9 – отверстия; 11 – диагональ

Поперечные балки прикрепляют к элементам главных ферм высокопрочными болтами при помощи вертикальных уголков и треугольных фасонок (рис. 6.24) .

Мостовое полотно железнодорожных пролетных строений с фермами применяют на деревянных или металлических поперечинах, железобетонных безбалластных плитах (рис. 6.25) . Нагрузки от мостового полотна передаются на продольные балки, а затем на поперечные балки и главные фермы. Балки работают на изгиб. Деформация поясов главных ферм вызывает в продольных балках растяжение при езде понизу и сжатие при езде поверху, а в поперечных балках – изгиб в горизонтальной плоскости.

Рис. 6.24. Конструкция прикрепления поперечной балки к элементам главной фермы: 1 – отверстия для крепления продольной балки; 2 – вертикальный уголок прикрепления; 3 – фасонка («топорик») прикрепления уголка к поперечной балке; ГЛ – горизонтальный лист; ВЛ – вертикальный лист; Ф – фасонка; ВН – вертикальная накладка; – толщина элемента

Рис. 6.25. Мостовое полотно с безбалластной железобетонной плитой:
1 – перила; 2 – убежище; 3 – тротуар; 4 – рельс; 5 – контруголок; 6 – железобетонная плита; 7 – консоль

Узлы главных ферм с болтовыми стыками устраивают различным способом (рис. 6.26) . В железнодорожных мостах применяют, как правило, узлы на фасонных накладках. Парные фасонки охватывают снаружи все элементы фермы и центрируют оси сходящихся в узле элементов (рис. 6.26).

Рис. 6.26. Виды узлов главной фермы: а – нижние (Н), верхние (В) и средние (С);
б – с фасонками-накладками; в – с фасонками-вставками; 1 – узловой фасонный лист; 2 – стыковая накладка

Типовые пролетные строения с ездой понизу имеют расчетные пролеты 33,0; 44,0; 55,0; 66,0; 77,0 88,0; 110,0 м и разбиты на три серии (ГТМ, 1989 г.). Типовые пролетные строения с ездой поверху имеют расчетные пролеты 44,0; 55,0 и 66,0 м.

6.6. Балочно-неразрезные пролетные
строения с фермами

Неразрезные балочные пролетные строения отличаются от разрезных меньшими положительными изгибающими моментами и прогибами. В неразрезных пролетных строениях применяют те же типы решеток, что и в простых разрезных фермах. Используют обычно двухпролетные и трехпролетные конструкции.

К достоинствам балочно-неразрезных пролетных строений по сравнению с разрезными относят: экономию металла при больших пролетах; большую вертикальную и горизонтальную жесткость; возможность обеспечения высоких скоростей движения; уменьшение объема кладки опор; применение навесной сборки. К основным их недостаткам можно отнести значительные перемещения конца пролетного строения при изменении температурного режима и увеличение тормозной силы.

Типовые пролетные строения с неразрезными фермами под один железнодорожный путь с ездой понизу имеют пролеты: 2´110; 2´132; 2´159 (рис. 6.27) , 110+132+110 и 132+154+132 м, а с ездой поверху – 2´55 и 2´65 м. Они запроектированы из термически упрочненной стали марки 10ХСНД и могут применяться в обычных и северных условиях.

Рис. 6.27. Схемы неразрезных пролетных строений со сквозными главными фермами и ездой понизу: а – двухпролетные; б – трехпролетные; в – со шпренгельной решеткой

Преимущество типовых неразрезных пролетных строений состоит в том, что элементы главных ферм и связей, а также балки проезжей части изготовляют на заводе с максимальным использованием имеющегося оборудования и кондукторов типовых разрезных пролетных строений. При этом заводские соединения выполняют электросваркой, а монтажные – высокопрочными болтами .

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.

В металлических мостах средних и больших пролетов, как правило, применяют пролетные строения со сквозными фермами и массивные опоры. Конструктивно сквозная ферма имеет главные фермы, продоль­ные и поперечные связи. Проезжая часть может располагаться понизу или поверху пролетного строения. Главные фермы из линейных элемен­тов имеют различные очертания. Они изготавливаются из высокопроч­ных низколегированных сталей с болтосварными соединениями.

