Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Металлические мосты Минимаркер Общая характеристика арочных систем

Общая характеристика арочных систем

Страница 1 из 5

Пролетные строения арочных мостов состоят из арок, являющихся их основными несущими элементами, конструкций проезжей части, связей, объединяющих отдельные элементы пролетных строений и пространственно жесткую и геометрически неизменяемую систему, и опорных частей (шарниров), если их устраивают.

В бесшарнирных арках благодаря разгружающему воздействию пятовых сечений наибольшие изгибающие моменты от внешних нагрузок распределяются по длине арок более равномерно и в большинстве сечений оказываются меньшими, чем в двух– и трехшарнирных арках. Поэтому они наиболее экономичны по расходу материала. Защемление пят способствует и повышению жесткости арок. Бесшарнирные арки наилучшие и в эксплуатации. Недостаток бесшарнирных арок и особенно пологих – возможность возникновения в их сечениях значительных дополнительных напряжений от изменения температуры. Кроме того, они чувствительны к неравномерным осадкам и смещениям опор. Поэтому в металлических мостах бесшарнирные арки применяли раньше сравнительно редко; предпочтение отдавалось двухшарнирным, их устраивали преимущественно в виде сквозных ферм, имеющих большую жесткость.

Переход к двухшарнирным аркам путем устройства шарниров в пятовых сечениях значительно снижает возможные дополнительные напряжения в арках от изменения температуры и смещения опор. Двухшарнирные арки имеют плавную по длине пролета линию прогиба. В отношении вертикальных и горизонтальных усилий, передаваемых опорам, и затрат материала двухшарнирные арки практически равноценны бесшарнирным. Поэтому в металлических мостах и в настоящее время применяют двухшарнирные арки и при весьма больших пролетах часто делают со сплошными стенками. Примером современного металлического моста этого типа может служить мест через Орликское водохранилище на р. Влтаве у Ждякова (ЧССР, 1967 г.). Он имеет пролет между шарнирами арок 330 м и общий пролет почти 380 м. Это наибольший по пролету в мире мост со сплошными стенками.

Ограниченные возможности развития высоты арок со сплошными стенками побуждают для увеличения их жесткости защемлять пяты, переходя к бесшарнирным аркам. Такое решение не приводит к возникновению значительных температурных и других дополнительных напряжений в арках в силу относительно малой жесткости арок со сплошными стенками больших пролетов.

Добавление шарнира в замке превращает двухшарнирную арку в трехшарнирную и исключает возможность дополнительных напряжений в арке от изменения температуры и смещения опор. Дополнительные изгибающие моменты в трехшарнирных арках, возникающие из–за трения в шарнирах обычно не учитываются. Однако увеличение числа шарниров в арках делает их менее жесткими. Кроме того, мосты с трехшарнирными арками имеют перелом линии прогиба над замковыми шарнирами, что неблагоприятно для железнодорожных мостов, так как увеличивает динамическое воздействие подвижного состава на арку. Поэтому в мостах под железную дорогу устройство постоянного шарнира в замке арки нежелательно. В автодорожных и городских мостах, особенно при недостаточно надежных грунтах в основании опор моста и наличии значительных перепадов температур, применение трехшарнирных арок может оказаться целесообразным.

Арки, будучи распорными системами, по затрате материала экономичнее балок, так как часть внешнего момента в арках погашается моментом распора:

Ма = Мб – Hy, (4.1)

где Mб – балочный (внешний) момент; Ну – момент от распора.

Благодаря этому по затрате материала на пролетное строение с учетом надарочных конструкций арочные мосты оказываются обычно более экономичными, чем балочные, особенно при больших пролетах. Однако в связи с наличием распора арочных мостов, опоры, в особенности при неблагоприятных грунтовых условиях и большой их высоте, требуют значительного развития по сравнению с опорами аналогичных по пролету балочных мостов. Это может вызвать заметное увеличение стоимости сооружения арочных мостов. Поэтому они наиболее целесообразны при достаточно прочных грунтах, залегающих на небольшой глубине, а также при небольшой высоте опор от пят арок до подошвы фундамента.

Арочные пролетные строения значительно труднее типизировать, чем балочные. Их обычно сооружают по индивидуальным проектам, что повышает стоимость изготовления элементов. Кроме того, как правило, более сложным оказывается и монтаж арочных мостов.

В мостах под железную дорогу при пролетах до 160 м балочные сквозные пролетные строения благодаря преимуществам, создаваемым их типизацией и относительной простотой конструкции, оказываются обычно более экономичными, чем арочные даже при наличии хороших грунтов в основании опор. При пролетах более 200 м балочные мосты становятся тяжелыми и преимущества арочных систем в отношении расхода материала на пролетные строения существенны для железнодорожных мостов при благоприятных геологических и топографических условиях. Арочные металлические пролетные строения в автодорожных и городских мостах тоже применяются сравнительно редко. Однако высокие архитектурные достоинства арочных мостов могут послужить одной из причин их применения в городских условиях. Кроме того, сооружение арочных мостов может оказаться целесообразным в горных и холмистых районах, где геологические и топографические условия бывают благоприятными для использования конструкций с достаточно подъемистыми арками и опорами небольших размеров.

Пролетные строения, имеющие арки со сплошными стенками, обычно более просты для изготовления и монтажа. При рациональном выборе пропорций они часто оказываются более предпочтительны по эстетическим соображениям. Поэтому в настоящее время существует тенденция применять арки со сплошными стенками в мостах возможно больших пролетов.

Однако с ростом пролета моста использование арок со сплошными стенками встречает трудности, связанные с необходимостью развивать высоту арок до размеров, при которых их приходится членить на монтажные блоки не только по длине, но и по высоте. Возникают также затруднения, связанные с устройством поясов арок в виде многолистовых пакетов. В результате трудоемкость и стоимость изготовления и монтажа арок существенно возрастают. Кроме того, с ростом высоты арок со сплошными стенками неизбежно возрастает степень недоиспользования прочности материала стенок при изгибе арок. Поэтому при сравнительно больших пролетах целесообразно переходить к решетчатым арочным фермам. Размер пролета, при котором необходим такой переход, в существенной мере зависит от состояния техники заводского изготовления, условий транспортирования элементов к месту строительства и условий монтажа конструкций и не является неизменным. Основываясь на опыте современного мостостроения, можно полагать, что в интервале пролетов 150 – 300 м целесообразно рассматривать варианты как арок со сплошными стенками, так и решетчатых арочных ферм.

Арочные мосты при большом строительном просвете в месте мостового перехода устраивают с ездой поверху. Если по местным условиям продольного профиля дороги строительный просвет оказывается недостаточным для устройства моста с ездой поверху, то арки на некоторой длине пролета поднимают выше проезжей части, устраивая езду посередине. В пределе возможно расположение проезжей части в уровне пят арок, т. е. устройство езды понизу.

Наиболее благоприятно в конструктивном и архитектурном отношениях устройство моста с ездой поверху. В мостах с ездой поверху число арок в поперечном сечении пролетного строения может быть назначено из условий получения наиболее простого и экономичного решения. В арочных мостах с пониженной ездой независимо от их ширины устраиваются обычно только две арки.

Возможность устройства езды поверху определяется прежде всего условиями размещения арок (в имеющемся строительном просвете мостового перехода) с наиболее целесообразной стрелой подъема. В существующих металлических арочных мостах стрела подъема арок изменяется в довольно широких пределах – от 1/2 до 1/20 пролета.

В мостах с ездой поверху наиболее употребительна стрела подъема арок, равная 1/71/8 пролета, а при пониженной езде – 1/51/6 пролета. Изменение стрелы подъема заметно изменяет распор в арке, но сравнительно мало осевые усилия в ней. Изгибающие моменты тоже мало зависят от стрелы подъема арки, так как второй член выражения (4.1) для конкретного пролета достаточно постоянен: при увеличении стрелы подъема арки распор Н уменьшается, а ордината y увеличивается. Это позволяет сооружать арки с различными стрелами подъема и почти одинаковым расходом металла.

Очертание оси арок при принятых пролете и стреле подъема выбирают так, чтобы расчетные моменты в сечениях арки были по абсолютному значению возможно меньшими. Возникновение изгибающих моментов в арке – результат несовпадения оси арки с кривой давления, которая меняет очертание при каждом изменении положения временной нагрузки на пролетном строении. Поэтому можно лишь стремиться к тому, чтобы неизбежные отклонения кривых давления от оси были наименьшими. Крайние положения кривые давления в арке занимают при загружении временной нагрузкой поочередно каждого из ее полупролетов. Поэтому за среднее положение кривой давления иногда принимают кривую, полученную при загружении всего пролета постоянной и половиной временной нагрузками. Однако в металлических мостах, поскольку металл одинаково хорошо работает как на осевые усилия, так и на изгиб, некоторые отклонения принятой оси арки от оптимального очертания не имеют особенного значения. Поэтому ось арки можно принимать по кривой давления от постоянной нагрузки. При равномерно распределенной по пролету нагрузке такой кривой служит квадратная парабола. Недостаток квадратной параболы как оси арки – ее переменная кривизна, препятствующая унификации длин элементов арки и узловых сопряжений в арочных фермах. В этом отношении более удобна круговая кривая, которой часто заменяют параболу. Различие ординат, определяющих очертание параболы и окружности, у пологих арок невелико и может не учитываться в расчетах. Если ось арки принимают по кривой давления от постоянной нагрузки, то изгибающие моменты в арке будут вызываться только временной нагрузкой. Поэтому высота арок в железнодорожных мостах должна быть большей, чем в автодорожных и городских.

Некоторое отступление от наивыгоднейшей высоты арки в сторону увеличения или уменьшения сказывается на ее весе сравнительно мало. Так, изменение высоты арки по сравнению с наивыгоднейшей на 20% вызывает увеличение ее веса всего на 3–5%. Это создает возможность в известных пределах подчинить высоту арки эстетическим требованиям или удобствам заводского изготовления, и перевозки без существенного увеличения расхода металла на пролетное строение. Предел уменьшения высоты арки определяется требованиями, предъявляемыми к вертикальной жесткости пролетного строения.

В многопролетных арочных мостах пролетные строения могут устраиваться с раздельными, неразрезными и консольными арками.

Раздельные арочные пролетные строения многопролетного моста (рис. 4.1, а) работают независимо друг от друга. Промежуточные опоры таких мостов должны обладать способностью воспринимать неуравновешенный распор арок смежных пролетов, возникающий при загружении одного из них временной нагрузкой. Поэтому при прочих равных условиях они будут всегда массивнее и дороже опор балочных мостов. Переход к неразрезным аркам позволяет частично или полностью освободить промежуточные опоры от действия распора и уменьшить их размеры. При продольно подвижном опирании неразрезных арок на промежуточные опоры (рис. 4.1, б) они освобождаются от воздействия распора арок и могут иметь такие же размеры, как и опоры неразрезных балочных мостов.

Схемы арочных многопролетных мостов

Рис. 4.1 - Схемы арочных многопролетных мостов

Связь пят арок смежных пролетов может быть жесткой (см. рис. 4.1, б) или шарнирной. В последнем случае система будет менее чувствительна к неравномерным осадкам опор.

Неразрезные, а также консольные (рис. 4.1, в) арки не дают экономических преимуществ в отношении расхода металла по сравнению с раздельными. Они обладают также меньшей жесткостью, чем раздельные арки. Кроме того, наличие большого числа шарниров в арочно–консольных мостах ухудшает их эксплуатационные качества. Поэтому мосты с неразрезными и консольными арками в настоящее время почти не строят. В то же время находят применение неразрезные пролетные строения, в которых арочная решетчатая система сочетается с балочной, что способствует повышению вертикальной жесткости и экономичности арочной части металлического моста и улучшает его эксплуатационные характеристики.


© 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