Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Металлические мосты Минимаркер Пролетные строения с гибкими арками и балками жесткости

Пролетные строения с гибкими арками и балками жесткости

Страница 2 из 4

Наиболее простая по схеме и конструкции комбинированная система, состоящая из балки жесткости и усиливающей ее гибкой арки – однопролетная балка или ферма, усиленная сверху гибкой аркой.

Отличительная особенность балки жесткости в такой системе – работа ее по всей длине на изгибающие моменты обоих знаков, что обусловлено S–образной формой изгиба пролетного строения при загружении части пролета. Наибольшие прогибы и моменты возникают при загружении полупролета (рис. 5.8, а). При этом изгиб балки не будет кососимметричным: продольные деформации арки и подвесок вызывают перемещение всех сечений балки вниз и поэтому по значению преобладают положительные моменты над отрицательными. Для уменьшения расчетных положительных моментов в балке целесообразно растягивающие усилия от распора арки передавать на балку с эксцентриситетом e относительно ее оси (рис. 5.8, б). Это будет вызывать в балке дополнительные отрицательные изгибающие моменты, выравнивающие моменты разных знаков от вертикальных нагрузок. Пролетные строения рассматриваемой комбинированной системы наиболее часто образуют двумя плоскими системами, состоящими каждая из балки и усиливающего ее арочного элемента и связанными между собой продольными и поперечными связями. На балки опирают конструкцию проезжей части, имеющей поперечные и продольные балки или только поперечные балки.

Схемы и эпюры в балке жесткости

Рис. 5.8 – Схемы и эпюры в балке жесткости: 1 – ось балки жесткости; 2 – эпюра моментов при загружеиии полупролета; 3 – эпюра от эксцентричной передачи на балку распора арки; 4 – суммарная эпюра моментов от изгиба временной нагрузки и эксцентрично растягивающим балку распором арки

Другим, более прогрессивным, решением конструкции пролетного строения служит объединение балок жесткости и конструкции проезжей части в единый ростверк, участвующий по всей ширине пролетного строения в совместной работе с арками. Возможно конструктивное решение, в котором балочная часть пролетного строения усилена только одной аркой, расположенной по оси моста. В этом случае объединение балок и конструкций проезжей части в единый ростверк особенно желательно, так как боковая и крутильная жесткость пролетного строения обеспечивается только жесткостью его балочной части (рис. 5.9). Имеются примеры мостов, в которых гибкой аркой усилена неразрезная балка в пролете, значительно превосходящем каждый из остальных пролетов.

Комбинированное пролетное строение, состоящее из коробчатой балки жесткости, усиленной гибкой аркой

Рис. 5.9 – Комбинированное пролетное строение, состоящее из коробчатой балки жесткости, усиленной гибкой аркой: 1 – гибкая арка; 2 – подвеска; 3 – вертикальные стенки балки жесткости; 4 – нижние продольные связи; 5 – поперечные связи; 6 – стальная ортотропная плита проезжей части

Конструкция основных несущих элементов, узлов и связей пролетных строений комбинированной системы рассматриваемого типа решается аналогично конструкции составляющих ее простых систем. Некоторую особенность представляют узлы сопряжения гибкой арки и подвесок с балкой жесткости. Пример узла сопряжения гибкой арки, имеющей двухстенчатое Н–образное сечение, с одностенчатой двутавровой балкой жесткости в клепано–сварном пролетном строении приведен на (рис. 5.10, а). Арка сопрягается с балкой при помощи фасонных листов, приваренных к верхнему поясу балки. Для повышения жесткости верхнего пояса балки из его плоскости он в пределах узла дополнительно связан со стенкой балки короткими ребрами жесткости. Конструкция сопряжения одностенчатых арки и балки жесткости в цельносварном железнодорожном пролетном строении пролетом 66 м показана на (рис. 5.10, б). Здесь стенка двутавровой арки расположена в одной плоскости со стенкой двутавровой балки и арка своим торцовым сечением приварена к верхнему поясу балки. Особенность этого пролетного строения – передача распора арок не только на балки жесткости, но и на продольные балки проезжей части, имеющие с балками жесткости одинаковую высоту. Для вовлечения продольных балок проезжей части в работу в качестве элементов затяжки они связаны с балками жесткости и между собой горизонтальными распределительными диафрагмами на концах пролетного строения в уровне верхних поясов балок.

Конструкция узлов прикрепления гибкой арки к балке жесткости

Рис. 5.10 – Конструкция узлов прикрепления гибкой арки к балке жесткости: 1 – ребра, повышающие жесткость верхнего пояса балки; 2 – фасонка с главным переходом на пояс; 3 – балка жесткости

Оси арок в обоих приведенных примерах конструкции опорного узла центрированы на верхнюю кромку балок (см. рис. 5.10). Ввиду этого распор арок передается на балки жесткости с эксцентриситетом относительно их оси и вызывает в них отрицательные изгибающие моменты, выравнивающие моменты разных знаков, возникающие в балках от вертикальных нагрузок. Кроме того, прикрепление арок к балкам с эксцентриситетом позволяет уменьшить длину узловых фасонок.