Главные фермы стальных пролетных строений представляют собой плоские геометрически неизменяемые стержневые конструкции, состо­ящие из элементов нижнего и верхнего поясов и элементов решетки: рас-166

косов, стоек, подвесок. Пояса и раскосы являются основными конструк­тивными элементами фермы; стойки, подвески, шпренгели, работаю­щие только на местную нагрузку, называются дополнительными. Пере­сечения раскосов, стоек, и подвесок с поясами ферм называются узлами ферм, а горизонтальное расстояние между центрами смежных узлов на­зывается панелью (рис. 7.21).

По очертанию поясов фермы могут быть с параллельными поясами или с полигональным верхним поясом. В мостах наибольшее распрост­ранение получили фермы с параллельными поясами и простой тре­угольной решеткой. Применяются также фермы с полигональным верх­ним поясом и треугольной решеткой. Для уменьшения длины панели в фермах больших пролетов используются шпренгели (понизу). Для больших пролетов используются двухрешетчатые (ромбические) фер­мы.

Фермы с параллельными поясами имеют большую на 2-5 % массу стали, чем фермы с полигональными поясами, но меньшую трудоем­кость и стоимость изготовления и монтажа. Решетка ферм состоит из наклонных элементов - раскосов, работающих на растяжение и сжа­тие, вертикальных элементов - стоек, работающих на сжатие, и подве­сок, работающих на растяжение; для уменьшения длины элементов при­меняются стяжки и распорки.

Рис. 7.21. Основные конструктивные элементы фермы: 1 - нижний пояс; 2 - верхний пояс; 3 - сжатый (восходящий) раскос; 4 - растянутый (нисходящий) раскос; 5 - стойка; 6 - подвеска; 7 - панель ниж­него пояса; 8 - панель верхнего пояса; А - узел верхнего пояса фермы; Б - узел нижнего пояса фермы; а - длина панели; п - количество панелей; l - длина пролетного строения; h - высота фермы

Главные фермы имеют раскосную, ромбическую, треугольную, шпренгельную и другие решетки (рис. 7.22, 7.23). Раскосные решетки состоят из нисходящих, растянутых раскосов и сжатых стоек или вос­ходящих преимущественно сжатых раскосов и растянутых подвесок, для больших пролетов применяется полураскосная и многораскосная решетки. Ромбическая решетка состоит из перекрещивающихся раско­сов и одного горизонтального или вертикального элемента, обеспечи­вающего геометрическую неизменяемость фермы. Треугольная решетка представляет собой восходящие и нисходящие раскосы со стойками или со стойками и подвесками. Шпренгельная решетка состоит из основной раскосной или треугольной решетки и шпренгелей, расположенных у верхнего или нижнего пояса. Могут применяться фермы безраскосные, имеющие между поясами только вертикальные элементы - стойки. Выбор вида решетки фермы производиться путем сравнения расхода стали, количества элементов и узлов, трудоемкости, стоимости и других технико-экономических показателей.

В старых мостах применялись многорешетчатые и многораскосные фермы, фермы с крестовой решеткой, полураскосные с параболическим верхним поясом, раскосные фермы со шпренгелями поверху.

Под воздействием вертикальной нагрузки в балочных разрезных сквозных фермах верхние пояса работают на сжатие, а нижние на растя­жение. Величина этих усилий возрастает с увеличением расчетного про­лета и уменьшается с увеличением высоты фермы. Раскосы, восходя­щие от опор к середине пролета, испытывают сжатие, а нисходящие - растяжение. Величина усилий в раскосе зависит от угла наклона раскоса к вертикали (чем меньше угол, тем меньше усилия в раскосе) и от очер-

Рис. 7.22. Решетка ферм в старых мостах: а - четырехрешетчатая; б - двухраскосная; в - крестовая; г - полураско­сная; д - с полигональным верхним поясом и верхними шпренгелями

Рис. 7.23. Схемы решеток ферм: а , б - фермы с раскосными решетками; в - полураскосная решетка; г - мно­гораскосная решетка; д , е , ж - фермы с ромбической решеткой; з - ферма с полигональным верхним поясом и шпренгельной решеткой; и - треугольная решетка; к - треугольная решетка со стойками; л - треугольная решетка со стойками и подвеской; м - многорешетчатая ферма; н - двухрешетчатая фер­ма; о - крестовая решетка; п - двойная треугольная с полуподвесками и полу­стойками; р - ферма с параллельными поясами и шпренгельной решеткой

тания поясов. В фермах с полигональным очертанием усилия в раскосах меньше, чем в ферме с параллельными поясам.

