Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Металлические мосты Минимаркер Металлические пролетные строения с ездой на балласте

Металлические пролетные строения с ездой на балласте

Страница 2 из 4

Недостатком устройства пути на деревянных поперечинах в мостах с металлическими пролетными строениями является неоднородность езды на мосту и на подходах к нему. Путь на деревянных поперечинах требует значительно большего надзора при эксплуатации, чем путь на балласте. Срок службы брусьев небольшой, а смена их связана с затруднениями, особенно на линиях с интенсивным движением.

В путепроводах над улицами и автомобильными дорогами в пределах городской черты устройство пути на поперечинах встречает возражения в связи с большим шумом, возникающим при проходе поезда, а также возможностью падения небольших предметов на проезжую часть пересекаемой магистрали,

В мостах, расположенных на кривых, при езде на поперечинах затрудняется установка наружного рельса в повышенном уровне, что легко осуществляется при езде на балласте.

Таким образом, с точки зрения улучшения условий эксплуатации, желательно, а в некоторых случаях даже необходимо устраивать езду на балласте.

Если учесть, что с устройством езды на балласте увеличивается постоянная нагрузка и поэтому в некоторой мере уменьшается чувствительность пролетного строения к росту временной нагрузки, то станет очевидным, что переход от езды на поперечинах к езде на балласте для пролетных строений малых пролетов представляет определенный интерес.

Многократные попытки устройства езды на балласте в течение долгого времени приводили к усложнению и значительному удорожанию конструкции. Устраивали различные металлические настилы (цилиндрический, лотковый и др.), на которых располагали балласт.

Отвод воды, просочившейся через балласт, в большинстве случаев решался неудовлетворительно. Металлический настил и основная конструкция быстро подвергались коррозии. Применение металлического настила и увеличение сечений главных балок в связи с ростом постоянной нагрузки вызывало значительное повышение расхода металла.

С появлением железобетона нашла применение проезжая часть в виде железобетонной плиты, опирающейся на главные балки (рис. 14). Расход металла на проезжую часть в этой конструкции значительно меньше, чем при металлическом настиле; отвод воды осуществляется проще, долговечность конструкции повышается.

Пролетное строение с ездой на балласте, уложенном по железобетонной плите

Рис. 14 – Пролетное строение с ездой на балласте, уложенном по железобетонной плите

Общий вес плиты и балласта составляет 6–7 т. на 1 пог. м железнодорожного пути, что существенно увеличивает расчетную нагрузку и расход металла на главные балки.

Снижение веса металла в этой конструкции достигается путем использования железобетонной плиты в работе главных балок. При достаточно прочном соединении плиты с балкой можно рассматривать плиту как верхний (сжатый) пояс балки. В этом случае металлическое сечение верхнего пояса балки может быть значительно уменьшено (рис. 15, а).

Поперечное сечение главной балки с объединенной плитой проезжей части и типы упоров

Рис. 15 – Поперечное сечение главной балки с объединенной плитой проезжей части и типы упоров

Степень участия плиты в работе балки определяется порядком производства работ. Если плиту бетонировать при расположении балок на сплошных подмостях, то объединенное сечение будет работать совместно на все виды нагрузок. Если же плиту бетонировать после установки балок на опоры, то характер работы изменится. В первой стадии всю нагрузку, действующую во время бетонирования плиты (собственный вес металлических балок и связей и вес плиты с опалубкой), воспримут только металлические балки; все нагрузки, которые будут передаваться после отвердения плиты (вес защитного слоя, верхнего строения пути, а также временная нагрузка), воспримут объединенные сечения балок с плитой. Таким образом, порядок производства работ должен быть заранее определен проектом.

Для обеспечения совместной работы балки с плитой необходимо, чтобы конструкция могла воспринять все сдвигающие усилия, возникающие по плоскости сопряжения плиты с балкой. При этом следует учитывать, что, помимо сдвигающих сил, связанных с усилиями в балке от вертикальных нагрузок, по плоскости сопряжения действуют дополнительные сдвигающие усилия, возникающие от разности температур балки и плиты и от усадки бетона.

