Мосты со сквозными фермами. Стальные мосты. Технико-экономические показатели железобетонных сборных пролетных строений

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.

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

распорка;
поперечная вертикальная связь;
треугольник;
рамка верхнего пояса;
плита проезжей части;
поперечная балка для опирания подвесных пролетных строений;
блок концевой панели;
тангенциальная опорная часть;
пучки плиты;
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:

лебедка для передвижки платформ;
передвижная платформа;
пропарочная камера;
козловый кран K-451;
склад готовой продукции;
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.

В течение четырех циклов общей продолжительностью 20-25 дней изготовляли все основные сборные элементы для одной «птички».

К поточной технологической линии примыкала площадка для контрольной сборки плоских ферм. Во время контрольной сборки устанавливали и приваривали опорные части треугольников. Продолжительность контрольной сборки фермы - 5 дней.

На этой же площадке бетонировали блоки концевой панели фермы с зубчатым стыком в торец к выставленному в проектное положение треугольнику предпоследней панели (Т-4). До бетонирования Т-4 в опалубку закладывали специальные монтажные фиксаторы, которые соединяли планками на болтах с фиксаторами концевой панели. При подъеме блока после набора бетоном 100%-ной прочности их разъединяли с помощью домкрата. Параллельно технологической линии в зоне действия козлового крана был проложен подъездной железнодорожный путь и автодорога, используемые для отгрузки готовой продукции.

Негабаритные элементы пролетных строений моста через р. Северный Донец на строительную площадку перевозили автотранспортом.

Перевозку элементов на строительную площадку моста через р. Дон в основном осуществляли на плавсредствах по рекам Воронеж и Дон. Перевозка на плавсредствах оказалась более удобной п экономичной.

Сооружение нижней монолитной части опор

При сооружении нижней монолитной части опор оставляли нишу размером (380 X 260X150 см. В консолях ниши устраивали каналы для пропуска пучков высокопрочной арматуры. Пучки заанкеровали снизу, опираясь на металлический лист толщиной 20 мм, заделанный в бетон консоли.

Для образования каналов до бетонирования устанавливали стальные трубы диаметром 76 мм. По мере укладки бетона трубы прокручивали и по окончании твердения бетона их извлекали. Монтаж сборной части опор начинался с установки на раствор первого блока с тщательной выверкой его осей и отметок.

Последующие блоки устанавливали па сухих стыках, необходимую точность монтажа обеспечивали четырьмя фиксаторами, заделанными по углам блоков. При установке блоков их стропили за специально предусмот ренные четыре строповочные петли.

Полублоки опор объединяли на мокром стыке после их установки в проектное положение на опоре. Установленные блоки в опоре обжимали натяжением вертикальных пучков из высокопрочной проволоки в два этапа.
Всего на каждой опоре натягивали 100 пучков па усилие 50-56 т каждый:

на первом этапе - 52 пучка,
на втором - 48.

Пучки натягивали одновременно по 4 штуки симметрично относительно оси опоры домкратами двойного действия ДП-60/315 от одной насосной станции. Первая партия пучков анкерилась на пятовом блоке Б-4 и в нише монолитной опоры, вторая - на блоке опорного пояса Б-5 и на верхнем блоке Б-6.

По внутреннему периметру опор устанавливали арматурные сетки омоноличивания, которые являлись также ограждением патягиваемых пучков. После натяжения второй очереди пучков бетонировали нишу монолитной части опоры, нагнетали раствор в каналы блоков и бетонировали пучки слоем толщиной 20 см ио периметру опоры. Внутреннюю полость опор заполняли бетонными блоками весом до 3 т.

Стыки между блоками герметизированы эпоксидным клеем. Для этого по периметру шва опоры пробуривали отверстия с шагом 30 см на глубину 60 мм, в отверстия вставляли штуцеры диаметром 10 мм для нагнетания клея, и швы обмазывали цементным раствором. По концам штуцеры имели резьбу для соединения со шлангом инъектора. Клей нагнетали до выхода его из соседних трубок, после отвердения клея через 3-4 ч штуцеры удаляли, места их установки штукатурились цементным раствором: на 10 м шва при этом расходовали около 1,5 кг эпоксидной смолы.
Ригель собирали из отдельных элементов уравновешенным навесным способом.

Монтаж элементов железобетонной фермы

Уравновешенный навесной монтаж фермы вели козловым краном К-451 или крапом ДК-45 на плавучей опоре.

Уравновешенный навесной монтаж фермы козловым краном

Элементы пролетных строений - треугольники, рамки, связи - собирали, используя инвентарные монтажные люльки и инвентарные приспособления. По мере монтажа панелей элементы омоноличивали. После достижения бетоном омоноличивания 100% -ной проектной прочности натягивали пучки рабочей арматуры домкратами двойного действия. Короткие пучки фермы натягивали с одной стороны, длинные пучки - с обеих сторон. Монтажные приспособления после сборки одной панели переносили на следующую.
Наиболее ответственным этапом монтажа являлась установка элементов первой панели, так как от точности ее монтажа зависело проектное положение «птички» в целом.