Подвески и стойки служат для уменьшения свободной длины пане­ли. Стойками называются элементы, работающие на сжатие, подвеска­ми - элементы, работающие на растяжение.

Для главных ферм малых пролетов наилучшей является простая тре­угольная решетка.

Для средних пролетов, до 110 м включительно, - треугольная ре­шетка с подвесками и стойками. Для больших пролетов, более 120 м, применяется треугольная решетка с подвесками и шпренгелями у ниж­него пояса, позволяющими сохранить оптимальную длину панели и угол наклона раскосов при большой высоте ферм. Для уменьшения сво­бодной длины сжатых панелей верхнего пояса подвески шпренгеля продолжаются до верхнего пояса, а для уменьшения свободной длины стоек и подвесок ставятся горизонтальные стяжки.

Основными расчетными размерами главных ферм являются: расчет­ный пролет, высота ферм, длина панели.

Расчетным пролетом ферм называется расстояние между центрами опорных узлов по горизонтали. Для пролетных строений железнодо­рожных мостов он принимается от 33 до 110 м, кратным 11 м, а также 127,4; 144,8; 158,4 см. Для возможности установки пролетных строений на существующие опоры необходимый расчетный пролет получается путем изменения длины крайних панелей ферм.

Высота главных ферм - это расстояние между осями горизонталь­ных узлов в сечении нижнего и верхнего пояса по вертикали. Высота главной фермы назначается из условия минимального расхода стали, требуемой жесткости фермы и габарита приближения строений. Высота фермы обычно составляет 1/5-1/7 расчетного пролета. В железнодо­рожных мостах с ездой понизу высота главных ферм принимается не менее 8,5 м для беспрепятственного прохождения подвижного состава.

Длина панели фермы - это расстояние между центрами соседних узлов поясов. Длина панели влияет на расход стали для главных ферм, балок проезжей части и связей между главными фермами. Увеличение длины панели уменьшает количество элементов и узлов фермы, но уве­личивает пролеты продольных балок, массу стали проезжей части. Дли­на панелей принимается 5,5-11 м.

Угол наклона раскосов влияет на конструкцию узлов фермы. Наивы­годнейшим углом наклона раскосов к горизонтали является 40-50°. При

значительном отклонении угла наклона от 45° увеличиваются размеры узловых фасонных листов и расход стали.

Высота ферм, длина панели, угол наклона раскосов взаимно связа­ны. Расстояние между осями ферм диктуется требованиями горизон­тальной жесткости и устойчивости против опрокидывания пролетного строения, а при езде понизу и габаритом приближения строений. По ус­ловию горизонтальной жесткости расстояние между осями ферм долж­но быть не менее 1/20-1/25 пролета при езде понизу и не менее 1/16- 1/20 при езде поверху, при этом горизонтальные колебания пролетных строений под проходящими поездами не опасны. По условию габарита, для однопутных железнодорожных пролетных строений с ездой понизу расстояние между осями ферм должно быть не менее 5,5 м, а для двух­путных - не менее 9,6 м. Для повышения уровня унификации, улуч­шения технологии изготовления и монтажа, снижения трудоемкости и стоимости главные фермы близких пролетов принимаются одинаковых систем, высоты ферм и длины панели.

Так, например, типовые главные фермы пролетами 88 и 110 м имеют параллельные пояса, треугольную решетку с подвесками и стойками, одинаковую высоту 15 м, длину панели 11 м и расстояние между фер­мами 5,8 м.

Элементы ферм представляют собой прямолинейные стержни, вос­принимающие большие продольные усилия и поэтому имеющие значи­тельные площади поперечных сечений. В современных пролетных стро­ениях наиболее применимыми являются сечения коробчатой и Н-образ-ной формы (рис. 7.24, 7.25).

Коробчатые сечения состоят из двух вертикальных и двух горизон­тальных листов, жестко соединенных сварными швами, вертикальные листы являются основными и более толстыми, чем горизонтальные. Ко­робчатые сечения имеют рациональное распределение металла, боль­шую жесткость при изгибе и кручении. Они экономичны по расходу стали, менее подвержены коррозии, но сложны в изготовлении. Короб­чатые сечения применяются как для поясов ферм, так и для сжатых рас­косов.