Металлические тонкостенные балки вследствие большой теплопроводности быстро реагируют на изменение температуры, в то время как железобетонная плита изменяет свою температуру значительно медленнее. При резких изменениях температуры воздуха разница между температурами балки и плиты может достигать 15°, что вызывает значительные сдвигающие силы. Возникает необходимость постановки достаточно мощных приспособлений, которые способны воспринимать такие силы.

Эти приспособления устраивают обычно в виде жестких (рис. 15, ж–о) или гибких (рис. 15, б–е) металлических упоров. Упоры, прикрепленные к верхнему поясу балки, входят в тело железобетонной плиты и воспринимают на себя все сдвигающие усилия, возникающие между плитой и балкой.

Использование плиты в расчетном сечении балок позволяет осуществить конструкцию пролетных строений с ездой на балласте без увеличения веса металла главных балок по сравнению с пролетными строениями при езде на поперечинах.

Конструкции в виде металлических балок, объединенных с железобетонной плитой, получившие название сталежелезобетонных, дают возможность улучшить эксплуатационные качества железнодорожных мостов, а в автодорожных мостах получить значительную экономию металла.

Серьезным недостатком описываемых конструкций в первое время была необходимость бетонирования плиты на месте установки пролетного строения. Задачи индустриализации строительства требуют доведения до минимума работ на площадке. Металлические пролетные строения с ездой на поперечинах при пролетах до 33,6 м могут быть цельно–перевозимыми, а при увеличении пролетов – крупноблочными. Монтаж их на месте работ и ввод в эксплуатацию производится очень быстро с небольшими затратами рабочей силы. Необходимость бетонирования плиты на месте значительно снижала ценные качества сталежелезобетонных пролетных строений.

Была поставлена задача сохранить положительные качества конструкции сталежелезобетонных пролетных строений, но всемерно уменьшить объем работ, производимых на месте. Эта задача была решена путем применения сборных железобетонных плит из отдельных блоков, изготовляемых на заводе. Для обеспечения связи с балкой в плите оставляют отверстия (окна), куда входят упоры, приваренные к балке. Эти гнезда бетонируют на месте бетоном на быстротвердеющем цементе.

Сборка плиты осуществляется быстро, объем бетонных работ мал, открытие движения возможно после достижения бетоном необходимой прочности. Подобные конструкции осуществлены на ряде мостов и успешно эксплуатируются.

В проекте пролетного строения L = 55,0 м для моста через р. Тавду на линии Тюмень–Сургут, разработанном Гипротрансмостом в 1966 г., конструкция состоит из двух главных балок со сплошными стенками, объединенных между собой продольными и поперечными связями (рис. 16). Расстояние между осями балок 2,3 м, что составляет примерно 1/24 пролета, но совместно с балками работает широкая плита, наличие которой существенно увеличивает горизонтальную жесткость пролетного строения.

Сварное пролетное строение L = 55,0 м с ездой на балласте

Рис. 16 – Сварное пролетное строение L = 55,0 м с ездой на балласте: а – верхние связи; б – фасад; в – нижние продольные связи; г – поперечный разрез на опоре; д – поперечный разрез в пролете

Таким образом, объединение металлических балок с железобетонной плитой в железнодорожных мостах, помимо других достоинств, позволяет уменьшить расстояние между осями балок и соответственно уменьшить ширину опор.

Высота балки определилась из условия предельно допустимой по габариту при перевозке железнодорожным транспортом отдельных балок.

Вертикальная стенка сечением 3600×16 мм имеет в середине высоты горизонтальный стык. Для обеспечения местной устойчивости стенка усилена вертикальными ребрами жесткости и горизонтальным ребром, установленным на расстоянии 800 мм от верхней кромки. Верхний пояс балки постоянного сечения 500×20 мм, нижний пояс переменного сечения – в середине пролета состоит из двух листов: 800×36 и 600×36 мм, на участках у опор – из одного листа 500×36 мм.

Главные балки разбиты на три блока: 20250+15300+20250 мм, соединяемых монтажными стыками на высокопрочных болтах (рис. 17). Вес наиболее тяжелого блока 19,4 т.