Первые четыре панели ригеля собирали в такой последовательности:

устанавливали треугольники на опорные части (4 шт.) и приводили их в проектное положение; устанавливали поперечные связи и сваривали выпуски арматуры;
укладывали рамки верхнего пояса (2 шт.);
омоноличивали стыки между рамкой и головками треугольников и стыки с поперечными связями;
заводили и натягивали пучки панели (в каждой панели 6-8 пучков).

До монтажа треугольников первой панели обстраивали каждую опору ниже уровня опирания ферм: на опорах моста через р. Дон укладывали металлические балки с деревянным настилом, на опорах моста через р. Северный Донец по всей их ширине подвешивали люльки.

С этих подмостей устанавливали треугольники Т-1 на опорные части, регулировали опорные части, омоноличивали нижние узлы ферм. С земли на обстройку устанавливали лестницы. Треугольники Т-1 на земле в вертикальном положении обустраивали монтажными люльками, тягами, за крепленными к его головке с помощью переходных серег и шарниров.
По центру тяжести к треугольнику крепили стропы специальной конструкции. Треугольник приподнимали крапом п еще раз выверяли его положение вместе с обустройствами, затем подавали на монтаж.

Треугольник Т-1 устанавливали в нижнем узле на два конусообразных штыря опорной части и фиксировали в проектном положении. Инвентарная тяга с помощью переходной серьги и шарниров крепилась к опоре, после чего вес треугольника передавался на опору. Зазор в опорной части между нижней закладной плитой и нижним балансиром заполняли цементным раствором с установкой металлической сетки.

Монтаж фермы вели уравновешенно - симметрично по отношению к оси опоры. Положение установленных треугольников в плане выверяли при монтаже, исправление его выполняли с помощью полиспастов и рычажных ручных лебедок грузоподъемностью 3 т, установленных на смонтированной части. Между треугольниками устанавливали связи, которые крепили к ферме с помощью закладных деталей, после чего сваривали арматуру в стыках. При установке рамок, образующих верхний пояс фермы как в первой, так и в последующих панелях, особо тщательно совмещали их каналы с каналами в головах треугольников. Стыки между рамой и головой треугольника омоноличивали бетоном марки 500. Каналы в местах омоноличивания образовывали извлекаемыми каналообразователями.

Рабочие пучки из высокопрочной проволоки заводили в каналы верхнего пояса с иомощыо челнока и электролебедки грузоподъемностью 0,5 г. К натяжению пучков приступали после получения результатов лабораторных испытаний образцов бетона омоноличивания.

Монтаж второй, третьей и четвертой панели выполняли в такой же последовательности, как и первой. Исключалось только регулирование положения опорных частей благодаря контрольной сборке ферм на полигонах.

Монтажные инвентарные тяги переносили в каждую следующую панель, а навесные люльки были заготовлены для каждого типа треугольников по одному комплекту, что позволяло вести одновременно работы на четырех «птичках». По мере монтажа «птички» по верху ее устраивали рабочие настилы.

Перед началом монтажа четвертой панели с третьей панели на первую натягивали четыре монтажных наружных пучка, необходимых по расчету для удержания четвертой панели. Монтажные пучки срезали после натяжения рабочей арматуры четвертой панели.

Торец четвертого треугольника имел зубчатый стык для соединения с концевой панелью. Концевая панель фермы - опорная для подвесных пролетных строений длиной 22,16 м - состояла из пяти монтажных элементов. Перед монтажом блоков Б-1, образующих зубчатый стык, поверхность стыка очищали металлическими щетками и обезжиривали 3%-ным раствором соляной кислоты. На подготовленные поверхности наносили слой эпоксидного клея. Проектное положение блоков Б-1 и Т-4 закрепляли четырьмя фиксаторами.

Для обжатия клееного стыка блок Б-1 притягивался к треугольнику Т-4 с помощью четырех монтажных пучков, натянутых усилием по 50 т. Пучки обрезали после натяжения основной арматуры концевой панели. Остальные элементы концевой напели при сборке закрепляли к блокам Б-1 путем сварки выпусков арматуры. Монтаж вели с подвешенных на блоках Б-1 и Т-4 подвесных подмостей.

Два блока Б-1 на одном конце фермы объединяли опорной поперечной балкой, служащей для опирания подвесных пролетных строений. Выпуски арматуры из блоков с арматурой поперечной балки сваривали ванным способом. Поперечную балку бетонировали на подвесных подмостях в деревянной опалубке. После достижения бетоном омоноличивания 100%-ной прочности натягивали пучки рабочей арматуры.

Перед укладкой плит по верхнему поясу фермы нивелировали и определяли среднюю толщину выравнивающего слоя по всей ферме. В корытах выставляли маяки, по которым укладывали бетон для заполнения. Корыта смазывали цементно-коллоидным клеем для лучшего сцепления бетона рамок с бетоном заполнения.

Плиты размерами 2,65X10 м в плане весом 12 т устанавливали краном К-451 или ДК-45 на уложенные по верхнему поясу металлические подкладки. По линии примыкания плит к верхнему поясу фермы подвешивали треугольные рейки, которые служили опалубкой при подливке раствора под плиты.