Подвески в пролетных строениях рассматриваемого типа часто устраивают Н–образного сечения, прикрепляя их к балкам при помощи коротыша тоже Н–образного сечения. Этот коротыш приварен своей стенкой к верхнему поясу балки, а удлиненными полками к ребрам жесткости, укрепляющим стенку балки (рис. 5.11, а). Недостаток такого решения – наличие поперечных сварных швов в местах прикрепления коротышей к поясу балки. Это создает концентрацию напряжений в поясе и ухудшает условия его работы. Более простая конструкция, исключающая такой недостаток, – крепление подвесок к балкам при помощи фасонок, приваренным к кромкам верхнего пояса и ребрам жесткости, укрепляющим стенку балки (рис. 5.11, б). Некоторым недостатком такого решения нужно считать непрямую передачу усилий с балки на стенку подвески Н–образного сечения.

Конструкция крепления подвесок к балке жесткости

Рис. 5.11 – Конструкция крепления подвесок к балке жесткости: 1 – подвеска; 2 – стыковые накладки; 3 – Н–образный коротыш; 4 – ребра жесткости; 5 – балка жесткости; 6 – накладки

При большой высоте моста и ненадежных грунтах в основании опор может оказаться целесообразной комбинированная система, состоящая из балки жесткости, усиленной снизу гибкой аркой, передающей распор на опоры моста.

Отличительная особенность целого ряда мостов с пролетными строениями подобного типа, построенных в нашей стране – устройство в поперечном сечении пролетного строения нескольких балок жесткости, объединяемых в пространственный ростверк, поддерживаемый снизу только двумя гибкими арками из стали повышенной прочности. В качестве примера такого решения на (рис. 5.12) показаны схема автодорожного моста через р. Старый Днепр в г. Запорожье, сооруженного в 1973 г. по проекту ЦНИИпроектстальконструкции и схема поперечного сечения его руслового пролетного строения. При ширине проезжей части, равной 14 м, и двух тротуарах по 2,25 м балочная часть пролетного строения образуется четырьмя двутавровыми балками, выполненными из низколегированной стали класса С–35, Арки имеют Н–образное сечение. Они сделаны из низколегированной стали класса С = 40.

Пролетное строение моста через р. Старый Днепр

Рис. 5.12 – Пролетное строение моста через р. Старый Днепр: 1 – сборная железобетонная плита проезжей части; 2 – балки жесткости; 3 – промежуточные поперечные связи между балками жесткости; 4 – нижние продольные связи между балками жесткости; 5 – продольные связи между арками; 6 – гибкая арка; 7 –стойка; 8 – поперечные диафрагмы между балками жесткости в плоскости стоек

Компоновка поперечного сечения пролетного строения с несколькими балками жесткости позволяет отказаться от устройства традиционной балочной клетки проезжей части и более рационально использовать ее железобетонную плиту в совместной работе с балками жесткости. Кроме того, балки жесткости могут быть приняты меньшей высоты, что упрощает их изготовление и монтаж, уменьшает строительную высоту конструкции в пролете и улучшает силуэт моста. Такие схемы поперечного сечения пролетного строения достаточно экономичны и по расходу стали. Например, расход стали на 1 м2 проезжей части руслового пролетного строения моста в г. Запорожье (см. рис. 5.12) составил 365 кг.

Иногда применяют пролетные строения такого типа только с двумя балками жесткости, усиленными каждая гибкой аркой. Пролетные строения этого моста, разработанные ЦНИИпроектстальконструкции, в виде двух неразрезных балок, усиленных в среднем пролете гибкими арками (рис. 5.13). Двутавровые балки жесткости пролетного строения связаны между собой поверху стальной ортотропной плитой проезжей части, нижними продольными связями и поперечными связями. Гибкие арки и надарочные стойки имеют Н–образные сечения. Арки связаны между собой продольными связями. Пролетное строение, перекрывающее ущелье, монтировали навесным способом. Потребовалось на время монтажа установить раскосы в каждой панели системы, поперечные связи плоскости надарочных стоек и анкерные тяги, связывающие балки жесткости собираемой части пролетного строения с устоем моста.

Мост через ущелье

Рис. 5.13 – Мост через ущелье: 1 – балка жесткости; 2 – гибкая арка; 3 – продольные связи между арками; 4 – нижние продольные связи между балками жесткости; 5 – поперечные связи между балками жесткости; 6 – стойка; 7 – подкос; 8 – стальная ортотропиая плита проезжей части

Гибким подпружным аркам придают обычно полигональное очертание с устройством в местах перелома монтажных стыков. На опоры такие арки устанавливают через шарнирно–неподвижные опорные части, конструкция которых аналогична конструкции опорных частей обычных арок.

В середине пролета балочную часть пролетного строения жестко связывают с арками или опирают на них через неподвижные опорные части, а балки жесткости (по концам) на шарнирно–подвижные опорные части. При этом продольные силы, действующие на пролетное строение, будут передаваться арками на опоры, а пилонные части опор, расположенные выше опорных частей арок, освободятся от изгиба этими силами. Кроме того, продольные деформации балок жесткости от изменения температуры будут симметричными относительно середины пролета.

Особенность пролетных строений рассматриваемой комбинированной системы – наличие отрицательных опорных реакций на концах балок жесткости, возникающих вследствие S–образного изгиба балок, усиленных гибкими арками (см. рис. 5.8). Поэтому концы балок жесткости закрепляют против их отрыва от опор, применяя опорные части, способные работать на знакопеременные опорные усилия, или опирая балки жесткости на обычные опорные части с одновременным прикреплением их к опорам при помощи анкерных устройств. В качестве продольно–подвижных опорных частей, способных работать на опорные реакции обоих знаков, иногда используют анкерные качающиеся стойки, имеющие шарниры на верхнем и нижнем концах. В мосте через ущелье (см. рис. 5.13) отрыву балок жесткости от опор препятствует жесткая связь балок с концевыми стойками, заанкеренными, в свою очередь, в фундаменты, на которые они опираются.

В пролетных строениях автодорожных и городских мостов находят применение внешне безраспорные трехпролетные комбинированные системы, образуемые неразрезной балкой жесткости и гибкими аркой и полуарками. В поперечном сечении таких пролетных строений может оказаться целесообразным также устройство нескольких балок, объединяемых в ростверк, образующий балочную часть пролетного строения, при двух плоскостях гибких арок и полуарок, усиливающих его.

Примером такого решения могут служить пролетные строения городского моста через р. Белую в Уфе, построенного в 1958 г. (рис. 5.14).

Мост через р. Белую

Рис. 5.14 – Мост через р. Белую: 1 – гибкие арки; 2 – продольные связи между арками; 3 – подвески; 4 – поперечные связи между опорными стойками; 5 – балки жесткости; 6 – поперечные связи между балками жесткости; 7 – продольные связи между балками жесткости; 8 – опорная поперечная балка

Шесть сварных двутавровых балок жесткости пролетного строения объединены между собой системой продольных и поперечных связей, а также железобетонной плитой проезжей части, включенной в работу балок, в пространственно жесткую конструкцию. Арки и полуарки Н–образного сечения из низколегированной стали класса С–35 расположены между крайними парами балок жесткости. Распор каждой арки с соответствующими ей полуарками передается на три ближайшие к ним балки при помощи горизонтальных листов, связывающих между собой эти балки в плоскости нижних поясов на участках примыкания к ним полуарок (рис. 5.15). Полуарка прикреплена к вертикальным фасонкам, которые, в свою очередь, связаны с одним из горизонтальных листов, распределяющих распор между балками. Вертикальная составляющая усилия в полуарке передается балкам через одну поперечную и две продольные вертикальные диафрагмы треугольной формы, расположенные в плоскостях фасонок, прикрепляющих полуарку. В местах пересечения арок с балками последние оперты на арки при помощи поперечных балочек и плоских продольно–подвижных опорных частей.

Конструкция сопряжения полуарки с балкой жесткости: 1 – узловая фасонка

Рис. 5.15 – Конструкция сопряжения полуарки с балкой жесткости: 1 – узловая фасонка; 2 – полуарка; 3 – поперечная диафрагма; 4 – продольные диафрагмы; 5 – горизонтальные пределительные листы между балками

Можно в поперечном сечении пролетного строения устраивать только две балки жесткости и две арки, расположенные в плоскости балок. Примером могут служить пролетные строения моста через р. Фрейзер в Канаде (рис. 5.16). Балочная часть пролетного строения образуется двумя трехпролетными неразрезными балками жесткости коробчатого сечения, объединенными жестким диском стальной сварной ортотропной плиты проезжей части, которая работает совместно с балками на изгиб и растяжение распором арок. Балки жесткости выше монтажного стыка и конструкция проезжей части выполнены из малоуглеродистой стали, нижняя часть балок и арки коробчатого сечения из низколегированной стали повышенной прочности, а стойки и подвески Н–образного сечения из малоуглеродистой стали.

Схема и поперечный разрез пролетного строения моста через р. Фрейзер

Рис. 5.16 – Схема и поперечный разрез пролетного строения моста через р. Фрейзер: 1 – продольные связи между арками; 2 – гибкая арка; 3 – поперечная балка стальной ортотропной плиты; 4 – стальная ортотропная плита проезжей части; 5 – подвеска; 6–продольные монтажные стыки балки жесткости; 7 – балка жесткости; 8 – монтажный стык поперечной балки с балкой жесткости

Стальная ортотропная плита проезжей части, принятая вместо железобетонной, в пролетных строениях такого типа и особенно при больших пролетах целесообразна с точки зрения снижения постоянной нагрузки. Кроме того, балочная часть системы работает по всей длине на изгибающие моменты обоих знаков, а во внешне безраспорных системах дополнительно и на растяжение. Поэтому включение железобетонной плиты в совместную работу с балками жесткости связано с известными трудностями.


© 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