Монтажный стык балки

Рис. 17 – Монтажный стык балки: а – внутренний фасад; б – план нижних продольных связей

При высоте балок 3,6 м пространственный блок с расстоянием 2,3 м между балками выходит из пределов габарита, установленного на железных дорогах. Перевозка балок осуществляется с установкой их на расстоянии 800 мм между осями с соответственными временными креплениями.

Связи между главными балками устанавливаются на месте и прикрепляются высокопрочными болтами. Нижние продольные связи приняты в виде крестовой решетки, в плоскости верхних поясов даны лишь распорки в местах расположения поперечных связей. Роль верхних продольных связей выполняет железобетонная плита. Поперечные связи крестового типа. В опорных сечениях предусмотрено устройство домкратных балок (рис. 18).

Поперечные разрезы пролетного строения L = 55,0 м

Рис. 18 – Поперечные разрезы пролетного строения L = 55,0 м: а – в пролете; б – на опоре

Прикрепление фасонок продольных связей к вертикальным стенкам главных балок производится на заводе. Первоначально проектом предусматривалось, что эти фасонки будут приварены к стенке (см. рис. 17). Однако при утверждении проекта, учитывая суровые климатические условия, при которых сооружение будет эксплуатироваться, было решено прикреплять эти фасонки к балкам при помощи заклепок (рис. 19).

Узел прикрепления нижних продольных связей

Рис. 19 – Узел прикрепления нижних продольных связей

Изготовление пролетного строения предусмотрено из низколегированной мартеновской конструкционной стали для сварных конструкций группы A марки 15ХСНД с дополнительными требованиями по ударной вязкости.

Металлические балки работают на собственный вес и нагрузку от плиты.

Временная нагрузка, вес балласта и пути воспринимаются объединенным сечением балок с плитой.

Концевые участки железобетонной плиты длиной по 5,11 м выполняют монолитными, на остальной части пролетного строения плита принята из сборных блоков шириной 2,4 м, укладываемых на слой раствора. Швы между блоками шириной 14 см омоноличиваются после сварки выпусков арматуры.

Объединение блоков плиты с металлическими балками осуществляется при помощи жестких упоров, которые входят в окна блоков плиты.

Упоры по условиям габарита нельзя прикреплять к балке на заводе, они соединяются с верхним поясом на строительной площадке при помощи высокопрочных болтов.

Соединение блоков плиты с балками путем устройства в плите окон для жестких упоров, расположенных на поясах балки, с последующим бетонированием этих окон не единственный прием объединения сборных плит с балками.

Например, в типовых проектах железнодорожных пролетных строений с пролетами 45 и 55 м, разработанных Гипротрансмостом в 1962 г., было предусмотрено объединение сборных блоков плиты с балками на высокопрочных болтах, соединяющих закладные части плиты е верхним поясом балки. При этом упоры в виде гибких петель (рис. 20, а) приваривали к металлическому листу и закладывали в опалубку при бетонировании плиты. На монтаже выступающие полки этих листов соединяли с верхним поясом балки высокопрочными болтами.

Присоединение железобетонных плит к стальным балкам

Рис. 20 – Присоединение железобетонных плит к стальным балкам: а – посредством плоской закладной детали; б – высокопрочными болтами через отверстия в плите

В зависимости от величины усилия, на которые рассчитаны соединения плиты с балками, количество болтов в присоединении упоров к поясам принято различным: 34 (у опоры), 24 и 16.

Для обеспечения совпадения отверстий в закладных частях плиты и верхнем поясе балки изготовление блоков плиты предусмотрено в жесткой металлической опалубке, которая служит кондуктором для размещения закладных частей перед бетонированием. В металлических листах упоров устраивают по кондуктору четыре маячных отверстия диаметром 13 мм, остальные отверстия в листах сверлят на монтаже через отверстия в поясных листах.

Предложенная конструкция вызвала значительные усложнения при изготовлении и монтаже и распространения не получила.

В последние годы на железнодорожных линиях получили широкое распространение железобетонные шпалы. Разработаны и проверены на практике крепления рельсов к железобетонным шпалам. В связи с этим внесены предложения о непосредственном прикреплении рельсов к железобетонной плите пролетных строений.

Такая конструкция имеет определенные преимущества по сравнению с ездой на балласте из–за снижения строительной высоты пролетного строения, уменьшения расчетной нагрузки, упрощения изоляции и отвода воды (рис. 20, б).