После бетонирования шпонок через конусные отверстия плит заполняли все пространство шва под плитой раствором марки 500. Установку, омоноличивание и натяжение плит проводили в три этапа.

На первом этапе устанавливали 21 плиту от опоры к консолям «птички», в стык между плитами устанавливали трубки для пропуска пучков, проходящих в закрытых каналах. Стыки плит и прорези до уровня низа закрытых каналов омоноличивали бетоном марки 400. После отвердения бетона и набора им 100% -ной прочности натягивали пучки (6 пучков на усилие 51.5 т), проходящие в закрытых каналах и прорезях плит.

На втором этапе прорези в плитах омоноличивали на полную высоту вместе с натянутыми на них пучками, каналы плит заполняли цементным раствором марки 400. В открытые каналы плит укладывали 25 пучков и заводили их в анкерные каналы плиты П-2. После достижения бетоном омоноличивания 100%-ной прочности натягивали пучки па усилие 48 — 51.5 т с последующим заполнением каналов плиты П-2.

На третьем этапе устанавливали подмости на деревянных консолях легкого типа и устанавливали четыре последние анкерные плиты П-1 (2 шт.) и П-3 (2 шт.), устанавливали опалубку стыков плит, выставляли каналообразователи и омоноличивали плиты раствором марки 500. После достижения бетоном омоноличивания 100%-ной прочности натягивали 20 пучков на усилие 44-51,5 т с анкеровкой их на концевой плите П-3.
Натягивали пучки симметрично относительно оси плиты. Общее усилие натяжения в плите составляло 2470 т.

После натяжения пучков по верху плиты в открытые каналы укладывали арматурные сетки, корыта обмазывали цементно-коллоидным раствором и заполняли их бетонной смесью марки 400, закрытые каналы плит П-3 инъецировали раствором марки 400.
В процессе монтажа конструкции непрерывно вели контроль за усилием в пучках. Общий вид «птички», смонтированной козловым краном, показан на рис. 65. После натяжения всех пучков бетонирования сточного треугольника сваривали арматуру и омоноличивали временные шарнирные узлы нижних поясов ферм.

Общий вид «птички», смонтированной плавучим краном

Блоки подвесных пролетных строений длиной 22,16 м устанавливали обычным способом краном ДК-45 на плаву с применением строповочной траверсы.

За восемь суток (с учетом времени набора прочности бетона омоноличивания) монтировали две симметрично расположенные папели.

Монтаж пролетных строений моста через р. Северный Донец был выполнен за 9 месяцев, моста через р. Дон - за 11 месяцев. Достигнутые на строительстве мостов технико-экономические показатели приведены в таблице.

Технико-экономические показатели железобетонных сборных пролетных строений

Технико-экономические показатели железобетонных сборных пролетных строений
рамно-подвесной системы со сквозными фермами (на 1 м 2 проезжей части)

Наименование показателей	Единица измерения	Мост через р. Дон	Мост через р. Северный Донец
Расход бетона на 1 м 2 проезжей части	м 3 /м 2	0,55	0,555
Расход конструктивного металла (с учетом закладных частей) на 1 м 2 проезжей части	кг/м 2	131	131
в том числе:
сталь 5 и сталь 3		102	102
высокопрочная проволока		21,3	21,4
анкеры и закладные части		7,5	7,5
Расход металла на вспомогательные сооружения		79	215
в том числе:
инвентарный металл УИКМ, пролетных строений эстакад, рабочих мостов и т. п.		27,8	136,4
неинвентарный металл на монтажное обустройство ферм		31,6	39,7
неинвентарный металл на оборудование эстакад, рабочих мостиков, опалубки элементов ферм		20,1	38,9
Стоимость 1 м 2 пролетного строения	руб/м 2	193	231
Стоимость сооружения опор и пролетных строений моста		291	347

Затраты, связанные с устройством рабочего моста через все русло реки и по правой пойме, привели к значительному увеличению удельного расхода вспомогательного металла и увеличению стоимости 1 м2 моста через р. Северный Донец по сравнению с мостом через р. Дон, где монтаж пролетных строений был осуществлен плавучим крапом.

На строительстве мостов через р. Дон и Северный Донец была отработана технология навесного монтажа рамно-подвесных пролетных строений решетчатой системы при помощи кранов двух типов: козлового и стрелового плавучего.

Опыт строительства мостов через р. Дон и Северный Донец показал, что совершенствование конструкции железобетонных предварительно напряженных пролетных строений со сквозными фермами улучшит технико экономические показатели.

Путем укрупнения блоков число монтажных элементов пролетного строения может быть сокращено с 69 до 38, а количество типоразмеров блоков — с 16 до 10. При этом число стыков сократится вдвое. Такое улучшение конструкции пролетных строений возможно за счет объединения рамок верхнего пояса ригеля с плитами проезжей части в один монтажный элемент; упразднения отдельных тротуарных блоков и размещения тротуаров непосредственно на консолях плит; увеличения мощности напрягаемой арматуры с 24 до 48 проволок в пучке.

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.

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.

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:

- 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.