Коробчатые элементы из сплошных листов герметизируются уста­новкой по их концам сплошных поперечных диафрагм, препятствую­щих проникновению внутрь коробок влаги, снега и грязи. Применение герметичных элементов сокращает площадь окраски и замедляет корро­зию, что снижает эксплуатационные расходы и увеличивает срок служ­бы фермы.

Рис. 7.24. Сечение поясов сквозных ферм: а - швеллерное; б - коробчатое; в - П-образное и швеллерное; г - дву­тавровое Н-образное; д - одностенчатое; е - коробчатое

Н-образные сечения состоят из двух вертикальных и одного го­ризонтального листа, соединенных сваркой. Преимуществом их являет­ся простая открытая конструкция, удобная для изготовления: трудоем­кость их изготовления примерно в 1,5 раза меньше, чем коробчатых.

Недостатки Н-образных сечений состоят в: возможности загрязне­ния и необходимости частой очистки и окраски горизонтальных эле­ментов; опасности быстрой коррозии стали из-за скапливающихся в них

Размеры сечения элемен­тов назначаются в соответ­ствии с действующими усили­ями, маркой стали, требовани-

ями технологии изготовления, монтажа и эксплуатации. Высота сечения элементов принимается не более 1/15 их длин. Все элементы должны иметь одинаковую ширину для простоты соединения их в узлах.

Внутренние размеры коробчатых сечений должны быть не менее 440×460 мм для возможности прохода двухдугового сварочного аппа­рата. Толщина вертикальных листов из углеродистой стали должна быть не более 50 мм, а из низколегированной - не более 40 мм. Гори­зонтальные листы должны иметь толщину не менее 10 мм.

Узлы главных ферм представляют собой соединения концов эле­ментов, оси которых сходятся в одной точке - центре узла (рис. 7.26). К узлам ферм прикрепляются поперечные балки и элементы связей. Концы элементов ферм соединяются при помощи фасонных листов: фа-сонок-накладок, фасонок-вставок, фасонок-приставок. Фасонки должны быть простой формы, минимальных размеров и толщиной не менее 12 мм. Для снижения трудоемкости и повышения качества работ форма

Рис. 7.26. Конструкция узла ферм на высокопрочных болтах: 1 - нижний пояс фермы П-образного сечения; 2 - стойка двутаврового сече­ния; 3 - раскос коробчатого сечения; 4 - раскос двутаврового сечения;

5 - фасонка

и размеры узловых фасонных листов и стыковых накладок, а также рас­положение отверстий для монтажных болтов унифицируются, что дает возможность обеспечивать высокую точность сборки и взаимозаменяе­мость деталей.

Конструкция узлов ферм должна быть простой и удобной для монта­жа, предотвращать возможность скапливания воды и грязи.

Связи между фермами. Главные фермы стальных пролетных строе­ний соединяются в плоскостях верхних и нижних поясов продольными связями, а в плоскостях раскосов, подвесок или стоек - поперечными связями. Продольные связи представляют собой фермы, поясами кото­рых являются пояса главных ферм. Решетка связей может быть тре­угольной, ромбической, крестовой, полураскосной и других систем. Элементы связей устраиваются из прокатных или сварных уголков, тав­ров, двутавров, или швеллеров. Форма и размеры сечений элементов связей принимаются в зависимости от усилий и свободной длины эле­ментов. При небольших усилиях и длине сечения принимают уголковые или тавровые, при больших усилиях и длине сечения двутавровые.

Тормозные рамы, устраиваемые в железнодорожных пролетных строениях, передают продольные тормозные усилия от балок проезжей части на пояса ферм и далее на неподвижные опорные части. Тормоз­ные рамы располагаются посередине пролета. Рамы образуются из диа­гональных связей и распорок между продольными балками или из диа­гональных продольных связей и дополнительных раскосов.

Поперечные связи между главными фермами располагаются в верти­кальных плоскостях стоек и подвесок ферм или в наклонных плоско­стях промежуточных раскосов через 11-12 м.

Портальные рамы передают ветровую и другие поперечные нагрузки с верхних продольных связей на опоры. Они располагаются по концам пролетных строений в плоскостях опорных раскосов или стоек или пер­вых подвесок главных ферм.

Страница 1 из 10

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. 1).

Рис. 1 - Схемы мостов со сквозными фермами

Простейшее пролетное строение с ездой поверху (рис. 2) 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.

Рис. 2 - Схема пролетного строения с ездой поверху: 1 - элементы опорных поперечных связей; 2 - решетка верхних продольных связей; 3 - элементы главной фермы; 4 - решетка нижних продольных связей; 5 - элементы промежуточных поперечных связей

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 B, длина панели d и угол наклона раскосов к вертикали α (рис. 3, а).

Рис. 3 - Основные размеры пролетного строения

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 B 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. 3, 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. 4). 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.

Рис. 4 - Схема пролетного строения балочной клеткой

Угол наклона раскосов к вертикали α 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 и 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. 5). 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.

Рис. 5 - Пролетное строение с ездой понизу: 1 - портальная рама; 2 - диагонали продольных связей; 3 - распорка продольных связей; 4 - верхний пояс фермы; 5 - промежуточные поперечные связи; 6 - нижний пояс фермы; 7 - поперечная балка; 8 - продольная балка; 9 - подвеска; 10 - раскос; 11 - стойка; 12 - продольные связи продольных балок

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 поперечные 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. 6) поперечные балки объединяют со стойками ферм в жесткие полурамы, ригелями которых служат поперечные балки.

Рис. 6 - Пролетное строение с ездой понизу открытого типа

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. 7), 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.

Рис. 7 - Тормозные связи: 1 - пояс фермы; 2 - элементы тормозных связей; 3 - продольные балки; 4 - поперечная балка

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.

Мосты с железобетонными сборными сквозными фермами рамно-подвес­ной системы построены через р. Дон у села Верхний Мамой (длина около 600 м.) и Северный Донец у г. Каменска (длина 380 м). Монтаж ферм выполнен навесным методом.

Конструктивными особенностями мостов являются железобетонная сборная предварительно напряженная часть опор выше горизонта ледохода и железобетонные пролетные строения рамно-подвесной системы со сквозным ригелем рамы, собираемым в пролете навесным способом из плоских сквозных элементов, и подвесными пролетами из типовых балок таврового сечения с диафрагмами.

Отличаются мосты только числом пролетов, конструкцией и способом сооружения фундаментов. Мост через р. Северный Донец имеет три пролета по 88 м, мост через р. Дон - пять пролетов по 88 м.

Рамно-подвесные пролетные строения состоят из Т-образных сквозных рам с подвесками из типовых предварительно напряженных пролетных строений длиной 22,16 м.
Высота фермы у опоры по осям поясов 10, у конца консоли - 1,95 м. Нижний пояс фермы очерчен по параболе.

Конструкция железобетонной фермы

Фермы имеют треугольную решетку с восходящими раскосами. Каждая консоль ригеля имеет пять панелей, четыре из которых сквозные, а конце­вая выполнена в виде коробчатой конструкции со сплошной стенкой. В поперечном сечении ригель пролетного строения состоит из двух ферм, объединенных в уровне верхнего пояса рамками, плитами проезжей части и блоками концевой панели. В уровне нижнего пояса фермы объединены распорками, расположенными в узлах, а в пределах концевой панели - горизонтальной плитой и поперечной балкой для опирания подвесных пролетных строений.

Схема сквозного ригеля

1. распорка;
2. поперечная вертикальная связь;
3. треугольник;
4. рамка верхнего пояса;
5. плита проезжей части;
6. поперечная балка для опирания подвесных пролетных строений;
7. блок концевой панели;
8. тангенциальная опорная часть;
9. пучки плиты;
10. пучки верхнего пояса.

Основные монтажные элементы ферм представляют собой плоские сквоз­ные треугольники с постоянной шириной 80 см. На всех стадиях монтажа ферм ригеля до установки подвесных пролетных строений треугольники в уровне нижнего пояса соединяются между собой и опорой шарнирными узлами, для чего на торцах треугольников и выступах опорного пояса опор установлены стальные шарниры, рассчитанные на восприятие нагру­зок от собственного веса элементов ферм, плит проезжей части и бетона подготовительного слоя. Наличие стальных шарниров по нижнему поясу ферм позволяет вести монтаж в холодное время года и сократить объем работ по омоноличиванию. Шарнирные узлы омоноличиваются только после натяжения пучков ригеля и их обетонирования.

В узлах верхнего пояса ферм треугольники объединяются с рамками на мокрых стыках толщиной 3-5 см. Стыки обжимаются пучками высоко­прочной проволоки, рассчитанной на восприятие нагрузок от собственного веса монтируемых элементов. Для этого в верхних узлах треугольников имелись закрытые каналы и анкерные устройства. Железобетонные рамки, однотипные для всех панелей, имеют три корытообразных продольных пояса, обтюдиненных по торцам поперечными балками. Торцевые элементы рамок имеют закрытые каналы, размещенные соответственно каналам в верхних узлах треугольников.

Стыкование блока концевой панели (Б-1) с треугольником четвертой панели (Т-4) осуществлено зубчатым стыком на эпоксидном клее. Блок концевой панели имеет двутавровое сечепие переменной высоты. В верх­нем поясе концевой панели расположены закрытые по всей длине капалы для пропуска пучков.

Все рамки, головы треугольников и верх блоков концевой панели имеют выпуски арматуры для объединения их с плитами проезжей части. Плиты проезжей части имеют однотипное поперечное сечение по всей длине ригеля.

Для обеспечения совместной работы верхний пояс ферм и плиты объединяли с помощью железобетонных «шпонок», которые образовывались путем заполнения бетоном марки 400 специальных сквозных окон-прорезей в плитах проезжей части, армированных вертикальными выпусками арма­туры периодического профиля из верхнего пояса ферм. Для уменьшения горизонтальных усилий среза в шпонках пучки анкеровались в четырех плитах. В анкерных плитах шпонки имели увеличенные размеры и арми­ровались более мощными арматурными выпусками. Две концевые плиты, расположенные в пределах четвертой панели, имели закрытые каналы для пропуска пучков.

Принятый метод навесного уравновешенного монтажа ригеля определил порядок установки и предварительного напряжения пучков высокопрочной арматуры. Рабочие пучки изготовляли из 24 проволок диаметром по 5 мм. Пучки натягивали домкратами двойного действия ДП-60/315. При монтаже «птички» (ригельной части пролетного строения) предва­рительное напряжение верхнего пояса ферм осуществляли в два этапа общим усилием в 5130 т.

На первом этапе каждую пару панелей фермы обжимали 6 — 8 пучками, проходящими в корытообразных каналах рамок и закрытых каналах верха треугольников. Всего на первом этапе до укладки плит устанавливали 52 пучка и напрягали их с общим усилием, равным 2660 т. Этого усилия достаточно для восприятия растягивающих напряжений в верхнем поясе пространственной фермы на монтажной стадии от постоянных нагрузок — веса треугольников, связей, рамок, плит проезжей части и бетона омоноличивания.

На втором этане натягивали пучки, уложенные в открытые каналы плиты проезжей части, в два приема: сначала натягивали 31 пучок и анкеровали в конце четвертой панели, затем устанавливали и напрягали 20 пучков, пропущенных по всей длине «птички» с анкеровкой в концевых плитах. Суммарное усилие обжатия плиты - 2470 т.

«Птичка» собирается из 69 сборных железобетонных элементов (16 ти­поразмеров), из них 16 элементов - негабаритные.

В зависимости от местных гидрогеологических условий были приняты три типа фундаментов опор моста: массивные, сооружаемые в шпунтовом ограждении, опускные колодцы и железобетонные сваи сечением 35X35 см, длиной 14-18 м.

Строительство промежуточной опоры моста

Промежуточная опора моста, являющаяся стойкой Т-образной рамы, состоит из двух частей: монолитной (ниже уровня высоких вод) и верхней из сборных железобетонных блоков.

Особый интерес представляет верхняя часть, сборная, преднапряженная из тонкостенных блоков с пучками, проходящими свободно вдоль внутрен­них стенок блоков (за исключением тех, в которых происходит заапкеривание того или иного типа пучков).

Сборная часть опоры из железобетона марки 400 состоит по высоте из десяти тонкостенных блоков и одного массивного опорного, объединенных предварительно напряженной арматурой, с сухими стыками между ними. После сборки всей опоры стыки инъецировали эпоксидным клеем.

Всего на одну опору предусмотрено шесть типов блоков. Все блоки имеют коробчатое сечение, кроме блока опорного пояса. Толщина стенок блоков,вдоль которых арматура проходит свободно,- 30 см. Блоки с каналами дли пропуска арматуры (Б-4 и Б-6) имеют толщину стенок 55 см, в попе­речном сечении они имеют следующие размеры: вдоль моста 3,2 м, поперек моста 7,4 м. Высота блока 1,25 м.

Для придания блокам жесткости имеется диафрагма, разделяющая блок пополам. Высота диафрагмы несколько меньше размера стенок блока и в работу опоры не включается. Монтажный вес тонкостенного основного блока 21,3 т.

В блоке Б-4 устраиваются каналы для пропуска пучковой преднапряженной арматуры диаметром 7 см через 17 см, всего 100 каналов. Монтажный вес блока около 40 т. Блок опорного пояса Б-5 и верхний блок опоры Б-6 по своей конфигу­рации существенно отличаются от основных блоков опоры.

Блок Б-5 служит для опирания нижнего пояса фермы и имеет соответ­ствующую форму. Он пустотелый, по с более толстыми стенками. Так же, как и блок Б-4, по всему периметру имеет каналы для пропуска арматуры. На плоскости примыкания нижнего пояса установлены металлические опорные части. Ввиду большого монтажного веса блок Б-5 разделен на два полублока, омоноличиваемых после установки их в проектное положение. Вес одного полублока равен 32,5 т.

На верхний блок сборной части опоры Б-6 опираются рамки верхнего пояса, для чего устроены специальные консольные выступы. В верхнюю часть блока вставляются продольные балки корытообразного сечения для пропуска пучковой арматуры верхнего пояса. Блок Б-6 состоит из 2 полублоков весом по 28,6 т. После установки в проектное положение полублоки омоноличиваются. Для пропуска пучковой арматуры в блоке устраиваются каналы диаметром 7 см через 17 см, всего 52 канала. Все блоки армированы сетками. С внутренней стороны стенок блоков для удобств сборки устроены фиксаторы из уголкового железа. Первый блок опоры устанавливается на раствор, все последующие стыки сухие.

Блоки опоры обжимаются тремя типами пучков преднапряженной арма­туры. Пучки состоят из 24 проволок диаметром 5 мм с пределом проч­ности 17000 кг 1см 2 . Пучки свободные, организованные только при подходе к анкеру. Анкеры конусные. Пучки 1-го типа (48 шт.) длиной 13 м за­крепляли в камере и па блоках опорного пояса, 2-го типа длиной для всех опор 11 м (36 шт.) - в блоках опорного пояса и в блоке Б-6 верхней части опоры. Пучки 3-го типа (16 шт.) проходят по всей высоте опоры от анкер­ной камеры массивной части до блока Б-6 сборной части опоры. Длина их 18 м.

После натяжения пучков анкерную камеру заполняли монолитным бето­ном. Пучки обетонировали цементным раствором марки 250 с армированием слоя омоноличивания металлической сеткой из проволоки диаметром 8 мм. Толщина слоя омоноличивания 20 см. Затем шахты опор заполняли бе­тонными блоками двух типов: размером 185X190X46 и 190X265X46 см.

Пространство между внутренними стенками опор и блоками заполнения оставляли свободным. Для выхода внутренней влаги в опорах па высоте опорного пояса устраивали водоотводные отверстия. Верх опоры закрывали плитами из железобетона.

Высота надфундаментной части опор моста через р. Дон 20-22 м, опор моста через р. Северный Донец - 25,4 м.

Небольшая глубина воды в р. Северный Донец и незначительное судо­ходство по ней позволили построить через все русло реки временный рабо­чий мост, по которому перемещались два козловых крана К-451, обеспечив­ших механизацию работ при сооружении опор и пролетных строений.

Изготовление блоков сборных опор моста было организовано на правом берегу в зоне действия козлового крана. Блоки рамно-подвесных пролетных строений изготовляли на централизованном полигоне, расположенном в 130 км от мостового перехода. Предварительно напряженные железобе­тонные балки длиной 22,16 м для подвесных пролетных строений изготов­ляли на заводе МЖБК.

Строительство моста через реку Дон

При строительстве моста через р. Дон по условиям судоходства в навига­ционный период необходимо было обеспечить судоходный пролет величиной нс менее 45 м. В этих условиях оказалось наиболее целесообразным вести сооружение опор и пролетных строений русловой части моста краном ДК-45, смонтированным на плашкоуте из 33 понтонов КС-3 с обстройкой из элементов УИКМ. Большая часть моста перекрывала русло реки со сторо­ны правого берега, где глубина воды при межени не превышала 2 м. Эту часть моста строили с применением двух козловых кранов К-451, передви­гающихся по отсыпанной дамбе длиной около 170 м. Откосы дамбы были укреплены каменной наброской в плетнях.

Дамба заканчивалась причалом из двух пролетных строений длиной по 32 м, между которыми могла свободно заходить баржа грузоподъемностью 300 т с грузами. Один из кранов К-451, смонтированный на дамбе, обслужи­вал причал.

На левом берегу у оси моста был установлен стационарный кран ДК-45, которым выгружали конструкции, прибывавшие автотранспортом из г. Во­ронежа, погружали сборные элементы на плавсредства и собирали часть левобережного пролета моста.

Для сооружения опор и пролетных строений использовали смонтирован­ный на плашкоуте кран ГМК-12/20 со стрелой, удлиненной до 36 м, при ограничении его грузоподъемности до 3 г. Блоки сборных опор изготовляли на специальной площадке на правом берегу в зоне действия козловых кранов. Элементы «птичек» изготовляли на полигоне строительной организации.

Блоки опор изготовляли у моста на специальных площадках, оборудо­ванных деревянными поддонами. Площадки имели бетонное покрытие и обслуживались козловым краном К-451 грузоподъемностью 45 т. Длина площадки соответствовала высоте сборной части опоры. При бетонирова­нии блоков сборная часть опоры была как бы положена горизонтально на площадку. Каждый блок имел определенное место, размеченное и закреп­ленное на поддоне. Блоки опоры бетонировали последовательно через один, при этом торцы ранее забетонированных блоков служили опалубкой для блоков, бетонируемых во вторую очередь.

Блоки опирания фермы (Б-5) и верхний блок опоры (Б-6) расчленены на два полублока весом до 40 т каждый. Для сокращения продолжитель­ности работ эти два блока изготовляли отдельно. Готовые блоки укладывали на площадку изготовления на размеченные для них места и в торец к ним бетонировали примыкающие блоки, что позволило сократить про­должительность изготовления блоков одной опоры примерно в 1,5 раза по сравнению с последовательным бетонированием всех блоков.

Арматурный каркас каждого последующего блока до бетонирования соединялся с предыдущим блоком с помощью разъемных фиксаторов. В зимних условиях поддон обогревался паром, подаваемым по регистру из труб, уложенных по бетонному полу. Блоки бетонировали в съемном тепляке.

Готовые блоки вынимали из опалубки краном К-451. Горизонтальное усилие для разъединения блоков создавали лебедкой грузоподъемностью 5 т или реечными домкратами. Блоки опор подавали на монтаж при достижении бетоном 100%-ной прочности, предусмотренной расчетом.

Изготовления элементов плоских ферм на полигонах

Для изготовления элементов плоских ферм на полигонах были устроены поточно — технологические линии, состоящие из пяти постов - стоянок передвижной платформы.
Элементы плоских ферм изготовляли па 5 передвижных платформах раз­мерами 7,4X11,4 м, перемещающихся по рельсовому пути технологической линии.

Схема поточной линии изготовления элементов сквозных ферм:

1. лебедка для передвижки платформ;
2. передвижная платформа;
3. пропарочная камера;
4. козловый кран K-451;
5. склад готовой продукции;
6. площадка для контрольной сборки ферм.

На первом посту устанавливали опалубку и арматурные каркасы эле­ментов. Металлическая раскрывающаяся опалубка обеспечивала высокое качество изготовления конструкций. Щиты опалубки прикрепляли к поддону на поворотных устройствах.

Торцевые щиты в головах треугольников были съемными, через них про­пускали каналообразователи из труб. Последние извлекали после бетони­рования через 4-5 ч. Торцевой щит опалубки служил кондуктором для фиксирования положения закладной плиты шарнирных узлов. Арматур­ные каркасы краном К-451 устанавливали в опалубку. На втором посту вели бетонирование сборных элементов.

На третьем и четвертом постах, которые являются секциями пропароч­ной камеры тоннельного типа, элементы ферм последовательно пропарива­лись в течение 24 ч.

На пятом посту распалубливали конструкции и передавали на склад готовой продукции. Освободившуюся платформу краном К-451 перестав­ляли на первый пост технологической линии. Цикл оборота передвижной платформы - 5 суток.