При этом для создания некоторой упругости предусматривается установка под подкладками, на которые опираются рельсы, прокладок из упругого материала. Отвод воды осуществляется через трубки или при двухблочной конструкции через щель между блоками. По условиям габарита ширину плиты следует принимать не более 3,2 м. В качестве охранных приспособлений могут служить контруголки и бортики плиты. В связи с открытой поверхностью плиты и свободным стоком воды для изоляции достаточно покрыть поверхность плиты слоем эпоксидной смолы.

Проведенные исследования и испытания конструкций с непосредственным прикреплением рельсов к железобетонной плите показали, что величины динамических добавок при движении поездов не отличаются при этом от величин, наблюдаемых при обычном мостовом полотне.

За рубежом нашли также применение конструкции с ездой на балласте, расположенном на металлическом настиле, однако не те, которые применялись раньше, а нового типа, принципиальной особенностью которого является использование настилов в качестве верхнего пояса основной несущей конструкции.

Балластное корыто располагается на металлическом листе, усиленном продольными и поперечными ребрами, в результате чего образуется ортотропная плита, которая работает на местную нагрузку, передаваемую балластом, и одновременно является верхним поясом основной несущей конструкции.

Примером подобной конструкции может служить двухпутный балочный мост на железнодорожной линии Инсбрук–Зальцбург (рис. 21). При пролете балки 50 м и ширине между внутренними гранями перил 9,0 м поперечное сечение представляет собой замкнутую коробчатую конструкцию с расстоянием между вертикальными стенками 5,0 м. Верхний и нижний пояса состоят из листов, усиленных продольными прокатными двутаврами. Через 2,5 м между осями установлены поперечные балки. Система в виде горизонтального листа, продольных ребер и поперечных балок образует ортотропную плиту, на которой располагается балласт.

Поперечное сечение двухпутного железнодорожного коробчатого пролетного строения на линии Инсбрук–Зальцбург (Австрия)

Рис. 21 – Поперечное сечение двухпутного железнодорожного коробчатого пролетного строения на линии Инсбрук–Зальцбург (Австрия)

Через каждые 12,5 м установлены сплошные поперечные диафрагмы, в результате чего коробка обладает высокой крутильной жесткостью, что важно в связи с несимметричной нагрузкой при расположении поезда на одном из двух путей.

Серьезным недостатком устройства балластного корыта на металлической плите является опасность быстрой коррозии листа. Доступ к осмотру листа ограничен. Необходимо обеспечить хороший отвод воды и изоляцию листа, которую устраивают обычно из различных смазок на основе эпоксидной смолы.

Основным преимуществом устройства балластного корыта на металлическом листе по сравнению с балластным корытом на железобетонной плите является снижение величины постоянной нагрузки, что может иметь существенное значение при больших пролетах. При малых пролетах применение металлической ортотропной плиты экономии не дает и рекомендовать ее не следует.

В зарубежной практике в отдельных случаях нашли также применение пролетные строения с непосредственным прикреплением рельсов к несущим металлическим конструкциям. Такая конструкция применена, в частности, на мосту через р. Эммер в ФРГ. Мост – двухпутный, однопролетный балочный (рис. 22) с пролетом 54,0 м.

Коробчатый железнодорожный двухпутный мост через р. Эммер (ФРГ)

Рис. 22. Коробчатый железнодорожный двухпутный мост через р. Эммер (ФРГ): а – фасад; б – поперечный разрез в середине пролета; в – поперечный разрез на опоре

При проектировании была поставлена задача применить конструкцию с наименьшей строительной высотой.

Поперечное сечение принято в виде оригинальной замкнутой коробчатой конструкции с ортотропной плитой и наклонными боковыми стенками.

Строительная высота конструкции в середине пролета равна 3,74 м. В местах опирания высота коробок существенно снижена.

Прикрепление рельсов непосредственно к металлическому листу верхнего пояса (без балласта) позволяет значительно снизить постоянную нагрузку и уменьшить строительную высоту пролетного строения. Достоинством является также доступность осмотра верхнего листа, а недостатком – очень большой шум при проходе поезда.

При больших пролетах подобное решение может дать определенную экономию.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика