Author: Колоколов Н.М. Копац Л.Н. Файнштейн И.С.
Tags: строительство инженерных сооружений строительство строительные конструкции строительные материалы строительное проектирование издательство транспорт искусственные сооружение
ISBN: 5-277-00050-Х
Year: 1988
Text
И.С.ФАЙНШТЕЙН
ИСКУССТВЕННЫЕ
СООРУЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Искусственные сооружения — наиболее сложная часть желез-
ных и автомобильных дорог. Их выполняют двух видов: возводи-
мые над поверхностью земли мосты различного типа и водопропус-
кные трубы, устраиваемые через водотоки и другие препятствия;
гоннели, сооружаемые под поверхностью земли на пересечении
дорогой гор, высоких холмов и при проложении в больших городах
линий метрополитенов.
Мосты строили с древнейших времен. Первоначально они име-
ли простую конструкцию. Их возводили из дерева и камня вруч-
ную для пешеходного и гужевого движения. Широкие и глубокие
реки оказывались трудными для постройки мостов, которые заме-
няли паромными переправами или наплавными мостами из плотов
пл н судов.
Деревянные мосты вначале сооружали простыми балочными,
пнем перешли к более сложным конструкциям.
Каменные мосты выполняли из сводов на массивных опорах.
Размер опор по фасаду моста достигал одной трети, а в отдельных
случаях даже половины пролета. Кладку осуществляли на извест-
ковых растворах или тщательной пригонкой отдельных блоков с
укладкой их насухо. Много каменных мостов было построено в
XV-XIX вв., и они существуют до сих пор в странах Западной
1-пропы — Франции, Италии, Испании и др. Пролеты мостов дости-
гали 90 м, мосты поражали красотой и совершенством своих форм.
В нашей стране каменные мосты строили преимущественно в
1якавказье. Некоторые из них сохранились до наших дней.
С началом строительства железных дорог в XIX в. стали соо-
ружать капитальные металлические мосты. Необходимость движе-
ния поездов потребовала постройки достаточно прочных и надеж-
ных каменных опор. Появились новые конструкции и способы воз-
недсния таких мостов, стали применять стальные конструкции и
бетон. Развивались и совершенствовались методы проектирования
мостов, что особенно характерно для второй половины XIX в.
Известны русские ученые, разработавшие новые конструкции и
методы строительства первых крупнейших металлических город-
ских и железнодорожных мостов в этот период—инж. С. В.
3
Рис. 1. Городской мост через р. Неву с чугунными пролетными строениями
Кербедз, построивший в 1842—1850 гг. мосты через р. Неву с про-
летами 45 и 47 м (рис. 1) и в 1853—1857 гг. мост через р. Лугу с
пролетом 55 м, и др.
На гужевых дорогах с 1820 г. стали применять многорешетча-
тые фермы из досок системы архитектора Тауна. Примерно в тот
же период американским инж. Гау были предложены деревянные
фермы из бревен или брусьев. Выдающийся русский инженер
Д. И. Журавский (1821 —1891 гг.) внес в систему ферм Гау изме-
нения, разработал на основе исследований метод их расчета. Все
это позволило применять такие фермы не только на гужевых, но
и на железных дорогах. На двухпутной железной дороге Петер-
бург — Москва (ныне Октябрьской) в 1847—1851 гг. было постро-
ено несколько больших мостов через реки Волхов, Мету, Волгу и
другие реки с применением ферм Гау — Журавского с пролетами
до 61 м. В дальнейшем такие конструкции широко применяли при
строительстве и особенно при восстановлении автодорожных и же-
лезнодорожных мостов вплоть до середины XX в.
Сочетание теории и практики стало характерной особенностью
русской школы мосгостроения с 50-х годов прошлого столетия.
Иначе происходило развитие мостостроения в зарубежных стра-
нах, особенно в Англии и США. В этих странах наблюдался эмпи-
рический подход к проектированию мостов, вследствие чего неред-
ко происходило обрушение мостов.
Русская школа мостостроения с самых первых шагов по пути
строительства больших мостов ведущим положением считала обес-
печение безопасной эксплуатации моста, развивая для этого экс-
периментально-теоретический метод, заложенный Д. И. Журав-
ским, и сочетая его с изучением практики постройки мостов. Имен-
но поэтому количество аварий мостов вследствие недостаточной их
прочности у нас за всю историю мостостроения было незначитель-
ным.
Металлические пролетные строения мостов до 80-х годов XIX в.
изготавливали из так называемого сварочного железа, которое пла-
вили в пудлинговых печах. С 1885 г. появилось более качествен-
ное литое железо. В разработке металлических пролетных строе-
ний больших мостов в конце XIX в. необходимо отметить деятель-
ность известного русского ученого — проф. Н. А. Белелюбского
(1845—1922 гг.). Под его руководством были разработаны типовые
пролетные строения с пролетами до 109 м, использованные в же-
лезнодорожных мостах через реки Волга, Днепр и др. Эти мосты
имели многорешетчатые и двухрешетчатые системы ферм. По ини-
циативе проф. Л. Д. Проскурякова в конце XIX в. появились кле-
паные металлические пролетные строения треугольной системы.
11 «пестен ряд крупных мостов через реки Енисей, Обь, Москву,
Сулу и др., построенных по его проектам. В начале XX в. по
инициативе проф. Н. А. Белелюбского и Г. П. Передерия в пролет-
ных строениях небольшого размера и трубах стал применяться
железобетон. В системе НКПС в 1926 г. была организована первая
государственная проектная организация Мостовое бюро, а в
1930 г. мостостроительный трест — Мостотрест. На эти организа-
ции было возложено проектирование и строительство мостов на
железных дорогах страны, разработка норм и правил проектиро-
вания искусственных сооружений, составление типовых проектов
конструкций и технологических правил производства работ. По их
проектам в первой и второй пятилетках были построены крупней-
шие металлические мосты на реках Волге, Днепре, Енисее, Оби,
Допу и др.
1’нс. 2. Железнодорожный железобетонный мост через ф. Днепр (1932 г.)
Рис. 3. Двухъярусный совмещенный железобетонный мост через р. Старый
Днепр (1953 г.)
В начале XX столетия железобетон в России применялся пре-
имущественно в малых мостах с пролетами до 6 м. Начало разви-
тия железобетонных конструкций в больших мостах было положено
успешной постройкой Мостотрестом в 1932 г. арочного железнодо-
рожного моста через р. Днепр длиной свыше 1600 м (рис. 2). До
Великой Отечественной войны из монолитного железобетона пос-
троили крупнейшие железнодорожные и городские мосты через
реки Волгу, Неву, Москву, Оку, Ангару и др. После окончания
войны из монолитного железобетона было сооружено несколько
крупных мостов, из них на р. Днепр — два уникальных совмещен-
ных под железную и автомобильную дороги двухъярусных моста
с пролетами 140 и 228 м (рис. 3). Во время Великой Отечествен-
ной войны было разрушено особенно много железнодорожных мос-
тов. Только благодаря самоотверженному труду специалистов вос-
становили более 16000 сооружений.
Для современного отечественного и зарубежного мостострое-
ния характерно применение сборных предварительно напряженных
железобетонных конструкций в автодорожных мостах (рис. 4).
При этом решающее значение имело историческое решение партии
и правительства в 1954 г. о широком переходе в капитальном стро-
ительстве на индустриальные способы с использованием сборных
железобетонных и бетонных конструкций.
Впервые в мире, начиная с 1958 г., мостостроители нашей стра-
ны освоили применение сборных железобетонных конструкций для
железнодорожных и городских мостов через реки Волгу, Москву,
Дон, Днепр, Оку. Были разработаны и получили успешное приме-
нение прогрессивные конструкции и методы производства опор на
железобетонных сваях, оболочках и столбах. В настоящее время
искусственные сооружения выполняют преимущественно сборной
конструкции из элементов заводского и полигонного производства.
Освоен эффективный навесной способ монтажа сборных конструк-
ций с соединением элементов при помощи полимерного клея. В
крупных городских мостах успешно применены новые системы про-
летных строений из сборного железобетона, рамно-консольные,
арочно-консольные, балочно-неразрезные, вантовые. Массовое
6
a)
Рис. 4. Основные системы современных предварительно напряженных железо-
бетонных мостов:
< — в СССР; б — в Японии; в — в Ливии; г — во Франции; д — в Италии; е — в Австра-
лии (по каждой схеме показан наибольший из перекрытых пролетов данной статической
системы моста)
строительство искусственных сооружений в виде малых и средних
мостов, путепроводов, эстакад, водопропускных труб в настоящее
время осуществляют преимущественно по типовым проектам с
использованием унифицированных сборных конструкций заводско-
го и полигонного изготовления. После 1965 г. при строительстве
новых железных и автомобильных дорог широкое применение полу-
чили весьма эффективные трубы из гофрированного коррозиестой-
кого металла.
При строительстве железнодорожных мостов с пролетами до
27 м применяют типовые предварительно напряженные пролетные
строения заводского изготовления. Для больших пролетов приме-
няют металлические конструкции в виде сплошностенчатых систем
или решетчатых ферм. Получили распространение прогрессивные
конструкции с соединением элементов на электросварке и высоко-
прочных болтах. Применяют новые виды высокопрочных сталей,
коробчатые сечения, цельноперевозимые конструкции. Все это поз-
волило построить крупнейшие мосты через реки Волгу, Северную
Двину. С применением вантовых конструкций построены городские
мосты через р. Днепр в Киеве и через р. Даугаву в Риге с проле-
том до 320 м.
За рубежом с появлением железных дорог начался процесс ин-
тенсивного развития мостостроения. Наряду со строительством
крупных каменных, а позднее железобетонных мостов в конце
XIX — начале XX в. широко применяли металлические конструк-
ции.
В 1860 г. в Англии был сдан в эксплуатацию Фортский метал-
лический мост с пролетом 521 м, а в 1917 г. — Квебекский мост в
Канаде с пролетом 549 м. Построены крупнейшие металлические
арочные мосты, в том числе с пролетом 503 м в Сиднее (Австра-
лия).
Американское мостостроение отличается большим развитием
конструкций висячих систем городских мостов. Начало их приме-
нения было положено постройкой в 1883 г. в Нью-Йорке Бруклин-
ского моста с центральным пролетом 486 м. К настоящему време-
ни в США, Европе и Японии построены десятки висячих мостов с
пролетами до 1500 м (рис. 5).
Характерным для современного мостостроения как в отечест-
венной, так и в зарубежной практике является совершенствование
конструкций и способов сооружения фундаментов опор. Вместо
широко применявшегося более 100 лет дорогого и весьма трудоем-
кого кессонного способа заложения фундаментов, требующего
выполнения работ под сжатым воздухом, освоены прогрессивные
способы постройки фундаментов на длинномерных железобетонных
сваях, сборных железобетонных оболочках, погружаемых в грунт
мощными молотами и электровибропогружателями. В последнее
время, используя опыт строительства БАМа, применяют фундамен-
8
Рис. 5. Висячий стальной мост через морской пролив (США)
гы из железобетонных столбов, опускаемых в предварительно раз-
буренные скважины диаметром 80— 300 см. Такие столбы могут
проходить вверх до пролетного строения, исключая необходимость
устройства ростверка.
В последнее время получен большой опыт строительства искус-
с!пенных сооружений Байкало-Амурской железной дороги. На
nccii ее протяженности в 3110 км от станции Усть-Кут на западе
чо станции Комсомольск-на-Амуре в течение десятой и одиннадца-
той пятилеток было построено 126 больших и 815 средних металли-
ческих мостов. С применением сборного железобетона построено
1046 малых мостов и 920 водопропускных труб под насыпями.
Часть труб выполнена из гофрированного металла. При сооруже-
нии мостов впервые в отечественной практике опоры малых и сред-
них мостов, расположенных на вечномерзлых грунтах, сооружали
п.т железобетонных столбах, опущенных в предварительно пробу-
ренные скважины. На дороге было построено значительное коли-
чество подпорных стен, галерей, селеспусков.
Другой распространенный вид искусственных сооружений —
гоннели — начали строить в глубокой древности, преимуществен-
но для подачи воды и для военных целей.
Первый горный железнодорожный тоннель длиной 1190 м был
построен в 1826—1830 гг. в Англии. В это же время началось стро-
9
ительство таких тоннелей в Швейцарии, Франции, Бельгии, Герма-
нии, Италии, США и других странах. Крупнейший в мире однопут-
ный железнодорожный Симплонский тоннель длиной 19,78 км,
соединивший Италию со Швейцарией, был построен в 1898—
1906 гг.
Железнодорожные тоннели в России начали строить с 1859 г.
За три года были построены двухпутные тоннели длиной 427 и
1280 м на Петербург-Варшавской железной дороге. До конца
прошлого столетия сооружено большое количество тоннелей на
железных дорогах Кавказа, Сибири, Урала. Самым крупным был
Сурамский тоннель в Закавказье длиной 4 км, построенный в
1886—1890 гг. До Великой Октябрьской социалистической рево-
люции в нашей стране было сооружено несколько десятков круп-
ных горных однопутных и двухпутных тоннелей на железных до-
рогах Дальнего Востока.
После Великой Октябрьской социалистической революции пос-
троены крупные тоннели на линиях Казань — Свердловск, Мере-
фа — Херсон, на Черноморской железной дороге и ряд тоннелей на
востоке страны. Большое число железнодорожных тоннелей пос-
троено на БАМе.
Железнодорожные тоннели строили различными способами с
обделками, защищающими движущиеся поезда от обвалов горных
пород, из каменной кладки на известковых растворах, а позднее
из бетона.
Первая линия метрополитена была построена в Англии в 1863 г.
в Лондоне. С этого времени сеть метрополитенов быстро росла. В
1892—1894 гг. были построены линии метрополитенов в Чикаго и
Нью-Йорке (США).
В СССР строительство метрополитенов, начатое в 1930 г., ведет-
ся непрерывно. На 1 января 1988 г. протяженность Московского
метрополитена составляет 224 км. Построены метрополитены в Ле-
нинграде, Киеве, Тбилиси, Харькове, Баку, Ташкенте, Горьком,
Минске, Новосибирске, Куйбышеве. Строятся метрополитены в
Днепропетровске и других городах.
Повышение эффективности мостостроения и тоннелестроения в
нашей стране в соответствии с решениями XXVII съезда КПСС
требует дальнейшего совершенствования и широкого внедрения
прогрессивных конструкций и технологий, осуществления комп-
лексной механизации работ на основе научно-технического прог-
ресса, повышения производительности труда, снижения стоимости
и материалоемкости сооружений.
Для успешного решения этой задачи научные и проектные ор-
ганизации ведут разработку новых типовых проектов сооруже-
ний, а строители внедряют гибкую технологию массового строи-
тельства на основе применения унифицированных конструкций
преимущественно заводского изготовления, используют инвентар-
10
ную технологическую оснастку для строительства скоростными ме-
тодами.
Создается номенклатура эффективного оборудования достаточ-
но универсального вида для применения в различных условиях.
Большая творческая работа советских ученых, проектировщи-
ков и строителей направлена на дальнейшее развитие и совершен-
ствование индустриальных методов мостостроения и тоннелестрое-
ния.
Настоящий учебник подготовлен в соответствии с учебным
планом и по новым Строительным нормам и правилам на проекти-
рование мостов и труб (СНиП 2.05.84), утвержденным Госстроем
СССР и введенным в действие с 1 января 1986 г. Все ранее дей-
ствовавшие Строительные нормы и правила на проектирование
мостов и других искусственных сооружений отменены.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЯХ.
ОСНОВЫ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О МОСТАХ И ДРУГИХ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЯХ
1.1. Виды и классификация искусственных сооружений
Искусственные сооружения — технически сложная часть строя-
щихся дорог. В зависимости от условий рельефа местности расхо-
ды на постройку обычно составляют до 10 % общей стоимости до-
роги, а иногда, например в горной местности, до 25%. В период
эксплуатации искусственные сооружения требуют особо тщатель-
ного надзора и ухода.
Наиболее часто встречающиеся на дорогах искусственные соо-
ружения — это мосты и водопропускные трубы, реже — подпор-
ные стены, тоннели, селеспуски, галереи, лотки и т. п.
Мосты состоят из опор и пролетных строений (рис. 1.1). К
обоим концам моста примыкает земляное полотно подходов. На
многих реках, особенно больших, применяют регуляционные соо-
ружения и укрепления для защиты опор мостов и подходов от раз-
мыва высоким паводком воды и ледоходом.
По назначению дорог и роду пропускаемых подвижных нагру-
зок мосты могут быть: железнодорожные для пропуска же-
лезнодорожных нагрузок (см. рис. 1.1); автодорожные для
пропуска транспортных средств по автомобильным дорогам; го-
родские для метрополитена, автомобильного, трамвайно-троллей-
бусного и пешеходного движения; совмещенные для одновре-
менного пропуска железнодорожного и автомобильного транспор-
та; пешеходные для пешеходов; специального назначения
для пропуска водопроводов, газо- и нефтепроводов и каналов.
По условиям расположения на местности различают следующие
виды искусственных сооружений:
12
путепроводы — на пересечении дорог в разных уровнях
(рис. 1.2, а);
разводные мосты, когда для пропуска судов устраивают
разводное пролетное строение, поднимаемое вверх (рис. 1.2, б)
или раскрываемое;
виадуки при пересечении дорогой глубоких и сухих логов,
оврагов, горных ущелий, сооружаемые взамен высоких (более 15 -
20 м) насыпей (рис. 1.2, в);
эстакады для пропуска железной или автомобильной доро-
ги в городах над магистральными улицами (рис. 1.2, г), а также'
при строительстве дорог в сильно заболоченных местах, когда эко-
номически невыгодной оказывается насыпь (на слабых грунтах в
основании);
наплавные мосты с плавучими опорами из понтонов или
барж, устраиваемые на широких и глубоких реках, когда построй-
ка постоянных опор не оправдывается размерами движения, а
также в случае временной необходимости, например на период пос-
тройки капитального моста. Для пропуска по реке судов в нап-
лавных мостах применяют выводные секции, а на период ледохода
и ледостава такие мосты разбирают (рис. 1.2, <Э).
Водопропускные трубы (рис. 1.3) — сравнительно прос-
тые по конструкции и постройке искусственные сооружения. При
насыпи небольшой высоты (до 1—1,5 м) и незначительном коли-
честве протекающей воды иногда устраивают лоток.
Рис. 1.1. Железнодорожный мост:
/ — пролетное строение; 2 — опора
13
14
Рис. 1.2. Виды мостов:
- путепровод; б - разводной; в _ виадук; г _ эстакаде; д - неглавной
15
Рис. 1.3. Двухочковая водопропуск-
ная труба
Подпорные стены служат
для поддержания откосов на-
сыпей на крутых косогорах,
при устройстве дорог в пре-
делах населенных пунктов, для
ограждения построек и предо-
хранения от подмыва конусов
насыпей и откосов дамб воз-
ле мостов (рис. 1.4).
В горных районах, кроме
того, для ограждения полотна
дорог от возможных обвалов
крупных камней, каменных осыпей, снежных лавин устраивают осо-
бые защитные искусственные сооружения — галереи, подпор-
ные и улавливающие стены, а для отвода грязи и камен-
ных потоков (селей), стекающих со склонов гор во время сильных
ливней, применяют специальные сооружения —с елее пуски
(рис. 1.5).
По общим размерам, сложности проектирования и способам ор-
ганизации строительства искусственные сооружения принято клас-
сифицировать на четыре группы: малые, к которым относятся
мосты общей длиной до 25 м, а также водопропускные трубы под
насыпями и лотки, средние, полная длина которых до 100 м, а
отдельные пролеты не превышают 42 м, большие — длиной
свыше 100 м с пролетами более 60 м, очень большие, часто на-
зываемые внеклассными или уникальными мостами, возводимыми
через большие водные пространства. По количеству возводимых на
строящейся дороге сооружений, а также по суммарному объему ра-
бот, потребному для строительства, наибольшее распространение
имеют малые и средние искусственные сооружения.
Рис. 1.4. Подпорные стены Рис. 1.5. Селеслуски
16
Рис. 1.6. Железнодорожный тоннель
По сроку службы мосты бы-
вают постоянные и вре-
менные.
Постоянные мосты проектиру-
ют с расчетом непрерывной и
круглогодичной их эксплуатации
в течение многих десятилетий.
Соответственно с этим строят их
из долговечных материалов —
бетона, железобетона, металла,
антисептированного дерева, кам-
ня. Конструкции их рассчитыва-
ют на наибольшие временные на-
грузки, которые возможны не
только в настоящий, но и в перспективный период эксплуатации.
Временные мосты устраивают облегченными, на небольшой
срок эксплуатации, из менее долговечных и менее прочных мате-
риалов, например из не пропитанного антисептиками лесоматериа-
ла, местного камня и т. п.
Комплекс сооружений, устраиваемых на пересечении дорогой
постоянно действующего водотока, называют мостовым пере-
ходом. В его состав входят мост, земляное полотно, примыкаю-
щее к устоям, регуляционные сооружения, направляющие водный
поток, подпорные и ограждающие стены, сооружения берего-
укрепительные ограждающие
и другие.
Тоннель (рис. 1.6/ пред-
ставляет собой искусственное со-
оружение, расположенное в тол-
ще горных пород.
По назначению тоннели под-
разделяются на транспортные
(железнодорожные и автодорож-
ные. городские тоннели метропо-
литенов, пешеходные и судоход-
ные), гидротехнические, город-
ского хозяйства и горнопромыш-
ленные. Наибольшее распростра-
нение получили транспортные
гоннели, которые по местополо-
жению разделяют на находящие-
ся в горных массивах, подвод-
ные — под реками, каналами,
проливами и городские — под
юродскими проездами и квар-
1ЛЛ.ТМИ.
Рис. 1.7. Поперечное сечение тоннель-
ных обделок:
а н в -- иэ монолитного бетона: б - из
сборного железобетона для тоннеля, соо-
ружаемого закрытым способом:
1 - свод; 2 — степы: 3 — обратный
' ' ' плоский ло-
перекрытие: 5
17
По характеру строительства тоннели могут различаться по спо-
собу производства работ: закрытого — строящиеся без вскрытия
земной поверхности над ними, и открытого.
Размеры и очертания внутреннего свободного пространства
транспортных тоннелей зависят от размеров и формы подвижного
состава и размещаемого в них оборудования. Поперечное сечение
тоннелей метрополитенов и железнодорожных (рис. 1.7) определя-
ется требованиями габарита и может быть рассчитано на один
путь или два (тоннели для трех путей встречаются крайне редко).
Поперечное сечение автодорожного тоннеля определяется катего-
рией дороги н количеством полос движения, а также другими тре-
бованиями.
Горные железнодорожные и автодорожные тоннели проектиру-
ют по СНиП П-44-78; тоннели для метрополитенов — по СНиП
11-40-80.
1.2. Элементы моста и статические схемы
Основные элементы моста — опоры и пролетные строе-
ния (рис. 1.8). Опоры различают: береговые (устои) и проме-
жуточные (быки). Каждая опора воспринимает нагрузку от веса
пролетных строений, подвижной нагрузки, проходящей по ним, дав-
ления ветра, льда, навала судов. На устои, кроме того, действует
вес насыпи подходов к мосту.
Опоры имеют фундамент с надфундаментной частью. Фун-
даменты возводят с опиранием непосредственно на грунт или, если
грунт ненадежен, на специальное искусственное основание.
Материалом для опор служат бетонная, железобетонная и камен-
ная кладки, а в редких случаях для верхней части применяют ме-
таллические конструкции. Форма и размеры опор зависят от зна-
чения и характера нагрузок, передающихся от пролетных строе-
ний, собственного веса и веса насыпи, а также определяются
условиями прохода под мостом водного потока, ледохода и мест-
ными инженерно-геологическими условиями.
Рис. 1.8. Мост длиной L:
1 — береговые опоры (устои); 2 пролетное строение со сплошными главными балками;
3 — перильные ограждении; 4 — конус насыпн; 5 — свайный фундамент; УВВ — уровень
высоких вод; РУВ — рабочий уровень воды: УМВ — уровень меженных вод
18
Пролетные строения имеют (см. рис. 1.8) главные несущие
элементы в виде балок сплошного сечения, сквозных ферм или ком-
бинированных конструкций. На основных несущих элементах рас-
полагается конструкция проезжей части моста автодорожного
(городского) или мостовое полотно железнодорожного моста.
Главные несущие элементы объединяют связями, обеспечивающи-
ми устойчивость и поперечную жесткость пролетного строения.
Основные размеры моста и его элементов следующие: полная
длина L (см. рис. 1.8) между задними гранями устоев или кон-
цами пролетного строения, непосредственно соприкасающимися с
насыпью подходов; отверстие моста, обеспечивающее пропуск вы-
сокой воды (за вычетом толщины опор), высота И моста, ис-
числяемая от верха проезжей части или подошвы рельсов до уров-
ня меженных вод; строительная высота йс — от верха про-
езжей части до низа конструкции пролетного строения; расчет-
ный пролет, равный при балочном пролетном строении расстоя-
нию между центрами опорных частей, на которые устанавливают
балки (фермы); расчетная ширина пролетного строения —
расстояние между осями несущих конструкций (ферм или край-
них балок); высота тела опор — от верхней площадки до
верха (обреза) фундамента; глубина фундамента и др.
Все эти размеры моста и его элементов устанавливают в про-
цессе проектирования с учетом местных инженерно-гидрологичес-
ких, геологических и судоходных условий, выявленных в процессе
изысканий, а также на основе требований по интенсивности дви-
жения не только в момент проектирования, но и в более далекой
перспективе, соответствующей сроку службы моста.
По характеру работы пролетных строений и опор, т. е. в за-
висимости от статической схемы, различают балочные, рам-
ные, арочные, висячие и комбинированные системы мостов.
Наибольшее распространение имеют балочные системы мос-
тов (балочные мосты). В них пролетные строения в виде сплош-
ных балок или сквозных решетчатых ферм свободно установлены
пл опорные части, через которые передаются все вертикальные
нагрузки на опоры моста. Пролетные строения могут быть балочно-
разрезными (рис. 1.9, а), балочно-консольными (рис. 1.9, б) и ба-
лочно-неразрезными (рис. 1.9, в). В балочно-разрезной системе
изгиб от собственного веса и подвижной нагрузки одного пролет-
ного строения не отражается на изгибе смежных с ним пролетов.
Такие системы применяют преимущественно в малых и средних
железобетонных и металлических мостах с пролетами до 33 м. В
железнодорожных мостах металлические балочно-разрезные ре-
шетчатые конструкции пролетных строений распространены для
пролетов от 33 до 158 м. Другие разновидности балочных систем
(балочно-консольные и балочно-неразрезные) отличаются от ба-
....о-разрезных тем, что нагрузка, расположенная на одном про-
19
Рис 1.9. Балочные пролетные строения:
1 - разрезное полной длиной 1п; 2 — консольно-балочное длиной /п ; 3 — нераэрезиое
полной длиной f„; 1^. 1$. I? — расчетные пролеты; К,-К, — вертикальные опорные
реакции
Рис 1.10. Рамные пролетные строения:
— подвесное пролетное строение; 2 — консоль Т-образной рамы; 3 — шарниры; lv.
расчетные пролеты; 1к — длина консоли; 1П — длина подвесного пролетного строения;
R. Н. М — вертикальная и горизонтальная опорные реакции, изгибающий момент
Рис. 1.11. Арочные пролетные строения:
I — надарочные рамы или стойки; 2 — шарниры; 3 — арки;
1 — подвески
летном строении, влияет и на соседние. Это обстоятельство приво-
дит к некоторому облегчению сечений балок или элементов ферм
за счет совместной работы конструкции нескольких пролетов.
В рамных мостах (рис. 1.10) пролетные строения жестко свя-
заны с опорами. Изгиб от нагрузок с пролетного строения вызы-
вает изгиб опор, т. е. на опоры, кроме вертикальных опорных на-
грузок, передается изгибающий момент и горизонтальный распор.
В мостостроении известен ряд конструктивных решений рам-
ных систем: Т-образные рамы с опиранием на их консоли (рис.
1.10, а) подвесных балочных конструкций (рамно-подвесиые сис-
темы); рамы с соединением смежных консолей (рис. 1.10, б) шар-
нирами, расположенными в пролете (рамно-консольной системы);
неразрезные рамные системы (рис. 1.10, в). Все эти системы приме-
няют при строительстве путепроводов и больших мостов.
В арочных мостах (рис. 1.11) от собственного веса и подвиж-
ной нагрузки, расположенной на пролетном строении, возникают
опорные реакции, которые можно рассматривать как равнодей-
ствующие вертикальных и горизонтальных составляющих Н и V.
Горизонтальную силу Н называют распором. Арочные пролетные
строения могут быть трехшарнирными (рис. 1.11, а), двухшарнир-
ными (рис. 1.11, б) и бесшарнирными (рис. 1.11, в). Бесшарнирные
применяют обычно в средних и больших мостах.
В висячих и вантовых мостах пролетные строения (рис.
1.12) устраивают в виде продольной балки (балки жесткости) с
расположенной на ней конструкцией проезжей части, поддержи-
ваемой кабелем (стальным канатом или стальной цепью). На
опорах устанавливают высокие стойки, называемые пилонами, к
21
которым закрепляют канаты или цепи, другой их конец закрепля-
ют за концы балок жесткости или на берегах за устои мйста.
Конструкция висячих мостов может быть в виде свободно ви-
сящих канатов (рис. 1.12, а), на которые с помощью подвесок
передаются нагрузки от балки жесткости, или в виде натянутых
стальных и железобетонных вант, непосредственно закрепленных за
балку без подвесок. В последнем случае пролетное строение назы-
вают вантовым (рис. 1.12,6). Висячие и вантовые пролетные строе-
ния применяют преимущественно в автодорожных и городских
мостах с пролетами, как правило, больше 100 м. Использование
канатов из стали высокой прочности позволяет устраивать сред-
ние большие пролеты висячих мостов до 1300 м и более.
Наряду с приведенными схемами вантовых пролетных строений
применяют также комбинированные, например, арочные про-
летные строения с затяжкой (рис. 1.12, в). В этом случае гори-
зонтальный распор от арки воспринимается балкой-затяжкой. При-
меняют также балочные конструкции с подпружными арками (рис.
1.12, г), когда неразрезная балочная конструкция поддерживается
-снизу арками. Комбинированные системы могут быть разнообраз-
ными, и часто имеют технико-экономические преимущества по
-сравнению с простыми статическими системами мостов.
Рис. 1.12. Висячие, вантовые и комбинированные пролетные строения:
1 — кабель; 2 — подвеска; 3 — балка жесткости; 4 — пилон; 5 — ванты; 6 — арка;
балка-затяжка; V. И — вертикальная и горизонтальная опорные реакции
22
По месту расположения проезжей части моста относительно-
его главных несущих конструкций различают мосты сездой по-
низу (см. рис. 1.12,а—в), поверху (рис. 1.12,г) и посере-
дине (см. рис. 1.11,в, средний пролет).
1.3. Основные правила проектирования искусственных сооружений.
Состав проекта
При проектировании новых и реконструкции существующих ис-
кусственных сооружений следует выполнять основные требования
СНиП по обеспечению надежности, долговечности и бесперебойной
эксплуатации сооружений, соблюдению безопасности и плавности
движения транспортных средств, безопасности для пешеходов, по
охране труда рабочих в период строительства и эксплуатации.
Мосты и трубы должны обеспечивать пропуск паводков и ледо-
хода, большие сооружения должны удовлетворять требования су-
доходства.
В намечаемых решениях следует предусматривать применение
прогрессивных конструкций и передовых методов производства
работ, направленных на экономное расходование материалов, и
особенно металла, цемента, леса, на снижение стоимости и трудо-
емкости строительства и эксплуатации. Должны быть обеспечены
простота, удобство и высокие темпы монтажа конструкций с широ-
кой индустриализацией строительства на базе современных средств
комплексной механизации и автоматизации производства.
В разрабатываемых проектах должны широко использоваться
типовые решения, применяться сборные конструкции, детали и ма-
териалы, отвечающие действующим стандартам и техническим ус-
ловиям. В проектах следует учитывать перспективы развития тран-
спорта и дорожной сети.
Искусственные сооружения строят на основе технической доку-
ментации (чертежей, расчетов, пояснительной записки, сметы),
имеющей общее название — проект сооружения. Главная задача
проекта — выбор правильного места расположения, назначение
таких форм и размеров конструкции, которые обеспечили бы до-
статочный запас прочности и устойчивости сооружения. При этом
исходят из того, чтобы металлические и железобетонные мосты
можно было нормально эксплуатировать не менее 70—80 лет, а
деревянные, за исключением временных сооружений, — не ме-
нее 25—30 лет, т. е. учитывают перспективы развития транс-
порта.
Малые и средние сооружения проектируют в одну стадию —
рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости, приме-
няемым для сооружений, строить которые будут по типовым и пов-
торно применяемым проектам, а также для технически несложных
объектов.
23
Для сооружений крупных и сложных существует две стадии —
проект со сводным сметным расчетом стоимости и рабочая доку-
ментация, составляемая позднее с подробными сметами.
Цель проекта — выявить оптимальные конструктивные формы
и материал намечаемого сооружения, установить его местоположе-
ние, определить основные размеры, объемы работ, стоимость и
срок строительства. В проектах больших сооружений обычно раз-
рабатывают несколько вариантов как по месту расположения
сооружения, его общим размерам, так и по конструктивным про-
изводственно-техническим решениям. В особо крупных с боль-
шой стоимостью сооружениях, преимущественно в городских мос-
тах, проектам предшествует технико-экономическое обоснование
строительства (ТЭО). В этом случае на основе использования ана-
логов и предшествующих разработок подобных сооружений выяв-
ляются общие очертания моста, примерная стоимость.
В состав ТЭО входят материалы, обосновывающие строитель-
ство моста.
Наряду с обоснованием принимаемых конструктивных форм и
в состав проекта входит проект организации строительства (ПОС).
В нем приводятся общие данные по объемам работ н потребным
материалам и оборудованию, принципам организации строитель-
ства и методам возведения опор и монтажа пролетных строений,
механизации производства работ, а также прилагаются ведомос-
ти заказа сборных конструкций и других материалов, оборудования
и выявляются сроки строительства.
По разработанным конструктивным формам, выявленным объе-
мам работ определяют стоимость сооружения, составляют сметно-
финансовый расчет, который разрабатывают с использованием
сметных материалов, учетом местных условий и расценок, учетом
дальности доставки материалов, применения сборных конструк-
ций и т. п.
При двухстадийном проектировании после составления и ут-
верждения проекта выполняют разработку рабочей технической
документации в виде подробных чертежей с детальным решением
конструктивных и технологических вопросов, а также смет по всем
элементам мостового перехода.
Принятые конструкции обосновывают необходимыми расчетами
и дополнительными материалами по технологии изготовления и
монтажа. Кроме того, составляют расчеты и рабочие чертежи,
входящие в состав проекта производства работ (ППР), по всем
необходимым вспомогательным обустройствам: подмостям, пир-
сам, причалам, сооружениям строительной площадки и т. п.
При составлении рабочих чертежей не разрешается отступать
от принципиальных решений, утвержденного проекта. Утвержден-
ная вместе с проектом сметная стоимость моста является лимитом
на весь период строительства.
24
1.4. Габариты мостов
Поперечные размеры конструкций пролетных строений зависят
от вида и размеров пропускаемых по мосту транспортных средств.
Так, железнодорожные мосты устраивают для укладки одного,
двух или нескольких параллельных путей, автодорожные и город-
ские — соответственно для двух-, трех- и многополосного движе-
ния. Исходя из этого ширина пролетных строений определяется
габаритом проезда, установленным для определенного вида
транспорта. Габарит определяет контур, в пределах которого обес-
печивается беспрепятственный и безопасный пропуск транспорт-
ных средств (поездов, автобусов, автомобилей) и пешеходов. Ни-
какие части конструкции моста не должны заходить внутрь конту-
ра габарита.
На железнодорожном транспорте согласно ГОСТ 9238—83 с
нормальной шириной колеи пути 1524 мм конструкция всех вновь
строящихся или переустраиваемых сооружений, в том числе и мос-
тов, должна удовлетворять габариту С приближения строений
Ряс. 1.13. Железнодорожные габариты:
го состава; б — приближение элементов пролетных строений
25
Рис. 1.14. Габариты приближения
конструкций на автомобильных доро-
гах и в городах; обозначения:
(рис. 1.13). При этом верхнее
положение конструкции всех
вновь строящихся сооружений
и устройств должно соответст-
вовать очертанию габарита С.
Па двухпутных мостах шири-
на габарита увеличивается не
менее чем на 4100 мм, т. е. на
нормальное расстояние между
главными путями.
Па автодорожных и город-
ских мостах габариты прибли-
жения строений назначают в
зависимости от категории соо-
ружаемой дороги, ширины
улицы, ожидаемой интенсив-
ности движения транспортных
средств, длины моста и других
местных условий. Габарит
обозначают буквой Г с чис-
лом, указывающим ширину
проезжей части моста в мет-
рах между ограждающими
устройствами (рис. 1.14, а),
На магистральных автомо-
Г и « - габариты по ширине и высоте; бИЛЬНЫХ ДОрОГЭХ С рЭЗДеЛИ-
П — предохранительная полоса; Т — „ v
тротуар; ПЧ — проезжая часть ТСЛЬНОЙ ПОЛОСОЙ ГабарИТ уве-
личивается на размер этой по-
лосы (рис. 1.14, б, в), обозначаемый буквой С. Основные размеры
габаритов мостов на автомобильных дорогах и в городах приве-
дены в табл. 1.1.
Габариты приближения конструкций на городских мостах с ус-
тройством трамвайного движения, а также особенности габаритов
при строительстве путепроводов на пересечении дорог в разных
уровнях приведены в СНиП.
Наряду с габаритом проезда железнодорожного и автомобиль-
ного транспорта по мосту, определяющим ширину конструкций
пролетных строений, существуют также подмостовые габа-
риты, устанавливающие размеры судоходных пролетов. По ГОСТ
26775—85 с 1 января 1987 г. устанавливаются следующие правила:
стандарт распространяется на вновь проектируемые мосты, распо-
лагаемые на внутренних водных путях СССР. В судоходных про-
летах этот ГОСТ установил: минимальное предельное поперечное
(перпендикулярное осн судового хода) очертание подмостового
пространства, предназначенного для пропуска судов, судоходных и
плотовых составов, внутрь которого не должны заходить никакие
26
Таблица II
Показатели Категория дороги
п in IV V
Число полос движе- ния Ширина проезжей части, м Ширина предохрани- тельной полосы, м Габарит (Г) Габарит (Н) Ширина тротуаров, м 6 11,25x2 2 Г-(13,25+ -г С | 13,25) 4 7,5x2 2 Г-(9,5+С-| 1-9,5) 2 7.5 2,0 Г-11.5 5 1.0 2 7.0 1.5 Г-15 5 1.0 2 6,0 1.0 Г-8 4.5 1.0 1 4.5 1.0 Г-6,5 Г-4,5 4.5 1.0
2(Г-15,25) 5 1.5 2(Г-11,5) 5 1.5
Примечание. Для дорог I категории а числителе указан габарит мостов, нс
имеющих ограждений и разделительной полосы; в знаменателе — при наличии ограждений
у разделительной полосы.
элементы моста (в том числе элементы фундаментов) и располо-
женные на них устройства, включая навигационные знаки.
Очертание и размеры подмостовых габаритов судоходных не-
разводных и разводных пролетов мостов определяются в зависи-
мости от класса внутреннего водного пути. Эти размеры должны
соответствовать указанным в табл. 1.2 и на рис. 1.15, а и б.
Надводная высота подмостового габарита h должна отсчиты-
ваться от расчетного (высокого) судоходного уровня воды (РСУ),
Таблица 1.2
внутренних Глубина судового хода водного пути, м подмосто- вого габа- рита h. Ширина чодмостоиого габарита Ь. м
гарантирован- средненавнгя- цномпая для неразводного пролета ДЛЯ разводного пролета.
основного смежного
1 Свыше 3.2 Свыше 3,4 16 140 120 60
II » 2.5 до 3,2 » 2,9—3,4 14,5 140 100 60
111 » 1,9-2,5 . 2,3-2,9 13,0 120 80 50
IV » 1,5-1,9 » 2,3—2,9 11,5 120 80 40
V » 1.1-1,5 . 1.3—1,7 10,0 100 60 30
VI » 0.7-1,1 » 0,9-1.3 7,5 60 40 —
VII » 0,50—0,7 » 0,60—0,9 5.0 40 30 —
27
Рис. 1.15. Подмостовыс судоходные габариты ABCD-.
а — общий для мостов; б — для разводных мостов; РСУ и НСУ — высокий я низкий
судоходные уровни
а гарантированная глубина судового хода d от наинизшего (ме-
женного) уровня воды (НСУ). При применении типовых пролет-
ных строений неразрезной конструкции ширину основного и смеж-
ного неразводного пролетов мостов, располагаемых на водных
путях IV—VII классов, допускается уменьшать не более 10 м. Не-
разводные мосты следует проектировать не менее чем с двумя су-
доходными пролетами: основным — для низового направления
движения судов, судовых и плотовых составов, смежным — для
взводного направления.
Если ширина водного пути с гарантированными глубинами не-
достаточна для размещения двух судоходных пролетов, а также
для разводных мостов, следует предусматривать один судоходный
пролет.
Очертание подмостового габарита должно быть прямоугольное
(соответствовать указанному на рис. 1.15 контуру AECD).
На водных путях I—IV классов для неразводных пролетов мос-
тов с криволинейным очертанием нижнего пояса пролетных строе-
ний, располагаемых в стесненных условиях (в пределах городов
и подходов к ним, вблизи транспортных узлов, на автомобильных
дорогах со сложными развязками на берегах и в других обосно-
ванных случаях), допускается принимать очертание подмостового
габарита по контуру AEFFED.
Класс внутреннего водного пути, на котором предусматривает-
ся строительство моста, гарантированная (и средненавнгационная)
глубина судового хода, а также соответствующие отметки наиннз-
шего судоходного уровня (НСУ) устанавливаются министерством
(ведомством), регулирующим судоходство па соответствующем
водном пути.
На пролетных строениях и опорах судоходных пролетов мостов
должны размещаться сигнальные навигационные знаки и огни в
соответствии с ГОСТ 26600- -85.
28
Вопросы для самопроверки по гл. I
1. На какие основные виды разделяют искусственные сооружения и в чем
особенности и назначение каждого вида?
2. Что такое мостовой переход?
3. Из каких основных элементов состоит мост и в чем их основное назна-
чение?
4. Что называется длиной моста, его отверстием, расчетным пролетом, строи-
тельной и полной высотой?
5. Какие системы пролетных строений применяют в мостах и в чем их
различие?
6. В чем состоят основные правила проектирования искусственных соору-
жений?
7. Состав проекта сооружения. Сколько стадий проектов и для каких раз-
меров сооружений?
8. Что такое габарит приближения строения и различие их в железнодорож-
ных и городских мостах?
9. Что такое подмостовой габарит?
Глава 2
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВ И ТРУБ
2.1. Общие сведения. Строительные нормы и правила
Проектирование мостов и других искусственных сооружений в
нашей стране выполняется в соответствии со Строительными нор-
мами и правилами, периодически разрабатываемыми научными,
проектными и строительными организациями и утверждаемыми
Государственным комитетом СССР по делам строительства, а
также с использованием отдельных инструкций и указаний, сос-
тавляемых в развитие и дополнение к СНиП.
С 1 января 1986 г. вошли в действие новые СНиП на проекти-
рование мостов и труб, которые заменили ранее действовавшие
СНиП П-Д.7.62, ЧН 200-62 и СН 365-67. Новый СНиП (2.05.03-
84) состоит из семи основных разделов: 1. Основные положения.
2. Нагрузки и воздействия. 3. Бетонные и железобетонные конст-
рукции. 4. Стальные конструкции. 5. Сталежслезобетонные конст-
рукции. 6. Деревянные конструкции. 7. Основания и фундаменты.
К материалам, приведенным в указанных разделах СНиП, доба-
влено 28 приложений, разъясняющих и дополняющих отдельные
вопросы норм.
Новые СНиП распространяются на проектирование новых и
реконструкцию существующих постоянных мостов, в том числе пу-
тепроводов, виадуков, эстакад и пешеходных мостов, а также труб
под насыпями, расположенных на железных дорогах (колеи
1520 мм), линиях метрополитена и трамвая, на автомобильных до-
рогах, на улицах и дорогах городов, поселков и сельских населен-
ных пунктов.
29
СНиП распространяются также па проектирование совмещен-
ных мостов с движением по ним транспортных средств автомо-
бильных (городских) дорог и поездов железных дорог или метро-
политена, на проектирование несущих конструкций разводных и
совмещенных пролетов мостов.
Нормы следует соблюдать при проектировании мостов н труб,
предназначенных для эксплуатации в любых климатических усло-
виях страны, а также в районах с сейсмичностью до 9 баллов
(включительно).
Проектирование железнодорожных мостов и труб при строи-
тельстве вторых путей необходимо выполнять по СНиП с учетом
конструктивных особенностей и опыта эксплуатации сооружений
на действующем пути. Железнодорожные мосты проектируют в
основном под укладку одного или двух рельсовых путей. В подав-
ляющем числе случаев такие мосты выполняются с раздельными
пролетными строениями под каждый путь, устанавливаемыми на
отдельные или сдвоенные опоры.
При строительстве новых железнодорожных линий преиму-
щественно применяют однопутные мосты с соответствующими опо-
рами и пролетными строениями. Второй путь обычно сооружают
при развитии движения по магистрали для увеличения ее пропуск-
ной способности. В этом случае сооружают мосты н трубы под
второй путь. Мосты и трубы под большее число путей строят преи-
мущественно в пределах территории станций.
Железнодорожные мосты на общей сети I и II категорий до-
рог выполняют преимущественно постоянной конструкции, рассчи-
танной на долголетний срок эксплуатации. Опоры и пролетные
строения проектируют с применением бетона, железобетона и ста-
ли. Деревянные мосты постоянного типа на железных дорогах до-
пускаются к применению с особого разрешения Министерства пу-
тей сообщения на дорогах II категории, преимущественно на
подъездных и лесовозных.
При строительстве новых железнодорожных линий часто строят
временные мосты и трубы облегченного типа и рассчитанные на
период короткой эксплуатации (5—6 лет). В таких сооружениях
находят применение деревянные и деревометаллические конструк-
ции. Для облегчения строительства БАМа на временной автомо-
бильной и частично на железной дороге было построено свыше
2000 временных мостов и труб.
При восстановлении железных и автомобильных дорог в пери-
од Великой Отечественной войны широко применяли временные
искусственные сооружения, в том числе крупные мосты, взамен
разрушенных постоянных.
Автодорожные и городские мосты на дорогах I—III категорий,
как правило, проектируют и сооружают постоянного типа с при-
менением бетонных, железобетонных и стальных конструкций. Де-
30
Таблица 2.1
Дорога Толщина засыпки, м. пал
железобетонными металлическими гофриропапиыми трубами сводами мостов
Железная 1.0 1.2 0,7
Автомобильная и городская 0,5 1.0 0.2
ревянные мосты строят без ограничения на автомобильных дорогах
ниже III категории. Па магистральных городских улицах район-
ного значения деревянные мосты возможно выполнять с разреше-
ния ' горисполкомов и облисполкомов. На улицах и дорогах мест-
ного значения деревянные мосты допускаются к применению без
ограничений. Согласно СНиП железнодорожные мосты с устрой-
ством рельсового пути на балласте, малые и средние автодорож-
ные и городские мосты, а также трубы разрешается располагать на
участках дорог с установленным профилем и планом трассы, т. е.
на уклонах и кривых.
Мосты с безбалластной проезжей частью возможно распола-
гать на прямых участках трассы пути, горизонтальных площадках
профиля дороги или при достаточном обосновании на уклонах не
круче 4 % о-
Деревянные железнодорожные мосты с безбалластной проез-
жей частью допускается располагать на уклонах профиля дороги
до 15 %0 и на кривых в плане радиусом 250 м и более.
В больших автодорожных мостах продольный уклон проезжей
части допускается по СНиП нс более 30 %0. для городских мос-
тов — 40 %0 и для всех автодорожных и городских мостов с дере-
вянным настилом — до 20 %о-
При интенсивном движении транспортных средств и возможных
по местным условиям частых обледенениях проезжей части про-
дольный уклон автодорожных и городских мостов круче 20 %о не
рекомендуется.
СНиП устанавливается минимальная толщина засыпки на-
сыпью или балластом над звеньями или плитами труб, а также под
сводами арочных мостов всех видов (табл. 2.1).
Толщиной считается размер от верха звена или плиты трубы до
подошвы рельса на железных дорогах, на автомобильных доро-
гах — до низа дорожной одежды.
2.2. Основные требования к конструкциям мостов и труб
Задачи индустриализации и ускорения строительства искусст-
венных сооружений требуют широкого распространения типовых
проектов конструкций и технологических правил производства ра-
31
бот. С этой целью основные размеры пролетных строений и опор
мостов, а также водопропускных труб рекомендуется назначать,
как правило, соблюдая принципы модульности и унификации, при-
держиваясь стандартных размеров.
При разработке типовых проектов железнодорожных мостов и
труб предусматривается возможность их использования при стро-
ительстве вторых путей и простой замены пролетных строений на
эксплуатируемой сети дорог. Генеральным размером железобе-
тонных пролетных строений является расчетный пролет.
Для автодорожных и городских мостов, расположенных на пря-
мых участках дорог, при вертикальном и перпендикулярном распо-
ложении опор генеральным размером рекомендуется назначать
полные длины пролетных строений, которые принимаются равны-
ми 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 33 и 42 м, т. е. с модулем 3 м. При
больших размерах пролеты назначают кратными 21 м, т. е. 63, 84,
105, 126 м.
Приведенные размеры в виде полных длин принимают для раз-
резных конструкций пролетных строений длиной до 42 м, выпол-
няемых, как правило, из железобетона.
Для неразрезных пролетных строений, а также конструкций со
сквозными главными фермами автодорожных городских мостов
приведенные размеры должны отвечать расчетным пролетам. Отс-
тупление от приведенных размеров допускается при достаточном
технико-экономическом обосновании, особенно при проектировании
мостов, возводимых вблизи существующих сооружений, с другими
размерами пролетов, а также для многопролетных путепроводов
через железнодорожные станционные пути, для отдельных проле-
тов больших мостов сложных систем, например для нсразрезных
рамно-консольных, вантовых и других систем мостов.
В железнодорожных стальных мостах со сквозными главными
фермами, как правило, применяют типовые проекты балочных про-
летных строений, разработанные для пролетов 44, 55, 66, 77, 88,
ПО, 132 м. Здесь модуль — стандартная панель проезжей части
5,5 и 11 м.
Конструктивные формы и размеры опор и их фундаменты уста-
навливают по расчету с учетом местных гидрогеологических и ин-
женерно-геологических условий, требований судоходства, а также
с учетом способа установки пролетных строений на опоры. На боль-
ших реках в условиях судоходства и сильного ледохода опоры сле-
дует выполнять массивными — из каменной или бетонной кладки
в пределах колебания уровня воды, обтекаемой в плане формы се-
чения. Глубину фундаментов опор устанавливают в процессе про-
ектирования на основе инженерно-геологических данных с учетом
возможного максимального размыва дна реки, определяемого при
расчете отверстия моста.
32
При проектировании путепроводов через автомобильные доро-
ги и улицы городов промежуточные опоры возможно устанавли-
вать на разделительной полосе движения. При ширине ее 6 м и ме-
нее должны быть устроены специальные ограждения безопаснос-
ти конструкции опор.
2.3. Основные принципы расчета искусственных сооружений
Несущие конструкции и основания мостов и труб необходимо
рассчитывать на действие постоянных нагрузок и неблагоприятное
сочетание воздействий временных нагрузок с обеспечением необ-
ходимых запасов прочности и надежности.
До 1963 г. искусственные сооружения в СССР рассчитывали,
сравнивая напряжения и деформации (определяемые расчетом в
отдельных элементах сооружения) от силовых воздействий соглас-
но действующим нормам с допускаемыми напряжениями и дефор-
мациями, установленными для выбранного материала конструк-
ций или вида грунта в основании сооружения. Коэффициент запа-
са по прочности элемента принимали один и его определяли отно-
шением возникающих напряжений при разрушении материала кон-
струкций к допускаемым напряжениям от расчетной нагрузки.
Для металлических мостов этот коэффициент запаса, например,
принимали равным 2,2—3,0.
В настоящее время применяют более прогрессивный способ
расчета мостов и труб — по методу предельных состояний. Этот
метод установлен с 1976 г. для социалистических стран Советом
Экономической Взаимопомощи в виде стандарта СЭВ 384-76.
Стандарт устанавливает основные положения по расчету конструк-
ций из разных материалов и оснований сооружений по предель-
ным состояниям.
Предельными называют такие состояния, при которых конст-
рукция искусственного сооружения или его основание перестает
удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или тре-
бованиям безопасного производства работ.
Предельные состояния подразделяют на две группы. К предель-
ным состояниям первой группы относят следующие показатели:
потеря устойчивости положения конструкции, разрушение любого
характера, переход конструкции в изменяемую систему, когда воз-
никает необходимость прекращения эксплуатации сооружения в
результате текучести материала, сдвига в соединениях, ползучес-
ти или чрезмерного раскрытия трещин, наблюдаются сдвиг или
выпирание грунта в основании сооружения, большие просадки
<>П0р.
Предельному состоянию второй группы соответствуют возник-
новение чрезмерно больших деформаций, затрудняющих нормаль-
ную эксплуатацию сооружения из-за значительных упругих или
33
остаточных прогибов, осадок, смещений, углов поворота, появле-
ние трещин, по своим размерам опасных для эксплуатации и сни-
жающих срок службы сооружения.
Методы расчета искусственных сооружений по предельным сос-
тояниям имеют целью не допускать с определенной обеспечен-
ностью наступления предельного состояния при эксплуатации в
течение всего срока службы сооружения, а также при производ-
стве работ по его строительству.
Расчет сооружений заключается в сравнении нагрузок в эле-
ментах сооружения и основаниях и возникающих усилий и напря-
жений, а также деформаций, перемещений, раскрытия трещин и
т. и. Эти значения не должны превышать предельных значений,
установленных нормами проектирования конструкций иоснований.
Основное отличие расчета сооружений по методу предельных
состояний от ранее действующего по допускаемым напряжениям
состоит в том, что создаваемые в конструкции запасы принимают
различными, дифференцированными в зависимости от расчетных
нагрузок, возможного сопротивления материала элемента или
грунта основания и других условий.
Расчет искусственных сооружений по предельным состояниям
позволяет проектировать их более экономично и надежно, чем по
старому методу.
При расчете конструкций искусственного сооружения в первую
очередь устанавливают согласно данным СНиП расчетные значе-
ния внешних нагрузок (поезда, колонны автомобилей, толпы пе-
шеходов и др.), а также расчетные сопротивления материала, ко-
торые применяются в данной конструкции. Эти величины получа-
ют умножением нормативных данных на соответствующие коэф-
фициенты: — коэффициент надежности по отношению к нор-
мативным постоянным и временным нагрузкам или создаваемым
ими условиями; m — коэффициент условия работы, учитывающий
точность расчета и условия строительства и эксплуатации соору-
жения; k — коэффициент надежности или безопасности, относи-
мый к нормативным сопротивлениям материалов или оснований
по грунту; т] — коэффициент сочетания одновременно действую-
щих различных нагрузок. При одновременном действии на соору-
жение двух или более временных нагрузок следует умножать ра-
счетные нагрузки на коэффициент, меньший'единицы.
2.4. Нормативные и расчетные нагрузки и воздействия
Все нагрузки, действующие на искусственные сооружения, раз-
деляют на три группы: постоянные, временные подвижные и про-
чие временные.
К постоянным нагрузкам в первую очередь относят собствен-
ный вес рассчитываемой конструкции. На отдельные виды соору-
34
жения, например опоры моста, подпорные стенки, водопропускные
трубы, могут действовать также постоянные нагрузки от окружа-
ющего вертикального или горизонтального давления грунта или от
гидростатического давления воды. В бетонных и железобетонных
конструкциях возникают внутренние силы от усадки и ползучести
бетона, а в предварительно напряженных конструкциях — посто-
янная нагрузка, которая создается искусственным обжатием бе-
тона растянутой арматурой.
К временным подвижным нагрузкам относят вертикальные
воздействия от транспортных средств (поезда, автомобилей, трол-
лейбусов, толпы пешеходов), горизонтальные нагрузки от воздей-
ствия центробежных сил, быстро перемещающегося подвижного
состава при расположении сооружения на кривой, от поперечных
ударов железнодорожной нагрузки и горизонтальные нагрузки от
торможения поезда, автомобилей и др.
К прочим временным нагрузкам относят ветровую и ледовую
нагрузки, удары от навала судов, влияние колебания температур,
воздействие морозного пучения, сейсмическую нагрузку в райо-
нах, подверженных землетрясениям, а также различные нагрузки,
возникающие в период строительства, и др.
Для расчета сооружений принимают невыгодные сочетания на-
грузок, учитывая вероятность одновременного их действия, назна-
чение и местоположение проектируемой конструкции. Основные
сочетания включают одну или несколько нагрузок: например, при
расчете пролетного строения учитывают все постоянные нагрузки
и временную подвижную вертикальную, а при расположении на
кривой также и горизонтальную от центробежных сил. Дополни-
гельным сочетанием будет случай, когда совместно с одной или
несколькими нагрузками из числа основных сочетаний воздейст-
вуют также одна или несколько других (прочих временных), на-
пример ветровая нагрузка^
При определении воздействия различных нагрузок вводится
коэффициент сочетания т], меньший единицы, учитывающий веро-
ятность одновременного появления расчетных нагрузок. При уче-
|с действия двух или более временных нагрузок, например в сов-
мещенных мостах, к одной из временных нагрузок вводится коэф-
фициент сочетания 0,8 и к остальным — 0,7. При определении на-
грузок от совместного воздействия подвижной железнодорожной
вертикальной и горизонтальной ветровой нагрузок коэффициент
сочетания к последней нагрузке принимают равным 0,5.
При учете действия сейсмических сил совместно с вертикаль-
ной подвижной нагрузкой коэффициент сочетания сейсмических
сил принимают равным 0,8, а к остальным временным нагрузкам
1ля железнодорожных мостов — 0,7, для автодорожных и город-
1 кнх — 0,3.
35
Таблица 2.2
Прсдель- состоялне Виды расчетов
ко всем нягрузквм и воздействиям К ПОДВИЖНОЙ вертикальной нагрузке
I а) Вес расчеты, кроме пере- численных в пп. б, в. г У! У г. Н-В
б) На выносливость уг 1 у/=-1; 1 -| 2/Зр
в) На устойчивость положе- ния У1 У{
г) На сочетание, включая проверку на сейсмическую на- грузку У/ У/
II Все расчеты, включая провер- ку на образование и раскрытие трещин в железобетоне УГ 1
Значение нагрузок и их воздействий при расчете мостов и труб
по всем группам предельных состояний принимают с коэффици-
ентом надежности по нагрузке у, и коэффициентом динамического
воздействия р. согласно табл. 2.2.
На основе методов строительной механики определяют усилия
в каждом элементе сооружения от действия ряда возможных на-
грузок в невыгодных их сочетаниях. Постоянная, а тем более
временная нагрузка может в действительности оказаться большей,
чем установлено средними нормами. Эту неблагоприятную возмож-
ность превышения нагрузок в расчете учитывают коэффициентом
надежности Причинами перегрузки могут быть, например, бо-
лее тяжелый собственный вес материала конструкции, пропуск
сверхтяжелых поездов или автомобилей и т. д.
Нормативную вертикальную постоянную нагрузку от собствен-
ного веса определяют в зависимости от геометрических размеров
проектируемых элементов, их формы и вида материала, из кото-
рого они будут выполнены. В начале проектирования обычно за-
даются определенными формами и размерами сооружений, исполь-
зуя аналоги сооружений или близкие типовые конструктивные
решения, а затем проверяют правильность намечаемых размеров.
Нормативные удельные веса материалов, применяемых для
искусственных сооружений, установлены соответствующими тех-
ническими указаниями или справочниками.
В состав постоянных нагрузок включаются, например, также
смотровые приспособления, устраиваемые на пролетных строе-
ниях, опоры и провода электрификации, линии связи, трубопрово-
ды, расположенные на конструкциях.
Нормативную нагрузку от веса мостового полотна одного же-
лезнодорожного пути с устройством двух тротуаров с металличес-
36
кими консолями и железобетонными плитами пешеходного настила
но СНиП принимают равной 12,7 кН/м пути.
Нормативное давление грунта от веса насыпи, расположенной
на уступах опор мостов или на звеньях труб, рекомендуется оп-
ределять по следующим формулам:
а) вертикальное давление грунта:
для опор мостов Pv=ynh,
для звеньев труб Pv = Cvynh\
б) горизонтальное боковое давление Pn=ynhxxn,
где у„ — нормативный удельный вес грунта, кН/м3, его возможно принимать
уп = 17,7 кН/м3;
Л и Лж — высота засыпки для устоев мостов и звеньев труб, м;
Ст — коэффициент вертикального давления, определяемый для звеньев
труб согласно приложению 4 СНиП 2.05.03-84.;
iH=tg2(45—<рп/2) — коэффициент нормативного бокового давления грунта
(Ч’п — нормативный угол внутреннего трения грунта, град). При засыпке
угтосв песчаным грунтом <£„=35°, для звеньев труб, находящихся в насыпи,
<рн=30°. Значения тп и <рл определяются на основе лабораторных исследований
образцов грунтов.
Коэффициент надежности у/ для постоянных нагрузок и воз-
действий принимают в следующих размерах:
Все нагрузки и возведения, кроме указанных ниже ...........1,1 (0,9)*
Вес мостового полотна с ездой на балласте под железную до-
рогу ..................................................... 1,3 (0,9)
Вес выравнивающего, изоляционного и защитного слоев авто-
дорожных и городских мостов............................1,3 (0,9)
Вес покрытия ездового полотна и тротуаров автодорожных
мостов ...................................................1,5 (0,9)
То же городских мостов................................... 2,0 (0,9)
Вес деревянных конструкций в мостах.....................1,2 (0,9)
В скобках указаны значения V/ > неблагоприятной проверке на устойчк-
2.5. Нагрузки от подвижного состава и пешеходов
Нормативная временная подвижная нагрузка по своим разме-
рам и воздействиям многообразна и различна для искусствен-
ных сооружений разного вида и назначения. Она существенно
превышает реально обращающиеся нагрузки, т. е. установлена с
гитом перспективного развития транспорта.
Для железнодорожных мостов нормативную вертикальную на-
ipy.iKy принимают по условной схеме СК, введенной в нашей стра-
не с 1962 г. в виде объемлющих максимальных эквивалентных на-
। ручок V в килоньютонах на 1 м пути, полученных от отдельных
ipvnn сосредоточенных грузов. Их принимают различного значения
(и виде условных давлений осей локомотивов и вагонов) с макси-
мальным значением осей локомотивов 24,5 К кН и равномерно
37
распределенной нагрузкой,
от вагонов интенсивностью
9,81 К кН/м пути.
В схеме нагрузок величи-
на К — показатель класса
подвижной нагрузки, учитыва-
ющий перспективу их роста.
Для капитальных металличес-
ких и железобетонных желез-
нодорожных мостов К-14, по-
стоянных деревянных мостов
К-Ю, временных мостов с
ограниченным сроком службы
(нс более 5—6 лет) обычно
принимают фактически обра-
длим загружения. м
Рис. 2.1. Зависимость эквивалентной
подвижной нагрузки от длины за-
гру жения
щающиеся подвижные наг
грузки или по схеме К-7. Величина V — интенсивность норма-
тивной подвижной нагрузки и правила загружения указанной на-
грузкой приведены в СНиП 2.05.03-84 в приложении 5. Зависи-
мость эквивалентной подвижной нагрузки СК-14 для железнодо-
рожных мостов от длины загружения приведена на рис. 2.1 и в
табл. 2.3. При этом Л — длина загружения линии влияния в мет-
рах, значение а= — положение вершины линии влияния, где
а — проекция наименьшего расстояния от вершины до конца ли-
та 6 л и ц а 2.3
1 й к
дорожной нягруэкн в килоньютонах на 1 м пути при разных положениях вершин линий влияния
К-1 К- Н
о-0 а—0.5 а--0 | | а—-0.5
1 49,03 49.03 686,5 686,5
1.5 39,15 34,25 548,1 479,5
2 30,55 26,73 427.7 374,2
3 24,16 21,14 338,3 296,0
4 21,69 18,99 303,7 265,8
5 20,37 17.82 285.2 249,5
6 19,50 17.06 272,8 238,8
7 18.84 16.48 263,7 230,7
8 18,32 16,02 256,4 224,4
9 17,87 15,63 250,2 218,90
10 17,47 15,28 244,5 214,0
12 16,78 14,68 234,9 205,5
14 16,19 14,16 226,6 198,3
S £ х X Интенсивность эквивалентной железно- дорожной нагрузки в килоньютонах ин 1 м пути при разных положениях
К-1 К-14
О—0 | | а 0.5 аО j
io 15,66 13,71 219,3 191,8
18 is, iq 13,30 212,7 186,0
20 14,76 12,92 206,6 180,8
25 13,8а 12,12 193,9 169,7
30 13,10 11.46 183,4 160,5
35 12,50 10,94 175.0 153,0
40 12,01 10,57 168.2 147,2
45 11,61 10.16 162,6 142,2
50 Ч.29 9,88 158.0 138,3
60 10.80 9,81 151,1 137,3
70 10.47 9.81 146,6 137,3
80 10.26 9,81 143,6 137,3
90 10,10 9,81 141,4 137,3
100 ю,оо| 9,81 140,0] 137,3
38
Таблица 2.4
Длина зяг^ужения Эквивалентные нагрузки, кН/м, при различных положениях верши» треугольных линий влияния Длина загружена я Эквнвалеил1ыс нагрузки. кН/м, при различных положениях вершин треугольных линий влияния
НК-80 НГ-60 НК-80 НГ-60
в середине и четверти На конце в любой В середине н четверти на конце в любой
4 176,5 215.7 117,7 16 83,36 87,1 62,2
5 163,2 200,8 117,7 18 75,51 78,4 56,3
6 156,9 183,1 114,4 20 69.04 71,4 51,5
7 147,3 166,6 108,1 22 63,55 65,5 47,4
8 137,3 152,0 101,1 24 58,84 60,5 43,9
9 127,9 139,5 94,4 26 54,82 56,2 40,9
10 119,2 128,7 88,3 28 51,19 52,5 38,2
11 115,5 119,3 82,7 30 48,15 49,1 36,0
12 104,6 111,1 77,7 32 45,31 46,3 33,9
13 98,46 104,0 73,1 36 40,7 41,4 30,4
14 92,87 97,7 69,00 40 36,87 37,5 27,6
15 87,87 92,1 65,4
нии влияния. В табл. 2.3 и 2.4 и иа рис. 2.1 даны значения для
а=0, т. е. для положения вершины над опорой и а=0,5 — для
положения вершины в середине пролета. Для промежуточных
значений а данные определяют интерполяцией между а=0 и
а=0,5.
При проектировании автодорожных и городских мостов норма-
тивную подвижную нагрузку принимают с учетом перспективы раз-
вития в следующих двух значениях:
а) от транспортных средств в виде полос АК (рис. 2.2, а), каж-
дая из которых включает одну двухосную тележку с осевой на-
Рис. 2J2. Схема подвижных вертикальных нагрузок для автодорожных мостов:
а — нагрузка АК; б — одиночная ось; в - нагрузка НК-80; а — нагрузка НГ-60
39
грузкой Р, равной 9,81 К кН/м, и равномерно распределенной
нагрузкой интенсивностью 0,98 К кН/м. Класс нагрузки К прини-
мают равным АП для мостов и труб, расположенных на дорогах
I—III категорий и в городах, а также для больших мостов (кроме
деревянных) на дорогах IV и V категорий.
На дорогах IV и V7 категорий для малых и средних мостов и
труб (включая и деревянные) нагрузка установлена класса А8.
Кроме того, элементы проезжей части мостов, проектируемых под
нагрузку А8, требуется проверить на нагрузку одиночной оси, рав-
ную 108 кН (рис. 2.2,6).
длину расчетной полосы нагрузки нс ограничивают;
б) мосты, проектируемые на нагрузки АК, должны быть также
проверены на пропуск тяжелых одиночных колесных и гусеничных
нагрузок. Для мостов, проектируемых под нагрузку АП, проверка
производится на пропуск четырехосной колесной машины по схе-
ме НК-80 (рис. 2.2, в) общим весом 785 кН (см. табл. 2.4).
Мосты и трубы, проектируемые на нагрузку А8, должны быть
проверены на пропуск гусеничной машины НГ-60 (рис. 2.2,г) об-
щим весом 588 кН. Число полос нагрузки, размещаемой на мосту,
нс должно превышать установленного числа полос движения. Рас-
стояние между осями смежных полос нагрузки должно быть нс
менее 3 м.
В СНиП 2.05.03-84 на проектирование мостов и труб установ-
лен порядок загружения линий влияния и использования эквива-
лентных нагрузок получения значений для расчета железнодорож-
ных и автомобильных мостов.
Нормативную временную вертикальную нагрузку принимают:
а) на пешеходные мосты в виде равномерно распределенной
нагрузки 3,92 кПа;
б> па тротуары мостов при учете совместно с другими дейст-
вующими нагрузками р=3,92 -0.0196 > кПа, где Л — длина за-
гружения линии влияния, м.
в) при расчете элементов тротуаров железнодорожных мостов
с устройством пути на балласте в размере 9,81 кПа, учитывая
возможность расположения на тротуаре балласта при ремонте
мостового полотна.
При движении с различными скоростями временная подвижная
нагрузка оказывает динамическое воздействие, вызываемое удара-
ми, колебаниями и неровностями пути. При расчете мостов это
воздействие учитывают, увеличивая вертикальную нормативную
нагрузку умножением па динамический коэффициент (1 + ц), зна-
чение которого различно для разных видов сооружений и их ма-
териала.
Так, для элементов стальных и сталежслсзобетонных пролетных
строений железнодорожных мостов значение динамических коэф-
40
фициситов по нормам принимают 1 + р = 1 + , но нс менее
1,15 (к — длина загружения линии влияния подвижной нагруз-
кой, м).
Для автодорожных и городских стальных мостов значение ди-
намического коэффициента
, , , 15
37,5-1-Х ’
в железобетонных балочных пролетных строениях железнодо-
рожных мостов
10
1-1 ц —1-j —-------— , но не менее 1,15;
f 20- 1-Х.
для автодорожных и городских мостов
для деревянных конструкций железнодорожных мостов — для
элементов 1+ц=1,10, для сопряжений — 1+ц=1,2.
В автодорожных и городских деревянных мостах динамическое
воздействие подвижной нагрузки не учитывают.
Наряду с вертикальными нагрузками в расчетах мостов учи-
тывают горизонтальные продольные и поперечные силы, возника-
ющие от торможения подвижного состава, его ударов, центробеж-
ных сил, давления ветра, давления льда и навалов судов на опоры,
силы морозного пучения, сейсмических нагрузок. Значения этих
нагрузок и порядок учета их для различных видов конструкций
приведены в СНиП 2.05.03-84.
Нормативную горизонтальную продольную нагрузку от тормо-
жения подвижного состава, а также сил тяги при расчете опор сле-
дует принимать в железнодорожных мостах в размере 10 % от нор-
мативной вертикальной подвижной нагрузки, находящейся на про-
лете, в автодорожных и городских мостах от равномерно распреде-
ленной части временной нагрузки ЛК (вес тележек нагрузки при
этом нс учитывают) — в размере 50 %, но нс менее 7,8 К кН и нс
более 24,5 К кН. Здесь К — класс нагрузки.
Продольную тормозную нагрузку при наличии па мосту двух
железнодорожных путей принимают только от одного пути. В ав-
тодорожных и городских мостах продольную нагрузку учитывают
со всех полос одного направления движения.
При расчете устоев, на которых установлены балочные пролет-
ные строения, продольную нагрузку принимают расположенной в
уровне проезжей части, при расчете промежуточных опор — в цен-
трах опорных частей.
41
Таблица 2.5
Воздействие Коэффициенты надежности Vf
при расчете мостов в зависимости при расчете звеньев труб
0 50 150 и более
Вертикальное Горизонтальное Давление грунта от под- вижного состава на призме обрушения 1,30 1,20 независим) 1 1.15 1.10 1,20 Q ОТ ДЛИНЫ 31 1 1 1,10 1,10 а гружения 1 1,30 1,20
Для получения расчетных нагрузок и воздействий требуется
их увеличить на коэффициент надежности, который для железно-
дорожной нагрузки приведен в табл. 2.5.
Значения коэффициента надежности для нагрузки от автотран-
спортных средств приведены в табл. 2.6.
В колесной (НК-80) и гусеничной (НГ-60) нагрузках и их воз-
действиях коэффициент надежности нс учитывают.
В элементах пешеходных мостов и тротуаров, а также перил
городских мостов коэффициент надежности у/=1,40.
За расчетную минимальную температуру при проектировании
искусственных сооружений принимают среднюю температуру на-
ружного воздуха района строительства наиболее холодной пяти-
дневки. Среднюю температуру устанавливают по данным клима-
тических справочников или по СНиП 2.01-01-82.
Таблица 2.6
Нагрузки Случгн применения Коэффициент надежности
Тележка При расчетах элементов проезжей части моста 1.5
При расчетах всех других элементов мос- та 1,50 при Х=0 1,20 при Х>30
Равномерно рас- пределенная Во всех расчетах конструкции мостов н звеньев труб на вертикальные и горизонталь- ные воздействия 1,20
Одиночная ось При проверке элементов проезжен части мостов, проектируемых иа нагрузку А8 1,20
42
2.6. Определение расчетных усилий в элементах моста
от постоянных и временных нагрузок
Вертикальную нагрузку от собственного веса определяют по
предварительно задаваемым размерам и подсчитанным объемам
проектируемого элемента или частей конструкции. Для балочных
пролетных строений нагрузку от собственного веса возможно при-
нимать равномерно распределенной по длине пролета, если значе-
ние ее на отдельных участках отличается от среднего значения нс
более чем на 10%. При подсчете собственного веса пролетного
строения используют, например, данные типовых пролетных строе-
ний, близких но размерам, или данные ранее запроектированных
и построенных сооружений.
При подсчете постоянной нагрузки пролетного строения следу-
ет учитывать два се вида: первый — нагрузку от собственного
веса конструкции, выполняемой из бетона, железобетона, металла
и дерева, второй — нагрузку от веса элементов пути, балласта,
изоляции, тротуаров, ограждения, перил, смотровых приспособле-
ний и т. п.
В железнодорожных мостах этот второй вид нормативной на-
грузки от веса мостового полотна (балластный слой, шпалы, рель-
совый путь), а также от веса двух тротуаров с металлическими
консолями и железобетонными плитами настила возможно прини-
мать равным 36 кН/м пути.
В автодорожных мостах второй вид нагрузки от собственного
веса проезжей части, включающей выравнивающий слой уклады-
ваемых поверх балок, изоляцию и се защиту, асфальтобетонное
покрытие, небольшие тротуары, перила и ограждения, отнесенные
па 1 м2 проезда (между ограждающими бордюрами), возможно
принимать в размере 5 кН/м2.
Временную подвижную железнодорожную нагрузку принима-
ют в виде равномерно распределенной эквивалентной нагрузки V
по табл. 2.3 в зависимости от принятого класса (К-14 или К-10),
установленного для данного сооружения.
Пример 1. Определим постоянные и временные нагрузки для плитного же-
лезобетонного пролетного строения железнодорожного моста с расчетным про-
летом 12,0 м и полной длиной 12,2 м. Равномерно распределенная нагрузка от
собственного веса конструкции (10 кН) составляет (применительно к типовому
нролст.ному строению № 557— 1978 г. Леигипротрасмоста):
2-4100
/*= =67,3 кН/м, где 4100 — вес одного блока плиты, кН.
Вторая часть постоянной нагрузки — 36 кН/м. Полная нормативная посто-
ипная нагрузка с учетом коэффициента надежности к собственному весу конст-
рукции ул=1,1 и весу балласта с частями пути у/=1,3:
Р=67,3-1,14-36-1,3= 120,8 кН/м.
43
Рис. 2.3. Эпюры изгибающих момен-
тов (а) и поперечных сил (б) в же-
лезобетонной балке железнодорожно-
го моста
Временную равномерно распре-
деленную нагрузку при классе К14
для сечения в середине пролета
(а=0,5) получаем по данным табл.
2.3: Ло.в=206,5-1,26 кН/м пути или
Ko.s=259 kII/m пути. Здесь 1,26 —
коэффициент надежности вертикаль-
ной временной нагрузки (см. табл.
2.5 для пролета 12 м) получаем по
интерполяции.
По значениям расчетной посто
я иной и временной нагрузок опре-
деляем расчетные изгибающие мо-
менты и поперечные силы. В сере
дине пролета максимальный изги
бающий момент (рис. 2.3)
/И,
РР (I +R) К0.5Р
120,8 - 12* [ 1,31-259-122
Здесь динамический коэффициент для пролета (=12 м:
-Лт -1.31.
Значения расчетной поперечной силы Q в опорном сечении, а равно и наи-
большей опорной реакции Ас будут следующие:
Р1 Ко( 120,8-12 1,31-294,8 12
Стах- “7“ + (* ь Р) Г, ! $ = 3035,6 кН, Ко -=
= 234,9 - 1.26 = 294,8 кН/м2—значение эквивалентной нагрузки при а = 0.
На основе полученных данных возможно построить эпюры изгибающих мо-
ментов и поперечных сил.
Пример 2. Аналогичным способом определим значения изгибающих Мо-
ментов и поперечных сил в расположенном на дороге II категории автодорож-
ном пролетном строении полной длиной 15 м и расчетным пролетом 14,6 м.
Применительно к типовому проекту 710/5 Союздорпроекта при двух по-
лосах автомобильного движения, т. е. при габарите Г-11,5, поперечное сечение
(рис. 2.4) состоит из семи тавровых балок по 15 м длиной, высотой 0,9 м и ши-
риной верхней плиты 1,60 м. Продольный стык между балками шириной 0,40 м
бетонируют при монтаже. Вес одной балки 140 кН, вес одного монтажного сты-
Рис. 2.4. Поперечное сечение автодорожного пролетного строения:
— тавровые балки; 2 — стык между балками; 3 — изоляция и дорожное полотно;
тротуары
44
б)
Т 5,в |/л| 7J
Г V-A'g ~
о.
Рис. 2.5. Изгибающие моменты от нагрузки АК:
а — лсйствующис нагрузки; б — линия влияния изгибающего момента в середине пролета
ка на всю длину балки 0,4-0,15-25=22,5 кН, где 25 — вес 1 м3 железобетона.
0,15 — толщина плиты.
Вес железобетона всех балок и стыковых заполнений
Р|=7-140 + 6-22,5=1115 кН.
Равномерно распределенная нагрузка по длине пролета на 1 м всех балок
/>1=-—= 74,3 кН.
1 15
Вторую часть постоянной нагрузки от веса выравнивающего слоя, изо-
ляции, се защиты, асфальтобетонного покрытия, веса ограждений тротуаров и
нерил возможно принять в данном случае равной 5 кН/м2. На ширину проез-
да 11,5 м Р2=5-11,5=57,5 кН.
С учетом коэффициента надежности расчетная постоянная нагрузка на
нею ширину проезда пролетного строения
P = Pt -I Р2 =74,3-1,Ц 57,5-1,3= 156,5 кН.
Временную нагрузку для автомобильных дорог первых трех категорий при-
нимают при одной полосе движения равной АК или в данном случае АП. Она
включает двухосную тележку с нагрузкой на ось
Я'=9,8Ы1 кН/м = 107,91 кН/м (см. рис. 2.5).
Равномерно распределенная временная нагрузка по длине пролета интенсив-
ностью У'=0,981-11 = 10,8 кН. Коэффициент надежности от временной нагруз-
ки для расчетного пролета 14,6 м принимаем (по табл. 2.6) у/ = 1,26. Расчетная
«ременная нагрузка состашшется из нагрузки иа колесо тележки Л=Л'1,26=
=10,84-1,26=13,75 кН. Равномерно распределенная нагрузка V’=V"-1,26=
= 13,7 кН. Значения расчетных изгибающих моментов в середине пролета от
действия постоянной и временной нагрузок, отнесенные на две полосы движения,
получаем на основе загружения тележкой линии влияния (рис. 2.5). Значения
2.9 и 3,6 — ординаты линии влияния под грузами R:
РР Г VP 1
Чп«х = — -1(1+ 10 I -— I R (2,94-3,6) j 2=-
4-107,91-6,51 2 = 6462 кН-м,
156,5-14.62 Г 13,7-14,62
8 + 8
где динамический коэффициент 1 -|- Р = 1 +--77---— 1 4-0.22 -- 1.22.
45
Рис. 2.6. Поперечные силы от нагрузки АК:
— лсПствующнс нагрузки; б — линия влияния поперечных сил в опорном сечении
Значение расчетной попсрс*»ной силы определяем в опорном сечении, одна
ось тележки при этом располагается над опорой. Поперечную силу определяем
на всю ширину проезжей части (рис. 2.6):
= -М1 + н)[-у- Ч Л (I 1-0.9)] 2—156,5-7,3-[-
4 1.22113,7 7,3 |-107,91-1.9|2-1886,8 кН.
Распределение расчетных изгибающих моментов и поперечных сил между
отдельными балками, расположенными в поперечном сечении моста, выполняют
по способу, подробно изложенному в п. 9.2.
Элементы автодорожных мостов необходимо также проверить на пропуск
тяжелой единичной машины. В данном случае для моста, рассчитываемого на
нагрузку А-ll, тяжелой машиной является нагрузка НК-80 (см. рис. 2.2). Эту
нагрузку устанавливают на мосту в поперечное положение согласно положениям
п. 9.2. Изгибающие моменты и поперечные силы определяют на основании эк-
вивалентных нагрузок, приведенных в табл. 2.4, аналогично приведенному расче-
ту в примере 1 с учетом коэффициента надежности, равного единице.
2.7. Расчетные сопротивления материалов
При расчете искусственных сооружений на прочность, опреде-
лив продольные и поперечные усилия и изгибающие моменты в
различных элементах сооружения, их необходимо сравнить с уси-
лиями и моментами, возможными от внутреннего сопротивления
материала элемента конструкции.
При выполнении расчета по первому предельному состоянию
при проверке на прочность расчетное значение нормальной силы
А' или изгибающего момента М, зависящее от нормативных на-
грузок и умноженное на соответствующие коэффициенты надеж-
ности уь должно быть нс больше расчетного сопротивления мате-
риала R, умноженного на геометрическую характеристику сечения,
т. с. на сто площадь А или момент сопротивления w:
N с RA или М < Rw.
Расчетные сопротивления материала R устанавливают в зави-
симости от вида материала, его средней нормативной прочности
Rn и с учетом коэффициента надежности, характеризующего од-
46
нородпость материала, а также общего коэффициента условий ра-
боты т, характеризующего точность расчета конструкции и усло-
вия ее применения, т. е.
R =-mynRn.
Нормативные сопротивления материалов или предел их проч-
ности приведены в СНиПах, ГОСТах и технических указаниях*.
Коэффициент надежности уп для различных материалов не-
одинаков. При проектировании железобетонных конструкций его,
например, принимают равным 0,65, стальных конструкций — 0,85—
0,90. Для древесины он установлен с учетом вида сопротивления
материала — на изгиб, сжатие, растяжение, скалывание и сжатие.
Общий коэффициент т, или, как его обычно называют,
коэффициент условий работы конструкций, учитывает возможную
допустимую степень отклонения действительной конструкции от
запроектированной, а также возможность появления различных
неблагоприятных факторов в реальных условиях эксплуатации
сооружения. Этим коэффициентом учитывают неточность и услов-
ность расчета, допускаемые при проектировании сооружений.
Значения коэффициента условий работы т для разного вида
искусственных сооружений и используемых материалов приведены
в СНиП 2.05.03-84.
2.8. Проверка сооружений на устойчивость
Опоры и пролетные строения мостов требуется проверять на
общую устойчивость от опрокидывания и сдвига при действии
комбинаций нагрузок. Устойчивость конструкций против опроки-
дывания следует проверять таким способом, чтобы опрокидываю-
щий расчетный момент внешних сил был меньше или равен удер-
живающему расчетному моменту, взятому относительно возмож-
ного поворота (опрокидывания):
Л4Н < -- Мг,
Y/1
где Ми —момент опрокидывания пролетного строения (рас. 2.7, a); AfM=Zwh
относительно точки А — возможного поворота;
т — коэффициент условий работы, принимаемый при проверке конструкций
в стадии строительства 0,95, в стадии постоянной эксплуатации —
1,0, при проверке фундаментов опор, расположенных на скальном ос-
новании, — т=0,9, иа нескальном — 0,8;
М, — момент удерживающих сил; /VL=ZQa относительно той же точки А;
уп — коэффициент надежности по назначению, принимаемый при расчетах
в стадии постоянной эксплуатации равным 1,1 и в стадии строитель-
ства — 1,0.
1 Нормативные сопротивления материалов бетонных, железобетонных, ме-
i одических и деревянных мостов приведены в гл. 4, 7, 11, 15.
47
Рис. 2.7. Схемы проверки сооруже-
ний на устойчивость:
о - проверка на устоЛчнвость пролстиих
строспиЛ; б - проверка опоры па сколь-
При определении опрокидыва-
ющих сил их следует принимать
с коэффициентом надежности по
нагрузке, большим единицы (см.
табл. 2.5), а удерживающие си-
лы следует принимать с коэффи-
циентом надежности для посто-
янных нагрузок, меньшим едини-
цы.
Подобным способом требует-
ся проверить конструкции (пре-
имущественно опоры) на устой-
чивость против сдвига (сколь-
жения)
где Qr — сдвигающая сила (например, от веса насыпи), равная сумме проекций
горизонтальных сил на направление возможного сдвига (рис. 2.7,6);
т - коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,9;
Q, - удерживающие силы, равные сумме проекции удерживающих сил на
направление возможного сдвига;
у„ — коэффициент надежности по значению (см. табл. 2.5).
Сдвигающие силы здесь также следует принимать с коэффици-
ентом надежности по нагрузкам, большим единицы, а удерживаю-
щие силы — с коэффициентом, меньшим единицы.
Силу трения в основании следует определять по минимальным
значениям коэффициента трения подошвы фундамента по грунту.
2.9. Особенности проектирования железнодорожных
и автодорожных мостов
При общих конструктивных формах расчет и конструирование
железнодорожных и автодорожных мостов имеют различия, зави-
сящие от габаритов проездов, значения временных вертикальных
нагрузок (подвижного состава) и особенности их воздействия на
сооружение в виде динамических ударов и колебаний, торможения
и боковых ударов. Железнодорожные нагрузки по значению суще-
ственно превышают автодорожные и чем больше пролет, эта разни-
ца становится значительнее. Динамические нагрузки и боковые
удары железнодорожного подвижного состава существенно боль-
ше по воздействию в сравнении с автомобильными нагрузками.
Нс менее важная особенность проектирования строений желез-
нодорожных мостов — необходимость учета в расчетах понижения
выносливости материала конструкции в результате большого числа
случаев интенсивного загружения подвижной нагрузкой за период
многолетней эксплуатации моста.
48
Установлено, что если материал подвергать многократным и
тяжелым нагрузкам (загружениям), то в нем развиваются явления
усталости, при которых материал конструкции может разрушаться
от усилий, далеко нс достигающих предела прочности (норматив-
ного сопротивления).
При расчете мостов явления усталости материала под влияни-
ем многократно повторяющихся в течение ряда лет тяжелых за-
гружений учитывают снижением расчетных сопротивлений
металла и бетона путем введения дополнительного коэффициента
выносливости у, учитывающего уменьшение расчетного сопротив-
ления материала.
В автодорожных и городских мостах наличие нескольких полос
движения (как правило, не менее двух) создаст меньшую вероят-
ность частого и одновременного совпадения движения по ним тя-
желых машин. В связи с этим по СНиП при расчете таких мостов
коэффициент выносливости принимают значительно мсныпего
размера, его влияние эффективно лишь в сооружениях с большими
размерами пролетов.
Существенная разница в значении подвижных нагрузок и до-
полнительных их воздействий, а также меньшие расчетные сопро-
тивления материалов железнодорожных мостов приводят к необ-
ходимости создания более мощных по своей несущей способности
основных элементов мостов-балок, плит, ферм, опор. Ввиду' этого
использовать автодорожный мост, например, для пропуска желез-
нодорожной нагрузки, становится невозможным, тогда как желез-
нодорожный мост при устройстве на нем дорожной одежды мо-
жет свободно пропускать автомобили и другие подобные им ма-
шины.
Более легкие нагрузки и их воздействия, принятые для автодо-
рожных мостов, позволяют при весьма значительных пролетах
успешно применять сборный и предварительно напряженный же-
лезобетон и эффективные конструктивные схемы, например кон-
сольные, неразрезные, вантовые и т. п.
2.10. Применение ЭВМ при проектировании искусственных
сооружений
Последние годы характеризуются широким внедрением в
народное хозяйство современных математических методов и элек-
тронно-вычислительных машин. Создано несколько поколений
->ВМ, широко используемых для решения самых разнообразных
инженерных и экономических задач.
В мостостроении ЭВМ применяются прежде всего для автома-
тизации процессов проектирования. В связи с этим в проектных,
49
строительных и научных организациях созданы вычислительные
центры (ВЦ), технической базой которых являются ЭВМ с их на-
учной основой — математическое и программное обеспечение.
Для автоматизации проектирования мостов применяют глав-
ным образом малые и средние ЭВМ типов ЕС-1020, ЕС-1033,
ЕС-1045, СМ-3, СМ-4 и др.
Производительность труда при машинном проектировании
повышается по сравнению с ручным в несколько раз. Главное же
достоинство состоит в том, что улучшается качество проектируе-
мого объекта за счет проработки большого количества вариантов
и выбора наилучшего из них.
Сопоставимые варианты, например, мостовых переходов или
типовых конструкций, различаются схемами и длиной мостов, на-
чертанием проектной линии, конструкциями опор и их фундамен-
тов, используемыми в пролетных строениях типовыми балками,
местоположением заводов-изготовителей сборных конструкций
и т. и.
В качестве критерия оптимальности может быть принята строи-
тельная стоимость мостового перехода. Она подобна сметной стои-
мости, но отличается от нес тем, что определяется по укрупненным
расценкам.
Для осуществления машинного проектирования как мостовых
переходов, так и отдельных элементов мостов (пролетных строе-
ний, опор, регуляционных сооружений, насыпей подходов, срезок
и т. п.) подготавливается в первую очередь алгоритм, являющийся
последовательностью вычислительных и логических действий вмес-
те с таблицами исходных данных, позволяющих составить прог-
рамму для ЭВМ. Например, для проектирования мостового пере-
хода требуется внести в программу свыше 500 исходных данных,
характеризующих профиль и геологические разрезы по осям вари-
антов мостовых переходов, свойства грунтов, характеристики
реки, требования проектировщика по конструкциям пролетных
строений и опор, данные о типовых пролетных строениях и опорах,
цены на материалы, сборные элементы и строительные работы (в
рублях).
Составленные по таким данным программы разработаны про-
ектными институтами для ряда возможных решений. Введенные в
основную память ЭВМ или в наружные носители они позволяют,
особенно при использовании дисплеев, корректировать и дополнять
данные более конкретного характера и в результате получать
ответ в виде ряда возможных вариантов решения.
Аналогичным способом возможно с помощью ЭВМ разрабаты-
вать отдельные конструкции, особенно в серии типовых опор и
пролетных строений. Ближайшая перспектива развития машинного
проектирования мостов определяется технической базой, которой
располагают сейчас проектные организации. Характерно в настоя-
50
щес время распространение достаточно мощных ЭВМ с устройства-
ми ввода и вывода информаций, размещаемыми около вычислитель-
ной машины. Создана в ВЦ большая библиотека разнообразных
отработанных программ как для проектирования мостовых перехо-
дов в различных условиях, так и элементов мостов. Все эти
программы находятся в основной памяти ЭВМ и наружных носи-
телях — на бобинах магнитных лент и дисках. Развивается
применение дисплеев, а также мини-ЭВМ, мощность которых
будет достаточной для автономного решения сравнительно не-
больших задач.
Применение машинного проектирования мостов может быть
особенно эффективно при:
проектировании типовых элементов, где даже небольшой эф-
фект оптимизации обеспечит большую абсолютную величину эко-
номии, обусловливаемую большим тиражом типовых конструкций;
проектировании мостовых переходов больших мостов и путепро-
водов с широким использованием типовых конструкций и элемен-
тов. Здесь высокий эффект достигается за счет большой повторяе-
мости задач, решаемых с помощью одной и той же проектирующей
программы;
проектировании уникальных мостов или новых сложных мосто-
вых конструкций, когда проектирующая программа «разового»
применения обеспечивает высокий экономический эффект, который
значительно превосходит затраты на разработку специальной для
этого программы.
Проектирование мостовых конструкций включает в себя кон-
струирование и расчет, которые выполняют последователь-
но. Намечаемые конструктивные решения проверяют расчетом, на
II Конструирование 1| || Расчет ||
г, 1 , . 1 ,
| Разработка конструкции и | назначение размеров | г 1 Вычисление силовых (ректоров, | —1 напряжений, прогибов
j 1 . 1
Уточнение конструкции и ее размеров | 1 Вычисление силовых факторов, *,] напряжений, прогибов
5 L 'я 1
| Уточнение конструкции и | ее размеров | ГУ Вычисление силовых факторов, | напряжений, прогибов
Окончание проектирования варианта >.
Рис. 2.8. Циклический процесс проектирования варианта конструкции, осуще-
ствляемый без применения ЭВМ
51
Исходные данные-- P,l,b,h
I
Выдать на печать с
ОстанаВ I
его основе вносят уточнение в
конструкцию, затем снова выпол-
няют расчет и так до тех пор, по-
ка определенные расчетом значе-
ния нормируемых величин нс ока-
жутся достаточно близкими к
нормативным их значениям. В
результате оказывается запроек-
тированным один вариант конст-
рукции методом последователь-
ных приближений (рис. 2.8).
Одним из видов программ
Рис. 2.9. Алгоритм вычисления пап- расчета являются программы
ряжений в простой балке проверочных расчетов, позволяю-
щие на выходе получить значе-
ние одной или нескольких нормируемых величин или величин, ко-
торые хотя и нс нормируются, но могут сопоставляться с требуемы-
ми значениями. Многие из программ проверочных расчетов состав-
ляют по алгоритмам, представляющим собой последовательность
вычислительных и логических действий вместе с таблицами исход-
ных данных и результатами вычислений, по которым можно опре-
делить значения искомых величин, если заданы значения исходных.
Примером такого алгоритма является последовательность действий
для определения напряжений о в простой балке прямоугольного
сечения с высотой Л, шириной Ь с пролетом I, загруженной в сере-
дине пролета одной вертикальной сосредоточенной силой Р
(рис. 2.9).
При проектировании конструкций и сооружений ЭВМ могут по
заданной программе не только производить расчеты (рис. 2.10, а),
но и осуществлять конструирование, назначать размеры конструк-
ции, целенаправленно изменять размеры, фиксировать момент
окончания проектирования, т. с. выполнять весь комплекс основ-
ных проектных работ (рис. 2.10,6).
Некоторые данные по двум программам проектирования желе-
зобетонных пролетных строений приведены ниже.
Программа проектирования бездиафрагменных про-
летных строений из обычного железобетона пред-
назначена для разработки с помощью ЭВМ проектов балочных
пролетных строений указанного типа для автодорожных мостов
под любую конкретную временную автомобильную нагрузку. Про-
ектируемое пролетное строение должно вписываться в обобщенную
расчетную схему, которая включает несущую конструкцию и
плиту 'проезжей части.
Несущая конструкция может содержать от 4 до 14 главных
балок, равномерно расставленных по ширине моста. Поперечные
сечения балок постоянны по длине пролета. Ширина монтажных
52
Рис. 2.10. Схемы применения расчетной программы н программы машинного
проектирования
стыков и диаметр продольных стержней в них задаются в исход-
ных данных. Пролетное строение нс имеет сточного треугольника,
а располагается на двускатном ригеле опоры. Исходные данные,
включающие 137 величин, сведены в восемь таблиц. На основании
этих данных с помощью ЭВМ разрабатывается проект оптимально-
го решения конструкции для заданных условий.
Программа проектирования плитных предварительно
напряженных пролетных строений со стержне-
вой арматурой предназначена для проектирования с по-
мощью ЭВМ пролетных строений указанного типа под любые ти-
ны нагрузок и допускает назначение любой ширины пролетного
строения и его пролета.
Вопросы для самопроверки по гл. 2
1. Какие стандартные размеры имеют пролетные строения железнодорожных
и автодорожных мостов?
2. В чем сущность современных принципов расчета мостов?
3. Что такое предельное состояние конструкции?
4. Что такое нормативная и расчетные нагрузки?
5. Какие применяют коэффициенты при расчете по методу предельных сос-
тояний?
6. В чем особенности проектирования железнодорожных и автодорожных
мостов?
7. Каковы преимущества применения ЭВМ при проектировании мостов?
53
Глава 3
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВОГО ПН*ЕХОДА И ЕГО СООРУЖЕНИЙ
3.1. Общие сведения о водотоках и мостовом переходе
Выпадение дождей и таяние снегов дают начало двум видам
стока — поверхностному и подземному. Поверхностный сток
начинается на склонах рельефа местности вблизи водоразделов,
образуя отдельные струи, которые собираются в пониженных мес-
тах, стекают по уклонам местности и превращаются в ручьи и реки.
Подземный сток образуется за счет просачивания воды
внутрь земной коры и движения се в водоносных пластах земли.
Вся территория, с которой вода стекает в реку и образует се по-
ток, называется бассейном. В бассейне выделяется речная долина
(рис. 3.1) в виде террас, образовавшихся в результате последова-
тельно сменяющихся процессов отложения и размыва. Река про-
текает по относительно узкому участку долины — речному
руслу. Линия, соединяющая наиболее пониженные точки бас-
сейна, называется его тальвегом, начало реки — истоком,
а часть реки, расположенная в месте впадения се в озеро или мо-
рс, — устьем. Часто устье реки имеет разветвленную сеть про-
ток и рукавов и носит название дельты. Истоки и устье реки нахо-
дятся на разных уровнях, и разность их высот, деленная на рас-
стояние между ними, характеризует средний уклон реки. Понижен-
ная часть долины, прилегающая к берегам главного русла и пери-
одически затопляемая при значительном повышении уровня воды в
реке, представляет собой пойму, наиболее глубокие участки рус-
.... -> перекаты. Различают водотоки
постоянно действую-
щие — реки, ручьи, ирригаци-
онные и судоходные каналы,
заливы, проливы, и перио-
дические, несущие только
дождевые и талые воды.
Реки или их участки под-
разделяются на три типа: рав-
нинные, предгорные и горные.
Равнинные реки про-
текают в относительно неглу-
боких и широких долинах с
пологими склонами. С-боков
долина ограничена склонами—
коренными берегами реки.
Дно долины обычно заполне-
но аллювиальными отложени-
ями, в пределах которых ре-
-- исток реки; 2 -- тальвег; 3 — искус-
ственное сооружение ла дороге
54
Р-ис. 32. Сечения речных долин:
— равннииоЛ; б — горной; 1 — аллювиальные и обломочные отложении; 2 — коренные
ка разрабатывает себе русло (рис. 3.2,а). Эти реки характеризу-
ются: небольшими продольными уклонами (не более 0,0005), мед-
ленным течением (средняя скорость течения воды в русле во вре-
мя паводка составляет 1—2 м/с, а на поймах — 0,2—0,5 м/с), из-
вилистостью русла в плане и сравнительно закономерным чередо-
ванием плесов и перекатов. Наносы чаще всего мслкопссчаные.
Предгорные реки имеют более узкие долины, чем равнин-
ные. Рельеф водосборного бассейна холмистый или гористый.
Продольный уклон долины изменяется от 0,0005 до 0,005. Средняя
скорость течения во время паводка достигает 1,5—3,0 м/с. Ярко
выраженная пойма часто отсутствует, имеется широкая русловая
часть долины. Наносы на предгорных реках значительно крупнее,
чем на равнинных. Обычно они представлены крупнозернистыми
песками, гравием, галькой.
Гор н ыс реки (рис. 3.2, б) протекают в узких слаборазвитых
долинах, которые часто приобретают вид каньона с очень крутыми
склонами. Русло реки каменистое, обычно оно загромождено об-
ломками горных пород. Поймы отсутствуют. Водосборный бассейн
имеет горный рельеф. Реки с большими уклонами, изменяющимися
от 0,005 до 0,05, с высокими скоростями течения воды (2,5—
5,0 м/с). По дну во время паводка перемещаются галька и булыж-
ники. Одна и та же большая река на своем протяжении имеет
участки, характерные для рек равнинной, предгорной и горной.
Площадь сечения реки, перпендикулярная направлению его те-
чения, называют живым сечением, а количество воды, проте-
кающей через это сечение в единицу времени, — расходом
мдотока. Его определяют по формуле Q = <ov (Q — расход воды,
м’/с; о — площадь живого сечения, м; v — средняя скорость пото-
ка, м/с).
Расход воды зависит от вида постоянно или периодически дей-
ствующего водотока, площади и рельефа бассейна. Уровень воды в
реке для разных лет, времен года и условий погоды в одном и том
же месте бывает различным, при этом уровень и скорость подъема
55
Рис. 3.3. Профиль и план мостового перехода:
насыпь подхода; 2 — струенаправлнющне дамбы; 3 — мост; 4 — граница затопи
поЛмы; 5 — укрепление берега: Б — срезка берега; 7 -- протока; в - траверса
воды зависят от климатических условий, размера бассейна, релье-
фа местности и т. п.
Для постоянно действующих водотоков характерны: уровень
высоких вол (УВВ), т. с. самый высокий уровень воды, возможный
в половодье; расчстн ый уровень высоких вод (РУВВ),
определяемый расчетом и учитываемый при проектировании эле-
ментов мостового перехода; расчетный судоходный уровень воды
(РСУВ); уровень низкого ледостава (УНЛ) и первой подвижки
льда (УПГ1Л); низкий уровень воды в летний период называется
уровнем меженных вод (УМВ).
На пересечении постоянно действующих водотоков железными
и автомобильными дорогами строят комплекс инженерных соору-
жений, входящих в состав мостового перехода. Мостовой
переход состоит из следующих элементов (рис. 3.3):
1) моста, перекрывающего во время высокой воды часть жи-
вого сечения реки; в эту часть входит русло, в котором течет вода,
при низком ее уровне — и часть поймы;
56-
2) подходов к мосту, состоящих из земляных насыпей, рас-
положенных в основном на сравнительно возвышенных местах,
покрываемых водой только во время прохождения по реке высоких
вод, иногда выемок на спусках к реке. На городских мостах и
путепроводах часто взамен насыпи подходов устраивают эстакады
с размещением в них гаражей и других сооружений;
3) регуляционных и укрепительных сооруже-
ний, устраиваемых с целью улучшения условий движения речного
потока у мостового перехода и защиты его от повреждения проте-
кающими водами.
На периодически действующих водотоках расход воды зависит
от площади бассейна, среднего уклона лога (кроме боковых скло-
нов), интенсивности ливней, мощности снегового покрова, условий
впитывания воды почвой и т. п. Как правило, для каждого бассей-
на определяют раздельно поверхностный сток как ливневый от
выпадающих сильных дождей, так и талых вод от таяния снега. На
пересечении таких водотоков, как правило, строят малые искус-
ственные сооружения — малые мосты, водопропускные
трубы и лотки.
Для выбора’наилучшего места перехода, особенно для соору-
жения средних и больших мостов, необходимо учитывать весь
комплекс характеристик того или иного участка реки, влияющих
на стоимость строительства и эксплуатацию сооружений. К таким
характеристикам относятся: геологические условия, определяющие
тип и глубину заложения фундамента опор моста; топографичес-
кие условия, определяющие объемы работ по устройству подходов
к мосту; гидрологические условия и, в частности, ширина разлива
высоких вод и ширина коренного русла реки, амплитуда измене-
ния уровня и скорость течения воды, определяющие длину моста
н объемы работ по регулированию реки и защите пойменных насы-
пей; ледовый режим, т. е. интенсивность ледохода, возможность об-
разования ледяных заторов в период весеннего паводка, навала
на сооружение больших массивов льда, грозящих им повреждения-
ми. Необходимо выявить возможные русловые преобразования как
при естественном свободном состоянии реки, так и после построй-
ки мостового перехода. ’
После постройки сооружений мостового перехода, стесняющих
иодный поток, около них развиваются размывы дна, которые могут
быть опасными для сооружения. Сооружения мостового перехода
должны быть запроектированы и построены таким образом, чтобы
оставаться устойчивыми и выполнять свои функции при любых
условиях, которые могут возникнуть за продолжительный срок их
службы.
При сравнении возможных вариантов устройства мостового
перехода необходимо отыскать оптимальную степень стеснения
реки переходом, наивыгоднейшую по суммарным затратам на
57
строительство и эксплуатацию сооружений. Определенные требо-
вания предъявляются к мостовому переходу с точки зрения беспре-
пятственного пропуска под мостом судов и плотов при заданных
повышенных уровнях воды в реке. Для этого устанавливают под-
мостовые габариты, т. с. длину, высоту, число и размещение про-
летов моста, предназначенных для пропуска судов и плотов.
Периоду проектирования мостового перехода должны предшест-
вовать под готов ител ьн нс и полевые изыскания, в
задачу которых входит сбор всех вышеперечисленных материалов
и данных о водном потоке, топографических, грунтовых и геологи-
ческих условиях по всем возможным вариантам перехода. Если
для малых сооружений (водопропускных труб, малых и средних
мостов) место перехода выявляется общим направлением трассы
проектируемой дороги, то для больших мостов, как правило, наме-
чается ряд возможных вариантов пересечения водного потока.
3.2. Изыскания мостового перехода
В подготовительный период собирают и изучают имеющиеся
материалы, характеризующие район расположения мостового пе-
рехода и режим данной реки. На основе картографического мате-
риала выбирают место перехода, намечают возможные варианты
трассы, собирают сведения о постоянных и временных реперах, со-
ставляют программу работ и организуют изыскательские партии
или экспедиции.
Основой изыскательских работ являются картографические
материалы крупного масштаба — нс мельче 1 : 100 000. На карте
выявляются возможные трассы перехода, близкие к общим нап-
равлениям трассы дороги.
Для выявления режима реки и других условий места перехода
изучают литературные и справочные материалы, данные из проек-
тов и опыт эксплуатации других существующих мостовых перехо-
дов на данной реке. Собирают и обрабатывают материалы посто-
янно действующих водомерных мостов гидрометеослужбы. Класс
реки устанавливают по согласованию с бассейновыми управления-
ми Министерства речного флота.
В процессе полевых изысканий выполняют топографо-геодези-
ческие съемки, которые необходимы в дополнение к имеющимся
картографическим материалам для уточнения и более подробного
изучения рельефа и ситуации речной долины и для лучшего обос-
нования намечаемою места перехода. Производят съемки гене-
рального и детального планов и различные гидрометрические ра-
боты. Генеральный план должен охватывать весь участок возмож-
ных вариантов перехода реки и служить для обоснования выбора
места расположения оси мостового перехода, выбора схемы регу-
58
ляционных сооружений, он является топографической основой для
инженерно-геологических исследований. План снимают по каждо-
му варианту перехода на всю ширину реки до отметки 1--2 м выше
уровня высоких вод, в длину — 1—1,5 ширины разлива выше оси
перехода и 0,7—1 ширины разлива ниже оси перехода. Масштаб
съемки от 1:1000 до 1:25 000. Съемку детального плана производят
на площади, непосредственно прилегающей к оси перехода. Де-
тальные планы необходимы для проектирования регуляционных
сооружений укрепления берегов, спрямления русла, а также для
проектирования строительных площадок, полигонов и временных
сооружений. Масштаб съемки от 1:500 до 1:2000.
Объем инженерно-гидрологических обследований
места мостового перехода определяется степенью изученности
района и ранее проводившимися работами. В настоящее время
систематические гидрологические наблюдения ведутся на стацио-
нарной сети постов и станций Гидрометеослужбы СССР. Резуль-
таты этих наблюдений публикуют.
В процессе инженерно-гидрологических работ устанавливают
характерные уровни высоких и низких вод, высокого ледохода,
высокой и низкой подвижки льда, уровня меженных вод. Уровни,
помимо архивных и литературных сведений гидрометеостанций,
определяют по данным длительно существующих водомерных пос-
тов, путем опроса старожилов, по следам на местности.
Кроме того, устанавливают коэффициенты шероховатости
русл и пойм. На малоизученных или совсем неизученных водото-
ках, а также на особенно крупных или сложных мостовых перехо-
дах проводят гидрометрические работы — наблюдения за прохо-
дом высоких вод во время половодья. В состав этих работ входят
разбивка гидрометрических створов и устройство водомерных пос-
тов, на которых будут вестись работы по измерению уровней воды,
уклонов водной поверхности и скоростей течения. При этом прово-
дятся наблюдения за направлением струй воды в русле и на за-
литой пойме, устанавливается траектория движения льдин, судов,
плотов, производятся замеры для определения расхода воды при
разных уровнях высокой воды.
На периодически действующих водотоках, где строят водопро-
пускные трубы и малые мосты, расход воды зависит от площади
бассейна, среднего уклона лога (кроме склонов), интенсивности
ливней, мощности снегового покрова, условий впитывания воды
почвой и т. п.
Как правило, для каждого бассейна определяют поверхностный
сток от ливней, вызываемых сильными дождями и талыми водами.
Для определения отверстия среднего и большого мостов необ-
ходимо знать скорость течения воды в период паводка. В русле
реки она больше, а на поймах и у берегов меньше. На скорость
точения воды оказывают влияние продольный уклон потока, не-
59
ровности и шероховатости дна
русла реки, наличие расти-
тельного покрова на поймах.
Наибольшие скорости воды
наблюдаются немного ниже
поверхности воды в реке. Ли-
нию наибольших скоростей
потока, измеренную в разных
его сечениях по длине реки,
называют динамической
осью.
Скорость течения воды в
отдельных точках на глубине
реки измеряют гидрометричес-
кими вертушками, а поверх-
ностные скорости — поплав-
ками. В процессе изысканий живое сечение реки в различных гид-
ростворах определяют промером глубины при помощи реек или
наметок, а при глубинах более 4 -5 м и больших скоростях тече-
ния — при помощи лотов и эхолотов. Живое сечение разбивают
на ряд участков (рис. 3.4), в каждом из которых с помощью вер-
тушек определяют скорости течения на разных уровнях, что по-
зволит определить среднюю скорость. Затем, перемножая эти ско-
рости на соответствующие площади участков и суммируя получен-
ные величины, получают расход данного водотока при уровне во-
ды, установленном в процессе измерения. Однако полученный та-
ким образом расход воды не может быть расчетным, так как не-
известно, соответствует ли он наивысшему расчетному уровню во-
ды в реке.
Если же в качестве расчетного уровня принять высокий истори-
ческий уровень, оказавшийся наивысшим, то это может привести
к ошибкам. При таком способе определения расхода отверстие мос-
та оказалось бы сильно завышенным. Задача нахождения расчет-
ного уровня высокой воды (РУВВ) усложняется, если нет данных
многолетних наблюдений за режимом рек. Наблюдения на боль-
ших реках нашей страны начали вести с 70-х годов XIX в., а сис-
тематические наблюдения за режимом рек в СССР проводятся с
1930 г., когда были созданы многочисленные водомерные посты не
только на крупных реках, но и на средних.
Так как расход водотока непрерывно изменяется в зависимости
от климатических условий и уровней подъема воды, за расчетный
расход принимают наибольший возможный, повторяющийся один
раз в 33, 50 и 100 лет, т. е. расход с обеспеченностью соответствен-
но 3, 2 и 1%. Расчет отверстия мостов н труб, пойменных насыпей
и регуляционных сооружений на воздействие водного потока вы-
полняют по расчетным расходам и соответствующим им уровням,
60
Рис. 3.5. Кривая обеспеченности
установленным с учетом задан-
ной повторяемости (обеспечен-
ности). В СНиП 2.05.03-84 даны
следующие нормы вероятности
превышения расчетного расхода
и уровня водотока:
мосты и трубы на железных
дорогах I и II категорий, мосты
на автомобильных дорогах I—
III категорий и на городских до-
рогах, а также трубы на автомо-
бильных дорогах I категории —
1 раз в 100 лет, т. с. 1%;
мосты и трубы на железных
дорогах III категории, на автомобильных дорогах IV и V катего-
рий, а также трубы на автомобильных дорогах II и III категорий
и на городских дорогах — 1 раз в 50 лет, т. е. 2 %;
деревянные мосты и трубы на дорогах IV и V категорий —
I раз в 33 года, т. е. 3%.
Для железных дорог дополнительно проверяют размеры эле-
ментов мостового перехода и в первую очередь насыпи подходов на
чрезвычайные условия эксплуатации, т. е. на пропуск паводковых
вод с максимальным расходом и вероятностью превышения 1 раз
в 300 лет — 0,3%. Наблюдения за паводками за ряд лет показы-
вают, что наиболее часто повторяются паводки средней силы. Если
в результате сбора имеющихся данных и по результатам измере-
ний годовые наибольшие объемы паводков, наблюдавшихся в
течение многих лет, расположить в убывающем порядке, а затем
соединить плавной линией, то получим кривую обеспеченнос-
ти (рис. 3.5). По вертикали отмечают расходы воды, а по гори-
зонтали — число лет наблюдений.
По построенной кривой обеспеченности для любого значения
наводка можно определить число т лет, когда расход Q был равен
этому значению или превышал ее, а также найти число п лет наб-
людений в процентах от общего числа, т. е. Р=100 т:п, например,
п ряду наблюдений за большими паводками в реке в течение 100
лет расход Q и больше повторялся 2 раза. Следовательно, расчет-
ная повторяемость расхода Q или обеспеченность будет Р= 100-2:
.100=2%, т. е. его повторяемость 1 раз за 100:2=50 лет.
На основании данных многолетних наблюдений изучения реки
определяют расчетный расход методами математической статисти-
ки, по кривым расхода или эмпирическим формулам. Большое
распространение получили морфометрические работы, когда инже-
нерно-гидрологические обследования не предусматривают наблю-
дений за проходом высоких вод во время паводка. Эти работы
обычно выполняются на реках, хорошо изученных, там, где на су-
61
Рис 3.6. Кривая связи расходов
поди
ных пунктов гидрометеослужбы
шествующей сети постоянных по-
стов Гидрометеослужбы СССР
систематически ведутся гидро-
метрические наблюдения. Гидро-
логическая изученность рек на-
шей страны непрерывно возрас-
тает, морфометрические обследо-
вания с каждым годом имеют
все большее значение, а гидро-
метрические работы на конкрет-
ных обьсктах мостового перехо-
да сокращаются.
Морфометрические работы
включают в себя установленные
по данным ближайших постоян-
характерные уровни воды и рас-
ход водотока, построение продольного профиля реки, выбор и
съемку морфостворов, определение типа руслового процесса, а
также изучение ледового режима реки.
Сроки проведения изысканий по мостовому переходу нс совпа-
дают по годам со сроками прохождения высоких паводков на изу-
чаемой реке, поэтому морфометрический способ получения гидро-
логических характеристик данной реки имеет широкое распрост-
ранение.
Морфометрические обследования не требуют трудоемких наб-
людений и связанных с этим больших затрат. В большинстве слу-
чаев они могут дать достаточный материал для обоснования мос-
тового перехода.
Перенос данных максимальных расходов, полученных на по-
стоянном гидрометрическом ятосту, на проектируемый мостовой
переход осуществляется путем построения кривой связи годовых
максимальных расходов в створе мостового перехода Qmax (м> и
в створе постоянного действующего поста Qmax (в) (рис. 3.6). По
кривой связи возможно определить недостающие расходы для тех
лет, когда измерение в створе мостового перехода не производи-
лось. Для этого по расчетной вероятности находят расход водото-
ка на постоянном гидрометеопосту фрасчпо, а затем экстраполиру-
ют кривую связи до найденного расхода и определяют по ней ис-
комый расход QPac4 (м). На рис. 3.6 экстраполированный участок
кривой связи показан штриховой линией.
Наряду с этим существует ряд эмпирических формул опреде-
ления расчетных расходов Q. Наиболее применима для средних и
малых мостов формула Д. II. Соколовского:
„ ЛойрГ
QpT (F+1)0.25 6л6б°’
62
где Ло—коэффициент дружности половодья. В зоне туидры он равен 0,01, в
лесостепной полосе — 0,02—0,03, в степной зоне — 0,06;
hP — расчетный слой стока половодья заданной вероятности превышения,
мм;
Г—площадь бассейна, км2;
6Л, 5бо — коэффициенты, учитывающие снижение максимального расхода поды
из-за наличия лесов, болот и озер в бассейне водотока.
Расчетный уровень высоких вод, необходимый для расчета от-
верстия моста, определяют по полученному значению расчетного
расхода.
Постройка мостового перехода вызывает стеснение бытового
живого сечения потока и значительное изменение его режима, а
также переформирование речного русла. Переносимые водой мел-
кие частицы грунта, а при паводках более крупные (песок,
галька) постепенно изменяют местоположение наибольших глубин
по ширине русла, размывая дно. Значение наибольшего общего
размыва русла ограничивается следующими данными: при ма-
лых расчетных расходах воды от 2 до 15 м3/с на 1 м отверстия
моста допускаемый коэффициент размыва колеблется от 2,2 до
1.3, а для расчетного расхода 20 м3/с и больше он устанавливается
равным 1,25. Кроме общего размыва дна русла под мостом, воз-
можен местный размыв на ограниченном участке отверстия
моста и особенно возле опор, от размера которого зависит глуби-
на заложения опор моста. Больше всего местный размыв (рис. 3.7)
образуется у лобных граней опор при обтекании их потоком и за-
висит от скорости течения воды, формы опоры и угла подхода во-
ды к опоре.
Возле опор прямоугольной формы в результате большего их
сопротивления потоку воды наблюдается и больший размыв дна
но сравнению с опорами с закругленными и заостренными перед-
ними и задними гранями. Поэтому выбцрать форму опор надо с
учетом режима водного потока. При проходе паводка вокруг опор
моста образуются завихрения и водовороты, которые создают
дополнительные стеснения свободному проходу воды. Кроме того,
по время ледохода лед, раскалываясь об опоры и погружаясь в
поду, тоже создает дополнительное
мостом. В результате этих явлений
рами, которое в расчете отверс-
тия моста учитывают коэффици-
ентом сжатия струи по формуле
|i=Q0-H (По — площадь живого
течения потока под мостом,
уменьшенная на площадь, запя-
ую вихревыми зонами у всех
«нор; Q — общая площадь под-
мостового сечения).
Коэффициент сжатия струп
стеснение живого сечения под
возможно сжатие потока опо-
Рнс. 3.7. Схема местного размыва
дна у------------------
63
Рис. 3.8. Продольный профиль водной поверхности при образовании подпора
перед мостом
зависит от длины пролетов моста, числа опор в его отверстии и
скорости воды. Для малых и средних мостов он колеблется при
трудно размываемом русле реки от 0,85 до 0,96, а для больших—
от 0,98 до 0,99.
Стеснение потока вызывает *п од пор воды, т. с. повышение
уровня перед мостом (рис. 3.8), чем больше стеснено сечение реки
и меньше уклон поверхности воды, тем на большее расстояние рас-
пространяется подпор. Подпор учитывают при назначении отметок
насыпи подходов и бровки регуляционных дамб. Для улучшения
условий прохода воды иногда целесообразно увеличить русло под
мостом, срезав высокую часть поймы, прилегающую к главному
руслу (рис. 3.9). При этом средняя глубина под мостом увеличи-
вается, что позволяет несколько уменьшить отверстие. Для обеспе-
чения эффективности работы длину срезки вдоль реки назначают
________to вверх по течению на 0,5—1,5 и
Рис. 3.9. Схема увеличения площади
потока за счет срезки земли на
пойме:
/ - плоскость после срезки; 2 — срезап-
ниП грунт
вниз по течению — на 0,5—1,0
от размера отверстия моста. Со-
пряжение срезки с поверхности
поймы устраивают в виде отко-
сов с уклоном до 1 : 20.
По высоте срезку устраивают
почти до уровня меженных вод
с небольшим уклоном к главно-
му руслу. Срезку целесообразно
устраивать при условии сравни-
тельно частого затопления пой-
мы. Если имеется в виду одно-
временно дать срезку и допус-
тить размыв русла, то суммар-
ная их величина по площади
должна быть нс более 35 % рас-
четной площади отверстия на
64
Рис. 3.10. Увеличение площади пото-
ка за счет размыва грунта под мос-
том:
/ — русло роки поело размыва; 2 — то
же до размыва
судоходных реках и «50 % на
несудоходных. Предполагае-
мая площадь размыва может
быть ограничена линией сред-
него размыва, определяемой
по формуле Нр=НР (Нр —
глубина воды после размыва;
Н — то же до размыва; Р —
коэффициент размыва) (рис.
3.10).
В процессе изысканий важ-
ной частью являются инже-
нерно-геологические обследования для определения усло-
вий залегания и физико-механических свойств грунтов как осно-
ваний опор моста. В итоге таких обследований, выполняемых пу-
тем бурения скважин, составляют гидрогеологический разрез- Глу-
бину разреза при несложном и достаточно ясном геологическом
строении назначают в пределах 10—15 м, а при сложном — не
менее 20—30 м, считая от поверхности дна реки и поймы- Если
есть выходы скальных пород, то ограничиваются определением
мощности выветривающегося слоя.
При изучении речной долины выявляют характер напластова-
ний грунтов на склонах, поймах и берегах, выходы грунтовых вод,
а также подмыв берегов, размыв дна реки.
При обследовании закладывают разведочные выработки —
шурфы, зачистки, буровые скважины, местоположение которых
наносят на детальный план. Буровые скважины в наносных и мяг-
ких грунтах закладывают глубиной на 4—6 м ниже предполагае-
мой отметки заложения фундаментов опор на расстоянии друг от
друга .50—100 м. Чтобы установить поперечный наклон напласто-
ваний грунтов, буровые скважины закладывают на 2.5 м ниже и
выше оси перехода. На берегах и поймах реки с целью получения
геологических данных для проектирования насыпей подходов за-
кладывают скважины диаметром 75—100 мм через 100—500 м.
Через каждые 0,5 м глубины буровой скважины отбирают пробы
для определения состава грунта и его свойств.
Для ускорения и повышения качества работ при инженерно-
геологических обследованиях мостовых переходов в настоящее
время применяют аэрогеологические и геофизические методы раз-
ведки, которые позволяют сократить объем буровых работ на
40-50%.
Результаты инженерно-геологических обследований в значи-
тельной степени влияют на выбор места перехода, выбор основа-
ний и определение глубин заложения фундаментов опор, назначе-
ние допускаемой скорости течения воды при расчете отверстия и
65
величину размыва грунтов русла реки. В состав работ по изыска-
ниям входит выявление месторождений местных строительных
материалов, а также уточнение условий их разработки и транспор-
тирования как для сооружения элементов моста, так и для устрой-
ства насыпей подходов и регуляционных сооружений.
3.3. Выбор места мостового перехода и назначение отверстия
моста
По результатам изысканий выбирают место мостового перехода
и назначают отверстие моста. Па больших мостах обычно рассмат-
ривают несколько вариантов возможного места перехода (рис.3.11).
При выборе оптимального решения учитывают следующие требова-
ния:
трасса мостового перехода должна быть возможно ближе к
общему направлению проектируемой дороги;
то инженерно-гидрологическим условиям участок реки в месте
перехода должен быть наиболее благоприятным для устройства
опор и насыпей подходов к мосту. Надо отдавать предпочтение
месту перехода, где неглубоко залегают коренные, вполне устой-
чивые породы для устройства фундаментов опор;
выбирая место перехода реки, нужно избегать оползневых уча-
стков, мокрых косогоров, карстовых образований, которые в по-
следующем могут вызвать деформацию элементов мостового пере-
хода;
место пересечения желательно назначать на самом узком уча-
стке реки при малой ширине поймы, чтобы длина насыпей подхо-
Рис. 3.11. Варианты мостовых пере-
ходов
дов и размеры струенаправ-
ленных дамб были наимень-
шими;
место перехода, где есть
острова и рукава, надо избе-
гать, так как они могут изме-
нять направление течения во-
ды в реке и вызывать повы-
шенные деформации русла,
нежелательны на трассе пере-
хода также озера, староречья
и болота. Протоки, находящие-
ся вблизи места перехода, мо-
гут вызвать отложение нано-
сов и переформирование под-
мостового русла, а следова-
тельно, нарушение нормальных
условий прохода воды под
мостом;
66
ось моста нужно стремиться располагать- перпендикулярно на-
правлению течения воды в главном русле и на поймах, для чего
надо выбирать участок реки, где направление главного русла сов-
падает с направлением речной долины, так как выполнение этого
условия создает возможность сокращения длины моста по сравне-
нию с косым пересечением, а условия прохода судов и льдин под
мостом становятся более благоприятными;
на судоходных и сплавных реках мост нужно располагать на
прямолинейном участке русла, чтобы водителям судов было легче
выравнивать караван барж или плотов и безопасно провести их
через судоходные пролеты моста. Так как мостовой «переход через
большую или среднюю реку представляет собой сложное и дорого-
стоящее сооружение, то при проектировании, например, автомо-
бильных дорог местного значения, трассу обычно подчиняют мес-
ту перехода, а на дорогах высших категорий и на железных доро-
гах может оказаться рациональным подчинение мостового перехо-
да общему направлению трассы, хотя это и вызовет увеличение
объемов работ по сооружению насыпей и выемок на подходах, а
также постройку струенаправляющих сооружений.
Мостовые переходы устраивают в большинстве случаев со стес-
нением рек подходными к мостам насыпями. Во время высоких вод
насыпи обычно перекрывают большую часть ширины разлива ре-
ки, а отверстие моста составляет меньшую часть. Стеснение потока
насыпями вызывает существенное его переформирование по
сравнению с бытовыми условиями. Оно распространяется по реке
па большое расстояние вверх и вниз по течению от мостового пе-
рехода.
Опоры моста сравнительно мало стесняют поток и приводят к
местному повышению скорости воды вблизи опор, что способству-
ет здесь повышенным размывам дна русла. При большом стесне-
нии водного «потока регуляционные и струенаправляющие соору-
жения способствует более равномерному переходу высокой воды
и отверстие моста.
11езатопляемая насыпь подходов отклоняет речной поток высо-
кой воды от направления его движения в бытовых условиях. Выше
но течению от оси перехода в некотором удалении от него струи
поды, поворачивая к отверстию моста, искривляются. В отверстие
моста при правильно устроенных струенаправляющих дамбах
располагается наиболее сжатое сечение потока, в нем струи при-
обретают, первоначальное направление, перпендикулярное к оси
потока. Ниже по течению за мостом происходит «постепенное рас-
ширение потока, па некотором расстоянии от сооружения восста-
навливаются бытовые условия потока.
На переходах через средние и большие реки мосты являются
основными сооружениями. Затрата средств на их возведение сос-
1авляет значительную часть стоимости всего перехода. Стоимость
67
моста зависит от материала, длины и габарита, числа и типа опор.
Длина моста и число опор в значительной степени определяются
отверстием моста. Отверстием моста называют длину в свету
между устоями моста за вычетом ширины промежуточных опор,
отсчитываемую по расчетному уровню высоких вод.
При назначении отверстия моста руководствуются следующими
основными положениями:
1) гарантируют бесперебойность и безопасность движения тран-
спортных средств по сооружению, что достигается созданием бе-
зопасных для устойчивости сооружений мостового перехода усло-
вий пропуска высоких вод, наносов и льда, перемещаемых речным
потоком;
2) не допускают чрезмерно большого подпора воды, создаваемо-
го недостаточным отверстием, что может вызвать затопление цен-
ных земель и населенных пунктов, находящихся выше по течению
от перехода, вызвать опасность устойчивости 'подходной насыпи;
3) соблюдают условия беспрепятственного движения судов и
плотов на судоходных и сплавных реках;
4) добиваются снижения затрат на строительство мостового
перехода и его эксплуатацию.
Все указанные положения должны учитываться совместно.
Для устойчивости сооружений перехода необходимо, чтобы от-
верстие моста было не меньше некоторого предела. Уменьшение
отверстия более этого предела нецелесообразно, так как оно ведет
к значительным угрожающим устойчивости моста размывам и де-
формациям русла, вызывающим дорогостоящую инженерную за-
щиту сооружений от 'повреждения стесненным речным потоком.
На пересечении равнинных рек с поймами отверстие, как пра-
вило, должно полностью перекрывать коренное русло. В русле во
время паводка проходит значительная доля общего расхода водо-
тока и движутся наносы.
При широких поймах, пропускающих в половодье значительное
количество воды, глухое перекрытие всей «поймы насыпями может
вызвать значительное возрастание течения у моста и глубокие
размывы. В этом случае целесообразнее увеличить отверстие моста
за счет частичного перекрытия части поймы или дополнительной
срезки (см. рис. 3.9). Срезка способствует увеличению водопро-
пускной способности пойменного участка отверстия.
При пересечении горных рек, где они текут с большой ско-
ростью и перемещают по дну крупный материал, как правило, наи-
более целесообразным решением является прекрытие мостом всей
ширины потока (рис. 3.12).
Па большей части территории СССР преобладают равнинные
реки, поймы которых затапливаются водой на небольшую глубину
и на сравительно короткое время. В таких случаях мостовые пе-
реходы лучше устраивать со стеснением водного потока насыпями.
68
о)
В)
Рис. 3.12. Расположение моста на равнинной (а) и горной (б) реках
При расчете отверстия необходимо, чтобы скорость течения под
мостом не была большой, затрудняющей судоходство или вызы-
вающей опасные для сооружения деформации русла. Как прави-
ло, расчет отверстия моста сводится к определению необходимой
подмостовой рабочей площади в пределах поперечного сечения по-
тока и назначению отверстия моста между устоями или конусами
насыпи. При этом предполагают, что скорость течения по всей пло-
щади живого сечения водотока в пределах моста будет одинако-
вой, равной средней скорости, хотя в действительности пойменные
участки обычно работают менее напряженно, чем в пределах глав-
ного русла.
Рабочую площадь потока под мостом, если может быть допу-
щен размыв грунта русла, определяют по формуле
V Q/ocpliP.
где Q — расчетный расход воды, вычисленный для заданной вероятности пре-
вышения уровня;
«ср — средняя скорость течения воды под мостом, допускаемая в зависимос-
ти от рода грунтов ложа реки и глубины воды;
р. иР—коэффициенты соответственно сжатия потока и общего размыва.
Если размыв под мостом нежелателен, например в случае очень
слабых грунтов русла, необходимую рабочую площадь под мостом
определяют по формуле
liz - Q/ocpH.
При отсутствии данных о расчетном расходе рабочую площадь
можно определить по способу морфологических характеристик,
сущность которого заключается в следующем.
Расход водотока можно выразить в виде суммы расходов глав-
ного русла, левой и правой пойм
Q =- wr.pvrp + <йл^л + ч>пЧц.
где <>.,Р — площадь живого сечения главного русла;
<Вл и <йп — площадь сечений соответственно левой и правой пойм;
Cr.p, v„, v„ — средние бытовые скорости течения соответственно главного
русла, левой и правой пойм.
Необходимая рабочая площадь под мостом без учета стеснения
потока опорами
W = m (Ыг.р-|-Шл*д + <оп*2)
69
при т =- Гг.р/Оср; ki = vn/vr.r,
*2 ^On/Or.p,
где т — коэффициент изменения бытовых условий русла, равный 0,85—0,95;
kt и k2—коэффициенты гидравлической эквивалентности для левой и правой
пойм.
Путем преобразования формулы Шези и определения значения
С по формуле II. II. Павловского коэффициенты k будут иметь
вид:
Так как уклоны главного
ковымм, получим:
уР"*2/3 г
we
«..wr2,P3
русла и пойм можно считать одина-
и Ц|-Р „ “Л и
"Ри wr.p —-----. "л — и Н„ - ,
Ог.р О] «2
где Игр, Ил, лп — коэффициенты шероховатости главного русла и пойм;
Нг.р, Н„, Ни — средние глубины соответственно главного русла и пойм;
Вг.р, Bi, Вг — ширина участков поперечного сечения русла соответственно
главного русла, левой и правой пойм.
По найденной величине W и построенному для данного живого
сечения интегральному графику накопления площади поперечного
сечения водотока (рис. 3.13) определяют отверстие моста Lo. Для
этого вычерчивают поперечное сечение реки, разбивают его на ряд
простейших фигур и определяют их площади на расчетном уровне
высоких вод. Затем строят кри-
вую зависимости W от Lo, откла-
дывая по оси абсцисс длины уча-
стков, а по оси ординат — пло-
щади их. По точкам пересечения
соответствующих координат по-
лучают кривую накопления
бочих площадей под мостом.
Опоры размещают так, чтобы
судоходные пролеты находились
над наибольшими глубинами в
пределах уровня меженных вод.
От выбранной точки на кривой,
соответствующей передней гра-
ни левой опоры, откладывают
Рис. 3.13. Живое сечение и график
накопления рабочей площади потока
под мостом:
Л — передняя грань левой опоры; Г/ —
то же правой
ра-
70
полученное расчетом значение необходимой рабочей площади и
определяют вторую точку на кривой. Расстояние между получен-
ными точками и есть отверстие моста.
3.4. Последовательность проектирования моста и сравнение
его вариантов
Проектирование большого моста начинают обычно с технико-
экономического обоснования необходимости строительства мосто-
вого перехода (ТЭО). Для мостовых переходов на вновь строящих-
ся железных и автомобильных дорогах ТЭО составляют на всю
дорогу, а в отдельных случаях при проектировании больших город-
ских и автодорожных мостов — только на искусственные сооруже-
ния. Па основании подсчетов в ТЭО устанавливают срок окупае-
мости мостового перехода, который по действующим нормативам
должен быть не меньше 10 лет. В зависимости от размеров перево-
зок в ТЭО устанавливают количество полос движения по мосту,
т. е. габариты проезда.
После определения отверстия моста компонуют схему его в
увязке с регуляционными сооружениями (если они необходимы) и
подходами к мосту. При этом должны быть обеспечены: а) усло-
вия судоходства и сплава под мостом; б) минимальные стоимость
сооружения моста, расход материалов и затраты труда; в) прог-
рессивность конструкций индустриального изготовления.
Для судоходных рек схема моста зависит от размеров судоход-
ных под мостовых габаритов, представляющих собой контуры про-
странства под мостом, необходимого для прохода судов. Этот га-
барит ограничен по горизонтали гранями опор, а по вертикали —
расчетным судоходным уровнем и низом конструкций пролетных
строений. Размеры подмостовых габаритов принимают в зависи-
мости от класса реки. Многопролетные мосты должны иметь не
менее двух судоходных пролетов, совпадающих с судоходными
фарватерами. Если положение фарватера постоянно, то целесооб-
разно крупными пролетами перекрыть стабильный судоходный
участок из всего отверстия моста, а остальную часть отверстия —
меньшими пролетами, назначаемыми по экономическим соображе-
ниям или по условиям пропуска ледохода. При неустойчивом по-
ложении судоходного участка реки часто приходится перекрывать
большими судоходными пролетами всю ту часть отверстия моста,
где может в дальнейшем оказаться судоходный фарватер.
Для малых рек, где размер судоходных пролетов невелик, час-
то оказываются экономически целесообразными одинаковые про-
леты по всей длине моста. Разбивку на шролеты ведут путем раз-
работки нескольких схем моста с подсчетом для каждой стоимос-
ти и расхода материалов, для чего обычно пользуются материала-
71
ми ранее выполненных проектов мостов и их отдельных элементов,
а также типовыми проектами пролетных строений и опор. В этой
части проектной работы используют ЭВМ с использованием имею-
щихся программ. При разбивке отверстия на пролеты необходимо
учитывать высотное положение элементов моста, так как приме-
нение пролетных строений с большой строительной высотой при
заданном судоходном уровне вызывает общее повышение уровня
проезда по мосту, а следовательно, повышение насыпей подходов,
увеличение объемов работ и удорожание мостового перехода. В
связи с этим обычно судоходную часть русла стремятся перекрыть
пролетными строениями с наименьшей строительной высотой.
Наиболее подходящие для железнодорожных мостов пролетные
строения с ездой понизу.
Кроме того, уровень проезда в пределах несудоходной части
реки можно понизить устройством соответствующего продольного
уклона.
Отметку проезжей части моста можно получить по формуле
Н л/pcy-f-//,-! С,
где //рсу — отметка расчетного судоходного уровня, для несудоходных рек при-
нимаемая рапной расчетному уровню высоких вол;
Нт — высота подмостового габарита, равная для несудоходных рек 0,5—
1.5 м;
С — строительная высота пролетного строения.
Расчетные пролеты для выполнения требований по высоте и
ширине подмостового габарита назначают с учетом размеров опор.
При выборе опо,р надо применять преимущественно сборные и
сборно-монолитные конструкции. Для путепроводов целесообразны
сборные стоечные опоры с фундаментами из призматических свай
и столбов. Па реках в зависимости от глубины воды и ледохода
можно применять сборные и сборно-монолитные опоры, а также
опоры комбинированной конструкции — в пределах колебания
уровня воды монолитную и сборно-монолитную часть, а выше —
из сборного железобетона.
Длину моста определяют по следующей формуле:
L4-2/ийу-|-2Ь,
где 27п — сумма длин пролетных строений;
— сумма температурных зазоров между разрезными пролетными строе-
ниями, равная 0,05—0,10 м;
m — коэффициент заложения откосов конусов;
Лу — средняя высота устоев;
Ь — длина части устоя, находящейся в насыпи, равная 0,75—1 м.
Технико-экономическое сравнение вариантов большого мостово-
го перехода — очень сложная задача, решаемая с учетом множе-
ства факторов, зависящих как от местных, так и от общегосудар-
ственных условий строительства.
72
Ila стадии составления проекта определяют коэффициент эф-
фективности принятого варианта мостового перехода
Эсущ —Э„р
Лир — Л сущ
где Эсущ и ЭПр — суммарные затраты на эксплуатацию в существующих и про-
ектных условиях;
Л'пГ и Яс у щ—суммы капитальных затрат по проекту и в существующих (до
постройки моста) условиях.
За основные факторы для сравнения принимают стоимость
строительства и последующей эксплуатации, а также продолжи-
тельность и трудоемкость работ по сооружению мостового перехо-
да. Целесообразность проекта моста определяют путем сравнения
с соответствующими технико-экономическими показателями. За
измеритель стоимости, а также расхода металла и бетона приня-
ты стоимость и расход их, отнесенные на 1 м2 горизонтальной по-
верхности (между перилами) для автодорожных и городских мос-
тов и 1 м длины железнодорожного однопутного моста. 11а количе-
ственную величину ТЭГ1, включающую стоимость пролетных стро-
ений и опор, подходов регуляционных и укрепительных сооруже-
ний, влияют уровень общегосударственных цен, трудовые затраты
на строительство, а также применение прогрессивных конструкций
и способов монтажа. Исходя из данных ТЭП экономически обос-
нованный пролет железобетонных автодорожных мостов не превы-
шает 100 м.
Сметную стоимость строительства определяют для каждого из
вариантов по действующим нормам с использованием соответству-
ющих прейскурантов, сборников Единых районных единичных рас-
ценок (ЕРЕР) и с составлением в отдельных случаях специальных
расценок по тем видам работ, которые отсутствуют в нормативных
документах. Для более полного суждения об экономичности и ра-
циональности каждого варианта необходимо, кроме показателей
объемов и стоимости, выяснить также трудоемкость строительства
и разницу в эксплуатационных затратах. Трудоемкость строитель-
ства желательно определять по основным видам работ с разделе-
нием трудовых затрат на сферу заводского (полигонного) изготов-
ления и на сферу работ, выполняемых непосредственно на строи-
тельной площадке. Трудовые затраты отражают в графиках про-
изводства работ, которые составляют для каждого из вариантов.
11а основании этих графиков устанавливают продолжительность
строительства, которая является одним из важных факторов оцен-
ки варианта. Эксплуатационные затраты различны для мостов из
разных материалов и их нужно учитывать при выборе варианта.
Эти затраты определяют за первые 10 лет эксплуатации сооруже-
ния (нормативный срок окупаемости) и добавляют к сметной сто-
имости для каждого из вариантов моста.
73
На основании сравнения вариантов мостового перехода по
объемам работ, стоимости с учетом эксплуатационных затрат,
трудоемкости, а также архитектурных данных выбирают наиболее
рациональный (оптимальный) вариант, который и рекомендуют к
утверждению. Проект согласовывают с заказчиком, строителями
и другими заинтересованными организациями, а после согласова-
ний проекта представляют на утверждение в соответствующую ор-
ганизацию в зависимости от стоимости сооружения.
Рабочие чертежи конструкции и производства работ разраба-
тывают после утверждения проекта с учетом замечаний, отмечен-
ных при его утверждении.
3.5. Подходы к мосту, регуляционные и укрепительные сооружения
В состав элементов мостового перехода входят подходы к мос-
ту, расположенные, как правило, на пойме реки, а также регуляци-
онные и укрепительные сооружения, обеспечивающие правильный
проход высоких паводков под мостом. Протяженную пойменную
насыпь (рис. 3.14) проектируют с минимальным возвышением
бровки насыпи над расчетным уровнем высоких вод (РУВВ).
Подъем к мосту соединяет проезжую часть моста и пойменную
насыпь, имеющие различные отметки. В некоторых случаях, осо-
бенно на автомобильных дорогах, мосты проектируют с расположе-
нием па продольном уклоне. На железных дорогах продольный ук-
лон на подходах к мосту не должен превышать руководящего ук-
лона, принятого для данного участка линии, а на автомобильных
дорогах — максимального уклона, который встречается на участ-
ках, находящихся за пределами мостового перехода. Однако, как
правило, необходимо стремиться располагать средине и большие
мосты на уклонах, меньших, чем на подходах. Для железнодорож-
ных мостов, имеющих безбалластную проезжую часть, максималь-
ный уклон допускается не более 4%с. Деревянные железнодорож-
ные мосты с безбалластной проезжей частью допускаются на укло-
нах до 15%с и на кривых в плане радиусом 250 м и более. Для
больших автодорожных мостов максимальный уклон должен быть
не более 30%с, для городских мо-
стов — 40 % о, для деревянных
мостов с деревянным настилом—
не более 20%с.
Речной поток, текущий сво-
бодно по поймам, у насыпи под-
ходов меняет направление и те-
чет к отверстию моста. Вследст-
вие этого могут появиться раз-
мывы, которые угрожают устой-
чивости элементов мостового пе-
рехода. Для обеспечения более
плавного протекания воды под
мостом, а также отвода поймен-
ных течений ог насыпей подхо-
Рис. 3.15. Регуляционные сооружения:
1 - струенаправляющяя дамба низовая;
2 — то же верховая; 3 — береговое укреп-
ление; 4 — запруда; 5 — траверса
дов устраивают регуляцион-
ные сооружения, которые (рис. 3.15) делятся на две группы:
регулирующие пойменные потоки — это струенаправляющие
дамбы, траверсы, дамбы обвалования. Их устраивают незатопляе-
мыми и располагают на поймах рек;
регулирующие русловые потоки — это береговые укрепления,
запруды, полузапруды, спрямление русла, заилители и т. п. Эти
сооружения могут быть затопляемые.
Стр. уе на п р а в л я ю щи с дамбы служат для плавного
ввода верхового потока и отвода его вниз по течению. Их устраи-
вают в том случае, когда на участке поймы, перекрытой насыпью,
проходит не менее 15% всего расчетного расхода воды. Ио очерта-
нию и форме в плане (рис. 3.16) они могут быть криволинейными,
криволинейными с прямой вставкой и прямолинейными. Если пой-
менная часть насыпи подходов пересекает разлив реки под углом,
часто применяют грушевидные дамбы. При двусторонних -поймах
устраивают дамбы на обоих берегах, а при наличии только одной
поймы — на одном. Криволинейные дамбы целесообразны на пря-
молинейном участке реки, а криволинейные с прямой вставкой —
при криволинейном очертании русла с выпуклостью в сторону ши-
рокой поймы.
грушевидная
75
Дамбы представляют собой насыпи из песчаного и супесчано-
го грунтов трапецеидального очертания шириной поверху не менее
2 м. Конец дамбы, называемый головкой, шире в 2—2,5 раза ос-
новной части дамбы. Высоту незатопляемых регуляционных соо-
ружений назначают так, чтобы отметка бровки дамбы была не ме-
нее чем на 0,5 м выше уровня высоких вод с учетом высоты волны
и подпора. Крутизну откоса с речной стороны принимают 1:2, а с
пойменной стороны — не более 1:1. Откосы с речной стороны дамб
укрепляют бетонными плитами или каменным мощением, а с пой-
менной — одерновкой.
Траверсы (см. рис. 3.15) представляют собой короткие дам-
бы, устраиваемые в поперечном направлении к оси насыпи подхо-
дов, чаще всего под углом 70—90° с верховой стороны насыпи. Яв-
ляясь искусственным препятствием для движения воды вдоль на-
сыпи, траверсы отклоняют поток от земляного полотна и тем са-
мым защищают его от размыва. Откосы траверсы укрепляют так
же, как и дамбы. Запруды устраивают при наличии на пойме
рукавов или протоков, к которым может перемещаться русло, соз-
давая угрозу размыва насыпи подхода. Запруды в виде земляной
насыпи с укрепленными откосами устраивают в наиболее узком
месте рукава. На реках с блуждающим руслом регуляционные со-
оружения должны обеспечивать постоянное сжатие зоны блужда-
ния русла. Этой цели служат оградительные валы в виде сплошных
массивных дамб, концы которых примыкают к коренным берегам.
Заилители представляют собой решетчатые щиты, перепады, водо-
бойные колодцы, заякоренные деревья и др. Их применяют для
уменьшения скорости течения воды, предотвращения размыва бе-
регов и дна русла и образования искусственных отложений.
Укрепительные сооружения устраивают с целью защиты отко-
сов насыпей подходов, конусов, регуляционных сооружений, бере-
гов и русл рек от размыва водой, от плывущего льда, ударов воли.
Откосы и конусы укрепляют после хорошего уплотнения и осадки
насыпи до отметки выше наивысшего уровня воды (с учетом под-
пора и высоты волны) не менее 0,5 м. К простейшим видам укреп-
лений, устраиваемых из местных материалов, относят одерновку,
покрытие прорастающими выстилками, каменную наброску, камен-
ное мощение, фашинное укрепление.
Одерновку плашмя и в стенку (рис. 3.17) применяют
для укрепления откосов, подверженных действию текущей воды
при скорости течения 0,9—1,5 м/с. Для одерновки используют
штучные дернины, нарезанные из плотного растительного слоя
размером 30X50 см, или ленточные длиной 2—3 м и толщиной
6—10 см. Дернины, уложенные плашмя вдоль поверхности откоса
или горизонтальными слоями (в стенку) со сдвижкой на слой рас-
тительного грунта толщиной 6—7 см, прикрепляют деревянными
спицами и ивовыми кольями.
76
Рис. 3.17. Укрепление откосов одериовкой:
а плашмя; б — в стенку;
/ — дернина; 2 — спицы; 3 — подсыпка
Более надежное крепление — каменная наброска, при-
меняемая для укрепления откосов насыпей, их подошв, а также
для заполнения вымоин в русле при скоростях течения до 3—4 м/с.
Каменное мощение одиночное или двойное (рис. 3.18) уст-
раивают из камня размером 15—30 см по слою щебня, гравия или
мха толщиной 10—15 см. Одиночное мощение применяют при от-
косах от 1:1,5 до 1:2, двойное из двух рядов камней (нижнего из
камня 15—20 см и верхнего — 20—30 см) — при откосах до
1:1,5. Для предотвращения сползания в нижней части откоса уст-
раивают упор из крупного камня.
Фашинное укрепление (рис. 3.19) применяют для защи-
ты от размыва откосов насыпей и берегов. Фашины представляют
собой связанные пучки хвороста свежей рубки, чаще всего ивняка,
длиной 3—4,5 м и диаметром связки до 30 см. Укладывают фаши-
ны врасстилку и в тычок, закрепляя ивовыми кольями. Фашинные
тюфяки предназначены для подводного укрепления берегов и
представляют собой один или несколько слоев фашин, пригружен-
ных камнем. Фашинные укрепления допускают скорость течения
потока до 3 м/с.
Рис. 3.18. Укрепление откосов каменным мощением:
а — одиночным; б — двойным
77
а) увв
Рис. 3.19. Укрепление откосов фашинами:
а — врасстнлку; б — в тычок
К индустриальным, наиболее распространенным в настоящее
время типам укреплений, берегов и русл рек, откосов и конусов
насыпей относят защиту их бетонными и железобетон-
ными плитами (рис. 3.20), а также специальными полимерны-
ми материалами или асфальтобетоном. При слабофильтрующихся
грунтах сборные бетонные и железобетонные плиты прямоуголь-
ной формы и гирлянды из плит укладывают на слой щебня или
гравия толщиной до 20 см. В нижней части откоса насыпи или
берега сооружают упор из камня или бетона. Тюфяки из бетонных
блоков применяют преимущественно для защиты русла горных
рек и откосов от размыва. Тюфяк (ковер) собирают из отдельных
бетонных блоков размерами от 50X50X20 до 100X100X30 см, сое-
диненных при помощи стержней и скоб, образующих шарнир, и
прикрепляют к упору.
При укреплении тюфяками из бетонных блоков допускается
скорость течения воды до 6 м/с.
78
Рис. 3.20. Укрепление откоса железо-
бетонными плитами и деталь соеди-
нения плит:
1 — бетонная плита; 2 — арматура
(пунктир) с петлями на концах; 3 —
соединительное кольцо; 4 — бетонный
упор
Рис. 3.21. Гибкие бесфильтровые по-
крытия:
I — металлическая сетка; 2 — лента
гидрорсрииа: 3 — то же нижняя; 4 —
монтажные скобы
В особо тяжелых условиях работы сооружений иногда укрепле-
ние выполняют из монолитного бетона в виде плит размерами от
1,5x2 до 10 X Ю м и толщиной до 15—30 см.
Гибкие бесфильтровые покрытия из сборных же-
лезобетонных блоков (рис. 3.21) разработаны ЦНИИСом и при-
менены для укрепления откосов ряда сооружений. Блок такого
укрепления представляет собой железобетонную плиту размером
2,25X4,5 м и толщиной 10—15 см, состоящую в свою очередь из
гибко сочлененных плиток размером 75X75 см. Блоки укладывают
непосредственно на предварительно спланированную поверхность
откоса без фильтрующих устройств из песчаной и гравийно-щебе-
ночной подготовки. Плиты связывают лентами гидрорерина, пред-
ставляющего собой рулонный материал на основе регенератора
резины. Блоки, армированные стальной сеткой, стыкуют путем
сварки закладных частей и последующего омоноличивапия раство-
ром на расширяющемся цементе. В стыках между отдельными
плитками, т. е. через 75 см, укладывают две ленты гидрорерина
(верхняя лента размером 90x4 мм, нижняя — 90X2 мм). Масса
блока 2—3 т. Монтаж производится краном с применением плос-
кой рамной траверсы с 12 крюками и закреплением за металличес-
кие скобы.
Для укрепления подводной части откосов находят применение
армированные асфальтобетонные плиты размером в плане 3x5 м
и толщиной 5—7 см. Их армируют сеткой с диаметром проволоки
3—5 мм, укладывают краном с помощью траверс, снабженных
специальными вакуумными присосами.
79
3.6. Основные положения по выбору типа
-и расчету малых искусственных сооружений
Тип и размер малого водопропускного сооружения в каждом
случае выбирают па основании материалов изысканий и технико-
экономического сравнения. Основой выбора положения оси соору-
жения (перпендикулярно оси дороги, вдоль тальвега или речной
долины), назначения наивысшего положения уровня подпертой во-
ды и скорости течения ‘потока являются соображения по обеспече-
нию удобства и безопасности движения па дороге, по надежности
работы конструкции, минимальным общим затратам на строитель-
ство и эксплуатацию. Часто целесообразным оказывается построй-
ка водопропускных труб, но при пересечении постоянно действую-
щих водотоков с возможным образованием па пих ледостава или
на периодически действующих водотоках с большим расходом во-
ды, с пропуском которых трубы справиться не могут, устраивают
малые мосты. Малые мосты, например, строят при пересечении до-
рогой болот, где трубы нежелательны, так как поверхность боло-
та ввиду осушительных работ со временем может понизиться, что
потребует перестройки трубы. Осенью из-за возможного повыше-
ния количества осадков уровень воды может подняться выше лот-
ка трубы и замерзание воды в трубе вызовет ее разрушение. Из
различных видов малых сооружений наиболее целесообразны свай-
но-эстакадные и столбчатые мосты. Они выполняются наиболее
индустриальными способами, удобны для любых климатических
зон страны.
Если необходимо пропускать малые расходы воды (менее 80 -
100 м3/с), то при высоких насыпях и благоприятных геологических
и климатических условиях предпочтительнее водопропускные тру-
бы. Они требуют меньшего расхода материалов для сооружения,
а общий вид дороги и условия движения по пей пе нарушаются.
Водопропускная способность трубы зависит от размера отверстия,
формы сечения и продольного уклона ее лотка. Существенное
влияние на гидравлическую работу трубы оказывает форма вход-
Рис. 3.22. Схема режимов протекания воды в трубах:
безнапорного: б — полуиапорпого; о -- напорного при иеобтекасмом оголовке; г
то же при обтекаемом оголовке
80
Таблица 3.1
Диаметр (отверстие) круглой трубы, м
* | '.5
Расход. Тип оголовка
м’/с I II I I
Я. м V, м/с Я. м о. м/с Я. м V. м/с Я, м V. м/с
0.4 0.55 1.6 0,51 1.6 __
0,6 0,70 1.8 0,64 1.8 — — — .—
3 3,26 6.2 1,82 3,8 1.47 2,7 1,33 2,7
4 — 2,47 5.1 1.75 3,1 1.6 3,1
о — — 3,27 6,3 2,38 4,6 1,83 3.3
Примечание. Оголовки типа I — портальные, воротниковые, раструбные; типа II —
обтекаемые; Н — глубина воды перед трубой; v — выходная скорость.
ных оголовков. В зависимости от условия протекания воды в тру-
бах может наблюдаться безнапорный гидравлический режим
(рис. 3.22).
Безнапорный режим наблюдается тогда, когда вход в
трубу незатоплен и над поверхностью воды у входа имеется зазор.
Труба в этом случае работает как иезатопленный водослив с ши-
роким порогом. Глубина воды Н в начале трубы составляет 0,9
критической, а глубина на выходе зависит от уклона и длины тру-
бы. При уклоне, равном критическому или меньше его, т. е. при
1^'кр, в конце трубы устанавливается критическая глубина. Если
труба с малым уклоном снабжена обтекаемыми оголовками и глу-
бина потока шеред сооружением /7^1,4йтр (где йтр — высота от-
верстия трубы), а при обычных оголовках //^1,2 йТр, то сооруже-
ние работает по безнапорному режиму.
Расчет отверстия такой трубы и высоты насыпи сводится к
подбору размера трубы, определению глубины воды перед соору-
жением и выходной скорости по таблицам пропускной способности
груб в зависимости от типа оголовка (табл. 3.1).
При уклоне i>iKp отверстие определяют по формулам для рас-
чета отверстий малых мостов, так как значение выходной скорости
в этом случае увеличивается по сравнению с табличным.
Полунапорный режим протекания воды наблюдается, когда
вход в трубу затоплен, но труба не работает полным сечением.
Глубина воды на выходе устанавливается равной ейтр (е — коэф-
фициент сжатия, равный 0,60 для 'прямоугольных и 0,65 для круг-
лых труб). В трубах с необтекаемыми оголовками полунапорный
режим может наблюдаться при /7>1,2йтр. Напорный режим ус-
танавливается в трубах с обтекаемыми оголовками при /7>1,4йтр.
81
При этом обтекаемые оголовки обеспечивают работу трубы пол-
ным сечением, а в необтекаемых возможно образование вакуума.
Для сохранения в трубе постоянной скорости течения воды
уклон лотка должен быть равен критическому. Для круглых труб
при d^l.25 м (где d — диаметр трубы) критический уклон <1(р=
= 0,007, при d> 1,5 м 1кр=0,006. Для прямоугольных труб отверсти-
ем Ь=( 1-е-1,25) м 0,009, три b=(l,5-j-2) м гкр=0,008, при
Ь=3 м <|(р=0,007. Высоту насыпи в месте расположения безнапор-
ной трубы назначают исходя из следующего условия:
WHac > Лтр-1-Л' -1- А >
где Лтр —высота отверстия трубы;
1г — толщина верхнего перекрытия (стенки) трубы;
А — наименьшая глубина грунтовой засыпки над трубой, которую прини-
мают для труб на железных дорогах равной 1 м, 4<а автомобильных
и городских — 0,5 м.
Кроме того, должно быть соблюдено и другое условие—наи-
меньшее расстояние от подпертого уровня воды у входного оголов-
ка трубы до бровки земляного полотна должно быть не меньшее
0,5 м, т. е. 7/цяс^Д+0,5 м. Длина трубы при постоянной крутизне
откосов насыпи
L-— B-|-2zn (Нняс—ЛтР Л')-|-с,
где В — ширина земляного полотна;
т — коэффициент заложения откоса насыпи;
с — выход концов трубы за пределы откоса насыпи.
По скорости течения воды подбирают вид укрепления русла и
откосов насыпей. Чаще всего укрепление принимают из бетонных
плит на песчаном или щебеночном основании или каменное моще-
ние. На выходе, где вода вытекает с большой скоростью, укрепле-
ние должно быть усилено. Вслед за бетонными плитами нужно
дать двойное мощение или рисбермы вперед и в стороны на рас-
стояние 2—2,5 значения скорости. Откосы насыпей укрепляют за
пределами конусов на 2—3 м, а по высоте—не менее 0,25 м выше
подпертого уровня воды.
Пример 1. Необходимо подобрать отверстие круглой типовой трубы, нахо-
дящейся па автомобильной дороге II категории, при возможной вероятности
превышения расхода 2 %, т. е. 1 раз в 50 лет, и расходе <2бо=4 мэ/с.
По условиям проектирования продольного профиля дороги //нас =2,52 м,
расстояние от бровки насыпи до подпертого уровня воды должно быть не мень-
ше 0,5 м. Следовательно, наибольшая глубина воды перед сооружением может
быть 2,52—0,5=2,02 м. По таблице пропускной способности круглых труб для
<2=4 м3/с подбираем варианты размеров типовых труб:
1) круглая труба диаметром <1=1,5 м с необтекаемыми оголовками при
подпоре //=1,75 м и скорости течения воды о=3,1 м/с. Здесь получим И :</=
= 1,75:1,5=1,16, что меньше 1,2, следовательно, труба будет работать по без-
напорному режиму;
2) круглая труба <1=1,25 м с обтекаемыми оголовками при 77=1,6 м и
о=3.1 м/с, //.‘<1=1,6:1,5=1,006<1,4, следовательно, режим работы трубы
тоже безнапорный;
82
d,M
-5.0
-4.0
-3.0
“2,0
-1,5^
-1.25
-7,0
-0 75
- 0,50
Г- 3000
- 200,0
- 750.0
- 100,0
ню
[- 5.0
-5.0 :6.0 -6.0
-5.0 -5.0
7 4,/7
-k.0 -^.0
'-3.0
-з.о -3.0
5 ~ 2J0 ~ 1-в . $ '2fi I -2.0
Г §
-1,6 .11
V? -/.5 V? • 1
5Э - /.♦ g -V 1 -7.5 g I -7fi
i § - 1.2 I
1 £ -/.> i -7.2
-1.0 -1» s -7.7
е; -Ofi § -0.3 5 -7.0
£ - 0.8 -ojb | -0.3
- 0.7 -07 & -0.8
-0.7
- 0.6 - Ofi
-06
- 0.5 - П5
-0.5
-0^ - /74
-Ofi
~ 0.3
-0.3
г #
-5,0
-4,о
'~3.0
Рис. 3.23. Номограмма для определения подпертой глубины воды перед круг-
лыми трубами
3) круглая труба d=l,25 м с обтекаемыми оголовками при //=1,84 м и
о=3,20 м/с, Н: а=1,84 :1,25=1,47>1,4. Здесь режим работы трубы напорный.
Из трех вариантов трубы, удовлетворяющих предельному зна-
чению воды перед сооружением, оптимальный вариант выбирают
на основе технико-экономического сравнения. Для принятого ва-
83
риапта трубы по известной скорости течения воды назначают вид
укрепления русла и откосов насыпи.
В настоящее время подбор сечения труб и определение подпер-
той глубины рекомендуют вести по номограммам. При определении
пропускной способности но номограммам, если режим протека-
ния воды в трубе заранее неизвестен, отсчет сначала берут
по шкале Q для безнапорного режима, а в случае применения
раструбных оголовков необходимо учитывать угол раструбпостн
оголовка ctp (рис. 3.23).
Пример 2. Необходимо определить по номограмме подпертую глубину пе-
ред круглой трубой. Круглая труба d=l,5 м, расход воды Q=2,5 м’/с, вход-
ной оголовок — раструбный с углом раструбности ар=30°. Для определения
подпертой глубины и режима работы трубы па номограмме (см. рис. 3.23) сое-
диняют прямой деление 1,5 шкалы d с делением 2,5 шкалы Q при безнапорном
режиме и продолжают эту линию до пересечения со шкалой Н: d для раструб-
ных оголовков при аР=204-45 °. Находят Н: </=0,52^1,2. Следовательно, ре-
жим установлен правильно. Величина подпертой глубины //=0,52-1,5=0,78 м.
Если же H:d окажется >1,2, то расчет повторяется по шкале Q для условий
полупапорного режима.
3.7. Расчет отверстия малых мостов
Малые мосты работают в условиях, аналогичных с безнапор-
ными трубами. В зависимости от уровня воды за сооружением,
т. е. в отводящем русле, где глубину ее называют бытовой глуби-
ной, можно наблюдать два режима потока под мостом:
1) свободное протекание—истечение через незатопленный во-
дослив с широким порогом. В этом случае уровень воды за соору-
жением не влияет на положение уровня в сооружении, который
соответствует критической глубине hKp, и должно быть соблюдено
условие A6^I,3/iKp (рис. 3.24, а);
2) несвободное протекание — истечение через затопленный во-
дослив с широким порогом (рис. 3.24, б). В этом случае глубина
в сооружении равна бытовой глубине и соблюдается условие
1,3/гкр.
Гидравлический расчет малых мостов выполняют в следующем
порядке: 1) определяют расчетный расход воды по собранным
данным при изысканиях: 2) измеряют бытовую глубину протека-
Рис. 3.24. Схема протекания воды в малых мостах
84
Таблица 3.2
Формя устоя
Обсыпной с конусами
С откосными крыльями
Выступающий из конуса
ния воды при расчетном расходе; 3) назначают допускаемую ско-
рость течения воды в сооружении; 4) определяют отверстие моста
с округлением его до ближайшего большого размера отверстия
по данным типовых проектов сооружения; 5) находят глубину
подпертого горизонта перед сооружением и высоту бровки полот-
на; 6) устанавливают уклон русла в сооружении.
Бытовую глубину потока при известном поперечном сечении
русла, продольном уклоне и коэффициенте шероховатости опреде-
ляют путем последовательного назначения величин ha и вычисле-
ния Q, который сравнивают с расчетным расходом. Если Q отли-
чается не более чем на 5% от расчетного расхода, то йе назначе-
на верно. Затем выясняют, оставлять ли русло под мостом и на
выходе без укрепления или же предусмотреть какое-либо креп-
ление. Укрепление русла позволяет повысить допускаемую ско-
рость, а следовательно, уменьшить отверстие и сократить стои-
мость моста. Значения допускаемых скоростей берут из соответ-
ствующих таблиц, а затем находят отверстие моста L и подпертую
глубину Н потока. Отверстие моста при свободном протекании
потока считают по свободной поверхности воды в сооружении за
вычетом толщины промежуточных опор в многопролетных мостах,
а отверстие моста при несвободном протекании — по средней ли-
нии, т. е. на уровне половины значения ha.
При свободном протекании:
где g — ускорение свободного
9,81 м/с2;
Q — расчетный расход, м8/с;
е и <р — соответственно коэффициенты сжатия и скорости, принимаемые по
• табл. 3.2.
При несвободном протекании:
Типовые малые мосты применительно к унифицированным
полным размерам пролетных строений имеют длины 3, 6, 9, 12, 15
и 18 м. Положение подошвы рельса железнодорожных мостов и
проезжей части автодорожных и городских мостов зависит от
строительной высоты пролетных строений, а также от размера
свободного пространства между уровнем подпертой воды и низом
пролетного строения.
Пример. Расчетный период Q=18,5 м3/с, устой — обсыпной с конусами,
бытовая глубина Лс=1,1 м, допускаемая скорость ол«п=3,0 м/с, ускорение
g=9,81 м/с*. Нужно определить отверстие малого моста.
Критическая глубина воды под мостом
1,ЗйК1,= 1,3-0,92= 1,2>Л= 1,1
режимом протекания.
Отверстие моста
Чоп‘
м, следовательно, поток будет со свободным
9,81-18,5
0,9-3s
7,46 м.
Размер отверстия, округленный до размера пролета в свету, равен 8 м, что
соответствует типовому пролетному строению с полной длиной 9 м. Глубина во-
ды перед сооружением
о.и(| ; т-±5Г)„|.ет«
Строительная нысота принятого пролетного строения равна 0,6 м, а рас-
стояние от низа пролетного строения до подпертого уровня для мостов на ав-
томобильных дорогах но СНиП 2.05.03-84 — 0,5 м. Таким образом, возвышение
уровня проезжей части над укрепленным дном должно быть нс меньше Ht, т. е.
Hi = 1,57 =0,5 =0,6= 2,67 м.
Эта высота должна быть увязана с продольным профилем участка авто-
мобильной дороги. Укрепление русла можно принять в виде каменного мощения
из булыжника размером 15—20 см на щебне.
Вопросы для самопроверки по гл. 3
I. Какие основные элементы и уровни воды различают на водных потоках?
2. Какие данные необходимы для определения живого сечения искусствен-
ного сооружения?
3. Что такое расход водного потока и нормы вероятности его появления,
учитываемые при расчете сооружения?
4. Какие данные выявляют при камеральных и полевых изысканиях мосто-
вых переходов?
5. В чем сущность гидравлического расчета отверстия среднего и большого
мостов?
6. Каков порядок назначения схемы среднего н большого мостов?
7. Как выбрать оптимальную схему моста?
8. Какие основные условия выбора типа малых сооружений?
9. В чем сущность гидравлического расчета труб?
10. В чем отличие гидравлического расчета трубы и малого моста?
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ
Глава 4
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТАХ
4.1. Общие данные
Железобетон представляет собой материал, состоящий из бе-
тона и стали, работающих совместно. Бетон хорошо работает на
сжатие и плохо па растяжение, поэтому сталь (арматуру) разме-
щают в бетоне так, чтобы она воспринимала растягивающие
усилия.
Благодаря хорошему сцеплению между бетоном и стальной
арматурой, а также почти одинаковым коэффициентам их темпе-
ратурного расширения железобетонные элементы в виде плит, ба-
лок, стоек, рам, арок хорошо работают в строительных конструк-
циях. Кроме того, стальная арматура, находясь в бетоне, не под-
вергается ржавлению. В современных конструкциях железобетон-
ных мостов применяют два вида армирования. Стержни арматуры
могут быть установлены в бетой без придания им начальных уси-
лий. Эту арматуру называют ненапрягаемой, а железобетон с
ней — железобетоном с ненапрягаемой арматурой (или обычным
железобетоном). Арматура может быть подвергнута начальному
натяжению и в таком виде установлена в железобетонную кон-
струкцию для создания обжатия бетона реактивными усилиями
натянутой арматуры. Такую арматуру называют напрягаемой, а
железобетон с этой арматурой — предварительно напряженным.
В железобетонных конструкциях с ненапрягаемой арматурой
бетон в растянутой зоне сечения обычно испытывает напряжения,
значительно превышающие его предел прочности па растяжение.
Это влечет за собой появление мелких трещин. Возможное рас-
крытие трещин проверяют расчетом и ограничивают до пределов,
не представляющих опасности с точки зрения коррозии арматуры
87
Рис. 4.1. Схемы создания предварительного напряжения:
« — натяжение на бетон; б — натяжение на упоры
и бетона. Это является причиной невозможности использования в
обычном железобетоне арматуры с высоким (более 300 МПа) рас-
четным сопротивлением. Использование в конструкциях более
прочной арматуры без создания предварительного напряжения
оказывается малоцелесообразным нз-за возникновения под дей-
ствием нагрузки трещин недопустимого раскрытия.
Известны два технологических способа обжатия — натяжение
высокопрочной арматуры на уже затвердевший бетон и натяже-
ние на специальные упоры до бетонирования конструкции
(рис. 4.1). При натяжении на бетон элемент вначале изготовляют
без предварительного напряжения с укладкой напрягаемой арма-
туры в открытые или закрытые каналы, устроенные в конструк-
ции. При натяжении домкратами, упирающимися в торец бетона,
арматура удлиняется, в ней возникают растягивающие напряже-
ния стр, а в бетоне сжимающие авх.
Вытяжку арматуры фиксируют до снятия домкратов путем
подкладки под анкерные устройства арматуры шайб или другим
способом. При натяжении на упоры (стенды) высокопрочную ар-
матуру сначала до бетонирования вытягивают до напряжения оР
с передачей усилия, действующего в арматуре, на жесткие упоры,
расположенные вне изготовляемой конструкции. По окончании бе-
тонирования и твердения бетона конструкции арматуру освобож-
дают от упоров. Предварительно растянутая, она стремится упру-
го сократиться по длине, но из-за наличия анкеров и сцепления
между арматурой и затвердевшим бетоном происходит сжатие
бетона Овх-
В изгибаемых элементах предварительное напряжение создают
в сечении элемента внецентренпым сжатием. Для этого напрягае-
те
мую арматуру располагают в растянутой зоне (от будущих нагру-
зок), где и создают предварительное напряжение (сжатие бето-
на). В результате создания предварительного напряжения в сече-
нии элемента возникает изгибающий момент от растянутой арма
туры, который создает прогиб, обратный прогибу от полной
внешней нагрузки.
Ввиду использования высокопрочных арматурных сталей пред-
папряженпые конструкции требуют в 1,5—2 раза меньше расхода
металла, чем ненапрягаемые. Применяя в них бетон высоких клас-
сов (обычно В25 и выше), можно снизить расход бетона на
10—15%.
Мосты из преднапряженного железобетона при прочих равных
условиях обладают большей жесткостью. Однако изготовление их
конструкций сложнее, требует специальных обустройств и квали-
фицированного персонала. Исходя из этого изготовление этих кон-
струкций обычно сосредоточивают на заводах или специализиро-
ванных базах и полигонах.
Учитывая большую ответственность и тяжелые условия эк-
сплуатации железобетонных'7 мостов в других искусственных со-
оружений, к качеству и свойствам применяемых для них материа-
лов—бетону и арматуре—предъявляют высокие требования.
4.2. Железобетон как материал для искусственных сооружений
При строительстве мостов и других искусственных сооружений
применяют бет\он на портландцементе, сульфатостойком порт-
ландцементе, глиноземистом цементе и др. Портландцемент наибо-
лее употребителен для ответственных сооружений. Сульфатостой-
кий портландцемент и глиноземистый цемент применяют в конст-
рукциях, которые будут подвергаться действию морской, минерали-
зованной и болотной воды или другим агрессивным химическим
воздействиям, вредно влияющим на бетон, с портландцементом.
Шлаковые и пуццолановые портландцементы имеют повышенную
водостойкость и их используют преимущественно для частей со-
оружения, находящихся под водой. Бетой, изготовленный из этих
цементов, обладает пониженной морозостойкостью. Быстротвер-
деющий портландцемент применяют в тех случаях, когда требу-
ется ускорение твердения бетона.
Качество цемента определяется его маркой или так называе-
мой активностью. Активность (марка) цемента — это предел проч-
ности на сжатие кубика из цементного раствора в возрасте 28сут.
В мостах обычно применяют цементы с активностью от 30 до
60 МПа.
Бетон конструкций мостов подбирают в зависимости от тре-
буемых условий прочности, морозостойкости и в некоторых слу-
89
чаях водостойкости и водонепроницаемости конструкций. При этом
должны учитываться размеры, долговечность и значение сооруже-
ния, а также условия его работы.
Весьма важным для достижения требуемых характеристик бе-
тона является качество заполнителей бетонной смеси — песка,
гравия, щебня. Они должны соответствовать установленным для
мостовых конструкций требованиям по прочности, крупности
составляющих их фракции (гранулометрическому составу), отсут-
ствию вредных примесей и др.
Наибольшее влияние па прочность и плотность бетона оказы-
вает количество и активность цемента, а также отношение массы
воды к массе цемента, называемое водо-цементным отношением
(В/Ц).
Активность применяемого цемента обычно в 1,3—1,8 раза бо-
лее кубиковой прочности бетона. Расход цемента на 1 м3 бетона
должен быть не менее 250 кг, а в конструкциях, соприкасающихся
с водой, — не менее 270 кг. Излишнее количество цемента может
вредно влиять на бетон, вызывая большие деформации ползуче-
сти и усадки, и быть причиной образования в нем трещин. Поэто-
му в конструкциях мостов не допускают расхода цемента более
450 кг/м3. Увеличение водо-цементного отношения уменьшает
прочность бетона, поэтому следует уменьшать количество воды
для его затворения. Однако при малом количестве воды бетонная
смесь получается жесткой и ее укладка и уплотнение затрудня-
ются. Для мостов применяют обычно смеси с водо-цементным
отношением не более 0,4—0,5. При уплотнении длительным вибри-
рованием могут применяться жесткие смеси с В/Ц=0,3. Увеличе-
ние пластичности (подвижности) бетонной смеси, требующееся
для лучшего заполнения опалубочных форм, достигается введе-
нием в смесь специальных веществ, называемых пластификатора-
ми, или применением пластифицированного цемента, что позволя-
ет избежать нежелательного увеличения количества воды в бе-
тонной смеси.
В мостах применяют бетопы классов В20, В22.5, В25, В27,
ВЗО, В35, В40, В45, В50, В55 и В60. В зависимости от вида кон-
струкций, их армирования и условий работы класс бетона прини-
мают в соответствии с требованиями, приведенными в табл. 4.1.
Класс бетона устанавливается на основании прочности на
сжатие кубиков размером 15X15X15 см в возрасте 28 сут при
хранении их в условиях, аналогичных условиям твердения изго-
товляемых конструкций (кубиковая прочность).
Кубиковая прочность бетона на сжатие является условной
характеристикой прочности бетона. Более близкой к действитель-
ным условиям работы конструкций является оценка прочности по
результатам испытания на сжатие бетонных образцов в виде
призм, имеющих высоту не менее 3,5-кратного поперечного раз-
90
Таблица 4.1
Виды конструкции, армирование и условии работы Бетон класса по прочности на сжатие не ниже
Бетонные конструкции Железобетонные конструкции с ненапрягаемой арматурой: В20
а) при расположении в надземных частях сооружения В22.5
б) при расположении в подземных частях сооружения, а также во внутренних полостях сборно-монолитных опор Предварительно напряженные конструкции: а) без анкеров: при стержневой арматуре классов: В20
А-IV и Ат-IV В25
A-V и At-V ВЗО
Ат-VI В35
при проволочной арматуре из одиночных проволок или из одиночных арматурных канатов б) с анкерами: В35
при проволочной арматуре из одиночных проволок или из одиночных арматурных канатов В25
при пучках арматурных или стальных канатов Блоки облицовки опор на реках с ледоходом пр-' располо- жении мостов в районах со средней температурой наружного воздуха наиболее холодной пятидневки: В35
минус 40 °C и выше В35
ниже минус 40 °C В45
мера. Предел прочности таких образцов называется призменной
прочностью бетона, составляющей для тяжелого бетона 70—80%
его кубиковой прочности. Прочность бетона при растяжении не-
велика и обычно в 10—15 раз меньше его кубиковой прочности
при сжатии. На скалывание (срез) бетон работает лучше, чем на
растяжение. Предел прочности на скалывание примерно в 2,5 раза
больше предела прочности на растяжение.
Прочность бетона в момент его обжатия предварительно на-
пряженной арматурой должна быть не менее 30 МПа независимо
от класса бетона, принятого для конструкции.
Проектная марка бетона по морозостойкости F соответствует
числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, после
которых его прочность на сжатие снижается не более чем па
Ю—15%.
Марки бетона по морозостойкости F для разных видов мостов
и труб в зависимости от режима их эксплуатации и климатиче-
ских условий района строительства принимают по табл. 4.2.
Важным средством для повышения морозостойкости и улучше-
ния структуры бетона является применение комплексных доба-
вок—пластифицирующих и воздухововлекающих.
91
Таблица 4.2
Марка бетона по морозостойкости Г для элементов конструкции
Климатические условия
района строительства,
характеризуемые
среднемесячной
температурой наружного
воздуха наиболее
холодного месяца
в надводной и под-
земной. а также в
надземной пезнтоп-
ляемых зонах
в зоне переменного уровня воды
Бетонные массивные
Железобе-
тонные и
тонкостен-
ные бетои-
иые(толо1и-
цой менее
0.5 м)
Бетонные
массивные
Железо-
бетонные
стенные
бетонные
Кладка
тела опор
(бетон на-
ружной
Кладка
заполнении
при блоках
облицовки
внутренней
облицовки
Умеренные — минус 10 °C и выше 200 100 200 100 100 -
Суровые — ниже ми- нус 10 до минус 20°С 200 100 200 200 100 300
Особо суровые — ниже минус 20 °C 300 200 300 300 200 400
Проектная марка бетона по водонепроницаемости W соответ-
ствует давлению воды, при котором еще не наблюдается ее про-
сачивание через образец бетона в возрасте 28 сут, испытанного
по специальному режиму.
Элементы и части конструкции железобетонных мостов и труб
изготавливают из бетона, имеющего марки по водонепроницаемо-
сти не ниже:
—в подводных и подземных конструкциях;
We — в водопропускных трубах, в элементах крепления русл
и конусов насыпей, в берегоукрепительных и регуляционных со-
оружениях, в элементах проезжей части и переходных плитах и в
блоках облицовки опор, эксплуатируемых в районах со средней
температурой наружного воздуха наиболее холодной пятидневки
минус 40 °C и выше;
W6 — в блоках облицовки опор, эксплуатируемых в районах
со средней температурой наружного воздуха наиболее холодной
пятидневки ниже минус 40 °C.
Конструкции мостов возводят из тяжелого бетона со средней
плотностью 2300 кг/м3 с заполнителями из песка и щебня или
гравия прочных естественных пород. Средняя плотность железо-
бетона зависит от насыщения бетона стальной арматурой и может
определяться как 23-f-49p, где и— коэффициент армирования.
Средняя плотность железобетона составляет около 2450 кг/м3.
Допускается применение по специальным нормам легкого бетона
с заполнителем из керамзита или других материалов; средняя
плотность таких бетонов составляет около 1800 кг/м3.
Бетон представляет собой материал, не подчиняющийся про-
стейшим законам упругости. Так, модуль упругости бетона умень-
92
шается с увеличением напряжений. Модули упругости на сжатие
и растяжение различны, а значение их зависит от класса бетона,,
возрастая с повышением класса. Так как прочность бетона увели-
чивается с течением времени, модуль упругости зависит и от воз-
раста бетона.
При твердении бетона конструкции в естественных условиях
(при отсутствии опытных данных) следует принимать следующие
значения модулей упругости бетона:
Lb-10~3, МПя
В20 ........... 27 В40
В22.5 ........... 28,5 В45
В25 ............. 30.0 В50
В27.5............ 3J.5 В55
ВЗО . . 32,5 В60
В35 ............. 34,5
£ft10-3, МПя
36,0
37,5
39,0
39,5
40,0
Значение модулей упругости Еь следует уменьшать на 10 %
для бетона, подвергнутого тспловлажностной обработке, а также
для бетона, работающего в условиях попеременного заморажива-
ния и оттаивания; на 15% — для бетона конструкций, нс защи-
щенных от солнечной радиации в климатическом подрайоне IVA
по СНиП 2.01.01-82.
Коэффициент линейного расширения бетона и арматуры счита-
ется одинаковым и равным 0,00001 1/град.
При твердении бетона изменяется его объем. На воздухе объем
уменьшается — происходит усадка бетона, а в воде набухает.
Усадка бетона тем больше, чем больше содержание в нем цемен-
та. Применение быстротвердеющих и высокопрочных цементов
отечественного производства увеличивает усадку. Увлажнение
твердеющего бетона уменьшает усадку благодаря замедлению
высыхания его поверхности. Усадка происходит наиболее сильно
в течение первого года с момента твердения бетона, в дальнейшем
ее нарастание постепенно приостанавливается. При свободном
развитии усадки конечный размер укорочения бетона может до-
стигать 0,0003—0,0004. Арматура задерживает развитие усадки,
причем в арматуре возникают сжимающие напряжения, а в бето-
не— растягивающие. Эти напряжения могут вызвать в бетоне
трещины, которые называют усадочными.
Кроме усадки, в бетоне под влиянием длительно действующих
нагрузок возникают неупругие деформации — ползучесть. Де-
формации ползучести тем больше, чем дольше действует нагрузка
и чем выше напряжения в бетоне.
Деформации ползучести нарастают наиболее интенсивно в те-
чение одного-двух лет с момента загружения бетона длительно
действующей нагрузкой. В дальнейшем ползучесть постепенно
приостанавливается. Полная относительная деформация нолзучс-
93
сти бетона через три-четыре года может достигать 1,5<т (<т — дли-
тельно действующее напряжение в бетоне в паскалях). С увели-
чением прочности бетона, уменьшением содержания в нем цемента
и водо-цементного отношения ползучесть бетона уменьшается.
Арматура железобетонных конструкций препятствует свобод-
ному развитию ползучести. В результате этого происходит пере-
распределение усилий между бетоном и арматурой, приводящее
к дополнительному сжатию (потере предварительного напряже-
ния) арматуры и растяжению бетона.
Деформации ползучести могут заметно увеличить прогиб кон-
струкции.
Важной составной частью железобетонных конструкций явля-
ется арматура, предназначаемая для восприятия вместе с бе-
тоном внутренних усилий, развивающихся в элементах под дей-
ствием нагрузки. Кроме стержней рабочей арматуры, количество,
сечения и расположение которых устанавливаются расчетом, в
конструкции используется монтажная арматура, необходимая для
формирования арматурного каркаса и надежного закрепления
рабочей арматуры в проектном положении.
В железобетонных местах в качестве арматуры в зависимости
от условий работы элементов конструкций и средней температуры
наружного воздуха наиболее холодной пятидневки в районе строи-
тельства применяют различные виды стали (см. табл. 5.6).
Горячекатаные круглые стержни прокатывают из углеродистой
мартеновской н кислородно-конверторной стали. Горячекатаные
стержни периодического профиля имеют поверхность со специаль-
ными выступами, увеличивающими ее сцепление с бетоном. Луч-
шая сталь с бетоном дает возможность допускать в арматуре
большие растягивающие напряжения без опасности растрескива-
ния окружающего бетона. Поэтому арматуру периодического про-
филя прокатывают из более прочной углеродистой стали.
Длина стержней диаметром более 12 мм обычно составляет
6—12 м (до 18 м). Более тонкая арматура поступает в мотках
большой длины.
Стержни классов от A-I до A-IV применяют в конструкциях
без предварительного напряжения бетона. Стержни классов A-IV.
A-V, Ат-IV, At-V, At-VI, высокопрочную проволоку, пряди и ка-
наты применяют в предварительно напряженных конструкциях.
В качестве конструктивной арматуры при всех условиях при-
меняют арматурную сталь классов A-I и А-П всех указанных
выше марок, а также гладкую арматурную проволоку класса В-1
и периодического профиля класса Вр-1.
Плотность стальной арматуры составляет 7,85 т/м3.
Арматуру в железобетонных конструкциях устанавливают та-
ким образом, чтобы обеспечить хорошее сцепление с окружающим
бетоном и надежную ее защиту от внешних воздействий. Исходя
94
Рис. 4.2. Сварные стыки арматуры:
<1 — крюки арматуры; б — контактный стык; е — ванный стык на удлиненной подкладке;
г — стык на парных накладках;
I — наплывы металла после сварки; 2 — подкладка ванны; 3 — стыковая накладка;
из этих условий, а также из требований хорошей укладки бетон-
ной смеси расстояние в свету между отдельными напряженными
стержнями или их пучками должно быть не менее 5 см, защитный
наружный слой — от 2 до 4 см. Для надежного закрепления в бе-
гоне концов растянутые стержни из гладкой арматуры снабжают
полукруглыми крюками, а стержни периодического профиля —
прямыми (рис. 4.2, а). Перегибы арматуры выполняют по дуге
круга радиусом не менее 10 диаметров ее для гладких стержней
класса A-I и радиусом 12 диаметров для стержней периодического
профиля.
95
Стержни рабочей арматуры стыкуют, как правило, с помощью
электросварки. Лучший способ стыкования стержней — контакт-
ная электросварка методом оплавления (рис. 4.2, б). При этом в
месте стыка после сварки стержней образуется валик, который
рекомендуется удалять наждачным кругом для повышения сопро-
тивления стержней на выносливость. Стержни арматуры диамет-
ром 20 мм и больше в монтажных условиях соединяют ванной
сваркой (рис. 4.2, в). Для стержней меньшего диаметра, а также
в отдельных случаях для стержней диаметром более 20 мм допус-
кают стыкование арматуры при помощи электродуговой сварки
встык с накладками при односторонних или двусторонних швах
(рис. 4.2, г). Во внецентренно сжатых и внецентренно растянутых
элементах стержни периодического профиля диаметром до 36 мм
и гладкие с полукруглыми крюками допускается стыковать вна-
хлестку. Длину ls нахлестки (перепуска) стержней из стали А-П
и Ас-П принимают не менее 30d при классах бетопа В20—В27.5
и 25d — при классах бетона ВЗО и выше (d— диаметр стыкуемых
стержней). Для стержней из стали классов A-I и А-1П длину
нахлестки 1К соответственно увеличивают на 4d.
4.3. Основные виды железобетонных мостов на железных дорогах
Железобетонные конструкции в современных условиях строи-
тельства мостов в СССР имеют большое значение. Широкое рас-
пространение получили железобетонные мосты и в зарубежной
практике строительства.
Мосты из железобетона обладают рядом достоинств. На них
расходуется значительно меньше металла по сравнению с метал
лическими мостами. Они могут иметь любую требуемую форму,
позволяют монолитно соединять друг с другом отдельные элемен-
ты сборных конструкций.
Преобладающее большинство железобетонных мостов в СССР
в настоящее время строят с широким применением сборных коп
струкций, изготавливаемых на заводах, базах или строительных
площадках. В связи с условиями транспортирования и моптаж.1
иногда возникает необходимость членения конструкции на эле-
менты. При этом размеры и масса блоков зависят как от грузо
подъемности транспортных и монтажных средств, так и от уело
вий их перевозки.
Наряду со сборными применяют и монолитные конструкции,
особенно в тех случаях, когда это оправдано производственными
условиями и экономическими соображениями, например отсутсг
вием дорог для подвоза элементов сборных конструкций, неудоб
ством членения па мелкие элементы, наличием на месте хороших
материалов или особенностями конструкций моста. Снижение
96
TT TV-----------ТТ ТТ ~Р~ V-------------
77r777/t '/////'t *7777777 *7777.
Рис. 4.3. Балочные системы железобетонных пролетных строений и эпюры изги-
бающих моментов
трудоемкости и сроков строительства таких сооружений можно
получить применением инвентарных подмостей и опалубки, ком-
плексной механизацией всех видов работ.
Конструкции железобетонных мостов в значительной степени
зависят от выбранной системы (статической схемы) сооружения.
Наибольшее распространение для железнодорожных мостов полу-
чили балочные разрезные и неразрезные системы. Реже применя-
ют рамные и арочные системы.
Преимущества балочных пролетных строений — возможность
их осуществления в сборных конструкциях с изготовлением круп-
ных блоков на заводах, относительная простота монтажа. Про-
стейшие балочные мосты с плитными пролетными строениями
обычно имеют пролеты 3—16 м.
Балочные разрезные системы (рис. 4.3, а) в железнодорожных
мостах используют для перекрытия пролетов от 6 до 33 м. Концы
балок опираются на подвижную и неподвижную опорные части,
в результате чего при вертикальных нагрузках балка передает на
опоры только вертикальные реакции. Балочные разрезные мосты
характерны однозначной эпюрой изгибающих моментов Л1. Не-
разрезные балочные мосты (рис. 4.3, б) применяют при достаточ-
но прочных грунтах в основании опор. Эпюра моментов М в балке
двузначная с отрицательными участками над промежуточными
опорами, вследствие чего абсолютные значения наибольших мо-
ментов в балке меньше, чем в разрезной. Осадка опор может
вызвать в неразрезных балках дополнительные усилия.
97
4.4. Основные виды железобетонных мостов на автомобильных
дорогах
В настоящее время в СССР мосты на автомобильных дорогах
и транспортные сооружения строят преимущественно из сборных
конструкций. При этом к городским мостам и транспортным со-
оружениям (путепроводам и эстакадам) предъявляют повышенные
архитектурные требования.
Наибольшее распространение для мостов под автомобильное
движение и для транспортных сооружений получили балочные
разрезные (см. рис. 4.3, а) и неразрезные (см. рис. 4.3, б), а так-
же консольные системы мостов.
В консольных системах (рис. 4.3, в) благодаря статической
определимости осадки опор не вызывают дополнительных усилий
в пролетных строениях. Подвесные пролетные строения пролетом
/, в консольно-балочных пролетных строениях опираются на кон-
соли /2 основных пролетных строений. По распределению усилий
консольные системы близки к неразрезным, одпако имеют мень-
шую жесткость и под нагрузкой дают переломы линии прогиба
в местах сопряжения подвесных пролетных строений с консолями.
В мостах с разрезными пролетными строениями с целью умень-
шения количества швов между концами соседних пролетов, вызы-
вающих толчки и удары в проезжающих автомобилях, часто при-
меняют температурно-неразрезные конструкции (рис. 4.3, г). Тем-
пературно-неразрезные конструкции состоят из разрезных ребрис-
тых балок, плита проезжей части которых соединяется над проме-
жуточными опорами в единую неразрезную конструкцию. На по-
стоянные и временные нагрузки такие балки работают как раз-
резные, а па воздействие изменений температуры — как нераз-
резные.
Рамные системы (рис. 4.4, а) применяют при 1=304-60 м. Они
характерны тем, что в стойках рам возникают изгибающие момен-
ты и, работая на изгиб, стойки разгружают ригель, уменьшая его
высоту. Получили распространение рамные мосты с наклонными
стойками (рис. 4.4, б).
Для ряда крупных мостов с пролетами до 148 м нашли приме-
нение рамно-балочные системы (рис. 4.4, в), представляющие
собой сочетание Т-образных рам и подвесных пролетных строений,
шарпирно опертых на консоли рам. Опоры рам под действием
вертикальной нагрузки передают на основание вертикальную силу
и изгибающий момент. В ригелях рам возникают только отрица-
тельные изгибающие моменты, а в подвесных разрезных пролет-
ных строениях — только положительные. Разновидностью рамной
системы является конструкция из Т-образных рам, шарнирно
соединенных между собой (рис. 4.4, г). Такие рамы применяют
для пролетов от 60 до 160 м. В отличие от предыдущей системы
98
Рлс. 4.4. Рамные, рамно-балочная и
рамно-консольная системы железобе-
тонных мостов и эпюры изгибающих
моментов
опоры передают на основание еще и горизонтальную силу. В по-
следнее время эту систему применяют без устройства шарнира
в замке, что исключает перелом линии прогиба под нагрузкой.
При прочных грунтах в основании опор иногда оказываются
целесообразными арочные системы. Арки железобетонных мостов,
осуществляемые бесшарнирными, двухшарнирными (рис. 4.5, а)
и трехшарнирными, могут перекрывать пролеты от 50 до 200—
300 м, но требуют развития фундаментов, воспринимающих на-
клонные опорные реакции арок и передающих их через фунда-
менты на грунт. Арки работают в основном на сжатие. Надароч-
ное строение состоит из балок проезжей части и сжатых стоек.
В СССР построено несколько мостов консольно-арочной систс-
99
мы (рис. 4.5, б), каждый пролет I которой состоит из двух полу-
арок, связанных верхней затяжкой, расположенной в уровне про-
езжей части. В этой системе на опору передаются большей частью
вертикальные усилия при значительно уменьшенных горизонталь-
ных составляющих опорных реакций. Пролеты таких систем 90—
120 м.
Вантовые системы (рис. 4.5, в) представляют собой неразрез-
ные железобетонные балки, поддерживаемые наклонными ванта-
ми, закрепляемыми на вершинах пилонов опор. Ванты, восприни-
мающие только растягивающие усилия, создают дополнительные
опоры для балки, что облегчает ее работу. Пролеты мостов такой
системы могут быть от 50 до 300 м.
В отдельных случаях применяют и другие системы железобе-
тонных мостов.
4.5. Требования к материалам и конструкциям в районах
с суровым климатом
Климатические условия района строительства мостов, харак-
теризуемые среднемесячной температурой наружного воздуха наи-
более холодного месяца ниже минус 10 до 20 °C, считают суровы-
ми, а для температуры ниже минус 20 °C — особо суровыми.
При строительстве железобетонных мостов в таких условиях
к материалам и конструкциям предъявляют дополнительные тре-
бования. Для несущих конструкций мостов, эксплуатируемых в
суровых и особо суровых условиях, применяют обычно тяжелый
Таблица 4.3
cXCH Марки Диаметр стержни. Область и услонин применении
A-I ВСтЗсп2 6-ю Для применения в качестве хомутов
ВСтЗпс2 ВстЗГпс2 Для применения только в вязаных кар- касах и сетках
Ас-11 10ГТ Ю—32 Без ограничений
A-II 18Г2С 40—80 В конструкциях, рассчитываемых на вы- носливость, только в вязаных каркасах и сетках
А-П1 25Г2С 6—40 Только в вязаных каркасах и сетках
100
бетон. Проектная марка бетона по морозостойкости должна со-
ответствовать данным табл. 4.2. Для приготовления бетона при-
меняют портландцемент, портландцемент с минеральными добав-
ками и сульфатостойкий с минеральными добавками. Для кон-
струкций, выполняемых из бетона с маркой по морозостойкости
7'^300, обязательно применяют комплексные добавки.
Для приготовления бетона применяют фракционированный ще-
бень, изготавливаемый, как правило, из горных пород и состоящий
не менее чем из двух фракций, дозируемых раздельно при приго-
товлении бетонной смеси.
Песок применяют из твердых и плотных каменных пород с мо-
дулем крупности 2,1. Содержание в песке глины, ила и мелких
пылевидных фракций в сумме не должно превышать по массе 1%.
В качестве ненапрягаемой расчетной арматуры для железно-
дорожных мостов применяют стали, указанные в табл. 4.3.
Расчетные сопротивления бетона, приведенные в табл. 5.2,
принимают с коэффициентами условий работы по табл. 5.3.
Вопросы для самопроверки по гл. 4
I. Какие основные конструктивные элементы характерны для железобетон-
ных мостов?
2. В каких случаях применяют сборные и монолитные конструкции?
3. Каковы основные особенности предварительно напряженных конструкций?
4. Каковы основные способы изготовления предварительно напряженных кон-
струкций?
5. Какие виды цемента применяют для мостовых конструкций и в каких
случаях?
6. Какие основные свойства бетона требуются для мостовой конструкции и
какими способами они обеспечиваются?
7. Какие виды арматуры применяют для мостовых конструкций?
Глава 5
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
5.1. Основные принципы расчета и расчетные сопротивления
Расчет элементов железобетонных конструкций имеет специ-
фические особенности в связи с совместной работой бетона и ар-
матурной стали, обладающих совершенно различными механиче-
скими характеристиками. Все элементы железобетонных конструк-
ций мостов и труб рассчитывают по двум группам предельных
состояний.
Для недопущения предельных состояний первой группы эле-
менты рассчитывают на прочность и устойчивость (формы и по-
ложения) в сталии эксплуатации, предварительного напряжения,
101
Таблица 5.!
Виды расчетов Рпбочаи арматура Стадии работы конструкции
По образованию продоль- ных трещин Ненапрягаемая Напрягаемая Нормальная эксплуатация Все стадии (нормальная эксплуатация, возведение, предварительное напряжение’ хранение,транспортирование)
По образонанию трещин нормальных и наклонных к продольной осн элемента Напрягаемая Все стадии
По раскрытию трещин нор- мальных и наклонных к про- дольной оси элемента Напрягаемая и нена- прягаемая Все стадии
По закрытию (зажатию) трещин нормальных к про- дольной оси элемента Напрягаемая Нормальная эксплуатация
По возникновению каса- тельных напряжений Напрягаемая и не- напрягаемая Все стадии
По деформациям (проги- бам) в мостах всех назначе- нии и углам перелома про- филя проезда в автодорож- ных и городских мостах Напрягаемая и йена прягаемая Нормальная эксплуатация
транспортирования, хранения и монтажа. Конструкции мостов в
стадии нормальной эксплуатации рассчитывают также на вынос-
ливость.
Для недопущения предельных состояний второй группы про-
водят расчеты, указанные в табл. 5.1.
На различных стадиях загружения бетон и арматура по-разно-
му участвуют в работе конструкции. Особенности совместной ра-
боты бетона и арматуры в конструкции рассмотрены ниже на
примере железобетонной балки, изгибаемой сосредоточенной си-
лой и имеющей в нижней зоне ненапрягаемую арматуру (рис. 5.1,
а—в) или предварительно напряженную арматуру (рис.5.1,г—ж).
При небольших нагрузках и малых усилиях балка работает
как упругий брус полным сечением. На растяжение совместно с
арматурой работает бетон, а эпюра напряжений в сечении имеет
прямолинейное очертание (см. рис. 5.1, а). При дальнейшем росте
нагрузки напряжения в растянутой зоне достигают расчетной
прочности бетона на растяжение Rt,t и в нем начинают появляться
102
Рис. 5.1. Схема работы железобетонной балки под нагрузками:
I — нснапрягаемая арматура; 2 — сжатая зона бетона; 3 — ненапрягасмая арматура в
трещинах; 4 — растянутая зона бетона с трещинами; 5 — область разрушения бетона в
сжатой зоне; 6 — ненапрягасмая арматура в трещинах, достигшая предела текучести;
7 — напрягаемая арматура; 8 — продольные микротрсЩниы в бетоне; 9 — трещины в
бетоне от его растяжения при натяжении арматуры; 10 — зоны разрушения сжатого
бетона при натяжении арматуры; 11 — трещины в бетоне, открывающиеся только при
действии временной нагрузки; 12 — зона разрушения сжатого бетона от действия внеш-
них нагрузок; 13 — арматура в трещинах, достигшая предельного растягивающего усилия
трещины, растянутая зона постепенно выключается из работы и
все растягивающие усилия в сечении передаются на арматуру.
Эпюра напряжения оПх в сжатой зоне балки при этом криволиней-
на, однако для упрощения расчета се считают прямолинейной
(см. рис. 5.1, б). Когда напряжения в арматуре достигнут предела
текучести, начнется разрушение железобетонного элемента, а
когда и в бетоне напряжения дойдут до расчетной прочности /?».
на сжатие, наступит полное разрушение элемента. Состояние
элемента, в котором напряжения в арматуре достигли расчетного
сопротивления Rs. а в бетоне расчетного сопротивления на сжа-
тие, называют стадией разрушения (см. рис. 5.1, в).
Сечения элементов железобетонных мостов рассчитывают на
прочность (предельные состояния первой группы) по стадии раз-
рушения, причем эпюру напряжений сжатия в бетоне условно
принимают прямоугольной. Прогибы f и ширину раскрытия тре-
щин а„ проверяют по второй группе предельных состояний, считая
конструкцию работающей в стадии, показанной на рис. 5.1, б.
При расчете предварительно напряженных конструкций учи-
тывают, что начальным натяжением Nnp арматуры бетону при-
дано начальное сжатие в растянутой зоне (см. рис. 5.1, г).
Реактивное давление от натяжения арматуры может вызвать
появление продольных микротрещин в бетоне, которые снижают
долговечность конструкции. Поэтому в стадии предварительного
напряжения сжимающие напряжения в бетоне ограничивают ве-
личиной Rb.mci, ниже которой они неопасны для образования
микротрещин (см. сечение Б—Б на рис. 5.1, г). Проверяют это
по предельным состояниям второй группы, считая упругое рас-
пределение напряжений в бетоне по линейному закону. Чтобы
предотвратить разрушение балки при случайном превышении сил
предварительного напряжения, ее проверяют по первой группе
предварительных состояний по прочности с прямоугольной эпюрой
сжимающих напряжений в бетоне (см. рис. 5.1, д). При последую-
щей работе под нагрузкой бетон постепенно разгружается от на-
чальных напряжений сжатия и при большой нагрузке начинает
работать на растяжение. Придавая арматуре соответствующее
начальное натяжение, можно полностью предохранить бетон от
возникновения в нем растягивающих напряжений в эксплуатаци-
онных условиях, а следовательно, и от опасности появления
трещин.
Кратковременное раскрытие трещин при расположении на кон-
струкции временной нагрузки может быть допущено, если при се
отсутствии, т. е. под действием только постоянных нагрузок, тре-
щины будут закрыты.
Эти проверки производят по второй группе предельных состоя-
ний, считая работу бетона упругой и распределение напряжений
в бетоне линейным (см. рис. 5.1, е). Образование трещин в бето-
104
не проверяют, определяя напряжения в нижней растянутой зоне,
которые не должны быть больше Rbi.scr. Если трещина все же
появилась, то проверяют на ее закрытие, т. е. определяют напря-
жения в бетоне сечения от постоянных нагрузок, которые во всех
точках должны быть сжимающими (см. штриховую линию на
эпюре в сечении В—В на рис. 5.1, е).
При увеличении внешней нагрузки до момента разрушения
нижняя зона бетона балки растрескивается, арматура достигает
предела текучести или прочности, а бетон — предела прочности па
сжатие, и условия работы сечения оказываются такими же, как
в железобетоне с ненапрягаемой арматурой (см. рис. 5.1, в, wc).
Поэтому сечение предварительно напряженных железобетонных
элементов рассчитывают на прочность (по первому предельному
состоянию), как и при пепапрягаемой арматуре на стадии разру-
шения. Разница состоит лишь в том, что напрягаемая арматура
Сжатие
(призменная
При расчетах ио предельным состояниям нерпой группы
27.5 30.0
Растяжение осспое
При расчетах по предельным состояниям второй группы
Сжатие осевое (призменная проч- Kb. ser 15.0 16,8 18,5 20,5 22. С 25,5 29,0 32,0 36,0 39.5 43,0
Растяжение осевое *Ы. scr 1.40 1.50 1 .60 1,70 1.80 1.95 2.10 2,20 2,30 2.40 2.50
Скалывание при на- гибе КЬ. >7. 1.95 2» 30 2,50 2,75 2.90 3.25 3.60 3,80 4.15 4.45 4.75
Сжатие осевое (призменная проч- кость) для расчетов по предотвращению образования в кон- струкции продольных
при предваритель- ном напряжении и на стадии экс- плуатации В1 10.3 8.0 11.0 10,3 13.7 15.2 13,2 16.7 14,6 19.6 16,7 23,0 |9,6 26,0 22,0 29.9 25,0 32.8 27.5 36.2 30.0
105
обладает большей прочностью по сравнению с ненапрягаемой и
потому ее можно поставить в меньшем количестве.
Для проверки железобетонных элементов в различных пре-
дельных состояниях используют расчетные сопротивления состав-
ляющих конструкцию материалов — бетона и стали.
Расчетные сопротивления, используемые при проектировании
железобетонных мостов, приведены в табл. 5.2.
Расчетные усилия в статически неопределимых конструкциях
определяют с учетом перераспределения усилий от усадки и пол-
зучести бетона, искусственного регулирования, трещинообразо-
вания и предварительного напряжения, которые вводят с коэффи-
циентами надежности по нагрузке, равными 1,1 или 0,9.
S.2. Нормативные и расчетные сопротивления бетона и арматуры
Расчетные сопротивления бетона разных классов при расчете
конструкции мостов и труб по предельным состояниям первой и
второй групп приведены в табл. 5.2.
Расчетные сопротивления бетона на непосредственный срез
при расчетах конструкций по предельным состояниям первой груп-
пы принимают:
/?ftcuf=0,l/?b для сечений, расположенных в монолитном бе-
тоне;
Rb.cui=0,5Rb в местах сопряжения бетона омоиоличивания с
бетоном сборных элементов.
Для бетонных конструкций расчетные сопротивления осевому
сжатию (Rt> и Rb.mcr) и непосредственному срезу (Rb, cut) прини-
мают на 10% ниже значений, установленных для армированного
бетона. Расчетные сопротивления бетона, приведенные в табл. 5.2,
в соответствующих случаях принимают с коэффициентами условий
работы согласно табл. 5.3.
Коэффициент mb,i для многократно повторяющихся нагрузок
для расчетов на выносливость определяют по формуле
тЬ1 —О.брье^,, (5.1)
где Ре — коэффициент, учитывающий рост прочности бетона во времени и зави-
сящий от класса бетона по прочности:
Класс бетона ............В27,5 В35 В40 В45 В50 В55 В60
и ниже
Pt....................... 1.31 1,28 1.26 1.24 1.22 1.21 1.20
е» — коэффициент, зависящий от асимметрии цикла повторяющихся напря-
жений рь=Ое. min/Oe.mo»:
efc .............. 0,1 0,2 0,3 0.4 0,5 0,6
и менее и более
рь ............... 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,24
106
Таблица 5.3
Факторы, вызывающие введение коэффициентов условий работы Условное обозначение коэффициента Расчетные сопротивлении бетона, к которым вво- дится коэф- фициенты Значения коэффициентов (пункты ука- заны по СНиП 2.05.03-84)
1 2 3 А
Многократно повторяющиеся нагруз- ки Rb O.Gfib еь
Бетонирование в вертикальном по- ложе нин сжатых элементов с пло- щадью поперечного сечения 0,3 м® и меньше тЬ. 4 Rb 0,85
Влияние двухосного напряженного состояния при поперечном обжатии бетона mb. 6 И Rb. Sh По п. 3.27
Работа конструкции в районах со средней температурой наиболее холод- ной пятидневки ниже минус 40 °C при отсутствии водонасыщения бетона Попеременное замораживание и от- таивание бетона, находящегося в во- донасыщенном состоянии, в конструк- циях. эксплуатируемых в районах со средней температурой: тЬ. 7 Rb 0,9
минус 40 °C и выше тЬ. 8 Rb 0.9
ниже минус 40 ®С тЬ. 9 Rb 0,8
Работа конструкций, не защищен- ных от солнечной радиации, в клима- тическом подрайоне IVA согласно СНиП 2.01-82 Наличие в составных конструкциях: тЬ. 9 Rb и Rm 0,85
бетонируемых стыков ть. 10 Rb По п. 3.26
клеевых стыков ть. 10 Rb в » 3.29
швов па растворе в незрмирован- I ой кладке Расчет элементов в стадии эксплуа- тации по предельным состояниям вто- рой группы: тЬ. 10 Rb в в 3.30
а) на косой изгиб и косое пис- це нтренное сжатие тЬ. 13 Rb, mcr 1.1
б) на кручение ть. 14 meh 1.15
р) на скалывание по плоскости сопряжения бетона омоноличи- вания с бетоном конструкции тЬ. 15 Rb. di 0,5
Нормативные и расчетные сопротивления растяжению арма-
турных сталей принимают по табл. 5.4.
При расчете арматуры на выносливость (в мостах железнодо-
рожных и под пути метрополитена) расчетные сопротивления ар-
107
Таблица 5.4
Класс арматурной Диаметр. Нормированные сопротивления 1>а стяжению «sh н Rph- мп»- н расчетные со- противления рг.с- ’тяжешпо при рас- четах по предель- ным состояниям второй группы «s.scr-Vscr. МПа Расчетные сопротивления растяже- нию Ks, Нр. МПа, при расчетах по группы, а также поперечной арма- туры (хомутов, отогнутых стержней) при проверке наклонных сечений
для железнодо- рожных мостов и труб для автодорожных и городских мостов и труб
1 2 3 4 5
Пенапрясаемая арматура
Стержневая арма- турная сталь:
а) гладкая класса Л-1 б) периодичес- 6-40 235 200 210
кого профи-
ля классов:
Л-П и Лс-П 10-40 295 260 265
Л-111 6 и 8 390 320 340
10-40 390 350 330
Напрягаемая арматура
Стержневая арма- турная сталь:
а) горячеката-
ная классов:
Л-IV 10—32 590 435 465
A-V 10—32 785 465 600
б) термически
упрочнен- ная классов:
Ат-IV 10—28 590 — 465
Ат V 10—14 785 — 645
16—28 785 —- 600
Ат-VI 10—14 980 — 775
16 980 — 745
Высокопрочная проволока: 1180
а) гладкая 3 1490 1120
класса В-11 4 1410 1060 1120
5 1335 1000 1055
6 1155 940 995
7 1175 885 930
8 1100 825 865
б) периодичес- 3 1460 1100 1155
кого профи- 4 Ь75 1030 1090
ля класса 5 1255 940 995
Вр-П 6 1175 885 930
7 1100 825 870
8 1020 765 810
108
Окончание табл. 5.4
Класс арматурной стали Диаметр, Нормированные сонротннле>шя растяжению и МПа, и расчетные со- противлении рас- тяжению при рас- четах по предель- ным состояниям второй п>уппы \ ser и р. ser" МПа Расчетные сопротивлении растяжению Rs. Rp. МПа. при расчетах по предельным состояниям псовой группы, а также поперечноЛ арматуры (хомутов, отогнутых стержней) при проверке наклонных сечений
для железнодо- рожных МОСТОВ и труб для автодорожных и городских мостов н труб
1 2 3 4 5
Арматурные ка- наты класса К-7 Стальные канаты со спиральной или Двойной связкой или закрытые 9 12 15 По соответ- ствующим стандартам 1375 1335 1295 0,75/?грп (где Rrpn сопротивление разрыву каната в целом) 1030 1000 970 0.54Rrpn О
матурной стали растяжению Rsj и для напрягаемой арматуры Rpf
определяют по формулам:
Rsf —McsiRs eps₽pu/?s; (5.2)
Rpf 4iapiRp — e.pl^pu,Rp, (5.3)
где mn<i и map । — коэффициенты условия работы арматуры, учитывающие
влияние многократно обращающейся нагрузки;
R, и Rv — расчетные сопротивления арматурной стали по табл. 5.4;
ер< и ерр — коэффициенты, зависящие от асимметрии цикла изменения
напряжения арматуры p=Omin/<Tmax, приведены в
табл. 5.5;
Рои, — коэффициенты, учитывающие влияние на условия работы
арматурных элементов наличия сварных стыков при при-
варке к арматурным элементам других элементов, приве-
дены в табл. 5.6.
Значения модуля упругости арматуры Es и Ер принимают по
табл. 5.7.
Во всех расчетах, проводимых по формулам упругого тела,
кроме расчетов на выносливость мостов с ненапрягаемой армату-
рой, используют отношение модулей упругости П| = (Es/Eb или
п\ = ЕР1Еь), определяемое по значениям модулей для арматуры
(см. табл. 5.7) и для бетона (см. табл. 4.1).
В расчетах элементов мостов с ненапрягаемой арматурой на
выносливость используют условное отношение модулей упругости
п', при котором учитывается виброползучесть бетона. Значения
п' зависят от класса бетона:
Класс бетона В20 В22.5 и В25
п,.......... 22,5 20
B27.5 ВЗО и В35 В40 и выше
17 15 10
109
Таблица 5.5
Значения коэффициентов ер
при р. равном
... 0.2 | 0.3 0,33 0.5 | 0.6 | ... 0,75 о.в 0,85 0,9 1
Кс 0,85 )эфф 0,89 И ЦИ ( 0,97 !НТЫ Ops ] 1 1 1 1 1 1 1
0,70 0.74 0,81 0,83 0,87 0,94 1 1 1 1 1 1 1
0.78 0,82 0,86 0.88 0.90 0,92 0,94 1 1 1 1 1
0,57 0,59 0,65 0,67 0,70 0,75 0,81 0,90 0,95 1 1 1 1
Таблица 5.6
Способ сварки Коэффнцн- Коэффициенты ₽рц, для стержней диаметром 32 мм и мсисс при арматурной стали классов
метрик Л I Л-П и Лс-П А- III A-IV
Контактный без зачистки 0 0,75 0,65 0,60
0.2 0,85 0,70 0,65 —
0.4 ] 0,80 0,75 0,75
0,7 ] 0,90 0,75 0.75
0,« 1 1 0,75 0,80
0,9 1 1 0,85 0,90
0 0.75 0,65 0,60 —
Ванный на удлиненных нак- 0,2 0,80 0,70 0,65
ладках -подкладка х 0,4 0,90 0,80 0,75 .—
0,7 0,90 0,90 0,75 —
0,8 1 1 0,75 —
0,9 1 1 0,85 —
Контактный точечный пере- 0 0,65 0,65 0,60
крещивающихся стержней и 0,4 0,75 0,70 0,65 —
приварка других стержней на 0,7 0,90 0,90 0,70 —
парных смещенных накладках 0,8 1 0,75 -—
0,9 1 1 0,85 —
Класс (вид) арматурной стали Модули упругости, МПа, арматуры
иеиапрягасмой напрягаемой ЕР
Л-1, Л-Н и Лс-П 2,06-10»
Л-1П 1,96-10»
Л-IV. Лт-lV — 1,86-10»
Лт-V и Лт-VI —
В-11 и Вр-11 — 1,96-10»
Пучки из параллельных проволок классов В-П и Вр-П — 1.77-10»
Лрматурные канаты К-7 — 1,77-10»
Пучки из арматурных канатов К-7 Стальные канаты: — 1,67-10»
спиральные и двойной свивки —. 1,67-10»
Закрытые — 1,57-10»
111
5.3. Расчет элементов, работающих на сжатие и растяжение
Центрально-сжатые железобетонные элементы рассчитывают
исходя из условия, что сжимающее усилие Л’ в элементе не долж-
но превышать суммарного расчетного сопротивления бетона и
арматуры с учетом продольного изгиба элемента.
В сжатых железобетонных элементах минимальную площадь
поперечного сечения продольной арматуры (в процентах от пол-
ной площади сечения элемента) у каждой из противоположных
сторон расчетного сечения (перпендикулярного к плоскости изги-
ба) принимают равной 0,05% в элементах с гибкостью /0/^17 и
0,25 в элементах с гибкостью /o/i^lO4; для промежуточных зна-
чений гибкости — по интерполяции (/0 — расчетная длина элемен-
та; i — радиус инерции сечения элемента).
Гибкость сжатых железобетонных элементов в любом направ-
лении в стадии эксплуатации сооружения не должна быть более
120. На прочность и устойчивость централыю-сжатые железобетон-
ные элементы рассчитывают по формуле
/V <. <г(Р,А-1 Л/Л (5-4)
В расчетах центрально-сжатых бетонных сечений по формуле
(5.4) принимают Л4=0. Коэффициент продольного изгиба <р при
расчетах сжатых (е,- = 0) и внецентренпо сжатых элементов,
имеющих относительный эксцентриситет ег/г^1, определяют:
N 4>i N
В формулах (5.4) и (5.5):
Rt и R. — расчетные сопротивления бетона н арматуры;
Аь н A's —площади сечения всего сечения и площадь сечения арматуры (ес-
ли площадь сечения арматуры Л ' составляет более 3% от А,
то Л ..заменяют на А —
<р,„ — коэффициент продольного изгиба, учитывающий воздействие вре-
менной нагрузки;
М — расчетное продольное усилие от постоянных нагрузок;
Nm — расчетное продольное усилие от временной нагрузки;
,V=№+/V,n — полное расчетное продольное усилие (меньшее, полученное из рас-
четов по прочности и устойчивости);
— коэффициент продольного изгиба, учитывающий воздействие
постоянных нагрузок.
Значения коэффициентов продольного изгиба <£т и tpi зависят
от эксцентриситета ег приложения продольной силы относительно
центра тяжести сечения элемента.
При расчете по прочности учитывают случайный эксцентриси-
тет ес^-/0 (/0 — свободная длина сжатого элемента, кото-
112
рую принимают равной полной длине /. если оба конца закрепле-
ны шарнирно). Если один конец закреплен шарнирно, а другой
жестко заделан, то 1о=О,71. При одном заделанном, а другом сво-
бодном конце сжатого элемента Iq=21. При обоих защемленных
концах /о=0,5/. При расчете по трещиностойкости и деформациям
е™ не учитывают.
В элементах статически определимых конструкций эксцентри-
ситет ес находят как сумму эксцентриситета, определяемого из
статического расчета конструкции и е". Для элементов статиче-
ски неопределимых конструкций величину ег принимают равной
эксцентриситету, полученному из статического расчета, по не ме-
нее Сс".
Сжатые элементы с расчетным эксцентриситетом ес > ——- /0
400
рассчитывают на внсцентренное сжатие с учетом момента от экс
центричного приложения продольной силы.
Значения <£„, и <р, при вычислении которых учтены также зна
чения случайных эксцентриситетов, для сечений с ненапрягаемой
арматурой приведены в табл. 5.8.
Расчет на выносливость центрально-сжатых
элементов производят по формуле
-7— mb tRb. (5.6)
где N полное расчетное продольное усилие:
—площадь приведенного поперечного сечения с. введением отношения п
(см. п. 5.2) » к площади поперечного сечения всей арматуры;
mi, j — коэффициент условий работы (см. табл. 5.3, 5.4 я 5.5);
Ri. — расчетное сопротивление бетона на сжатие осевое.
При одновременном действии сжимающей силы N и изгибаю-
щего момента М элемент работает на внсцентренное сжа-
тие. Обычно изгибающий момент в сечении определяют относи-
тельно его центра тяжести, а для расчетов внецентренно сжатых
элементов на прочность моментная точка расположена в точке
приложения усилий растянутой арматуры (рис. 5.2, о). Если ун —
расстояние от центра тяжести сечения до равнодействующей ниж-
ней растянутой арматуры, то эксцентриситет нормальной силы
относительно растянутой арматуры
ет l j/н чЛ4/ЛЧ-уи. (5 7)
где >) — коэффициент, учитывающий увеличение эксцентриситета от прогиба,
который вводят при расчете гибких внецентренно сжатых элементов.
Расчет элементов па внсцентренное сжатие различен для слу-
чаев малых и больших эксцентриситетов. К первому случаю отно-
сят сечения, для которых, выдержано условие
113
Таблица 5.8
Характеристики гибкости элемента Коэффициенты продольного изгиба Фт при относительных эксцентриситетах е£/г
/оЛ> lold /»/' 0 0,25 0.50 1.0 Ф/
4 3,5 14 1 0,9 0,81 0,69 1
10 3,6 35 1 0,86 0,77 0,65 0,84
12 10.4 40 0,95 0,88 0,74 0,62 0,79
14 12,1 48,5 0,90 0,79 0,70 0,58 0.70
16 13,8 55 0,86 0,75 0.66 0,55 0,65
18 15,6 62,5 0,82 0,71 0,62 0,51 0.56
20 17,3 70 0,78 0,67 0,57 0,48 0,47
22 19,1 75 0,72 0.60 0,52 0.43 0,41
24 20,8 83 0,67 0,55 0,47 0.38 0,32
26 22,5 90 0,62 0.51 0.44 0,35 0,25
28 24,3 97 0,58 0,49 0,43 0,34 0,20
30 26 105 0.53 0,45 0,39 0.32 0,16
32 27.7 ПО 0,48 0.41 0,36 0,31 0,14
34 29 120 0,43 0,36 0,31 0,25 0,10
38 33 130 0,38 0.32 0,28 0,24 0,08
40 34,6 140 0,35 0,29 0,25 0,21 0,07
43 37,5 150 0,33 0,28 0,24 0,21 0,06
При м е ч а н н е.
b - сторона элемента прямоугольного сечения, которая в проверяе-
мом случае является шириной;
d — диаметр круглого сечения элемента;
lc/i— гибкость элемента (» — наименьший радиус инерции попереч-
ного сечения);
i0/r — относительный эксцентриситет силы Л';
ег - эксцентриситет силы К относительно центра тяжести приведен-
ного сечения;
r=Wred/A,ei— ядровое расстояние (Wwi и Ard — момент сопротивления и
площадь приведенного сечения).
Sa - Stt < 0,8.
Ко второму случаю относят сечения, удовлетворяющие усло-
вию
So: S0>0,8,
rue So— статический момент площади сечения сжатой зоны бетона относитель-
но центра тяжести арматуры, наиболее отдаленной от точки приложе-
ния, сжимающей силы;
So — статический момент площади всего сечения бетона относительно того
же центра тяжести арматуры.
Внецентренно сжатые сечения с большими эксцентриситетами
можно рассчитывать по формулам на изгиб [см. формулу (5.4)].
Для случаев малых эксцентриситетов на прочность сечения
рассчитывают по формуле
A'ep-^Se+/?sSo.
(5.8)
114
Эта формула выражает условие равновесия моментов внутрен-
них и внешних сил относительно центра тяжести арматуры, более
удаленной от сжимающей силы N. Здесь сжимающие напряжения
в бетоне в стадии разрушения условно принимают равномерно
распределенными по всему сечению и равными Rt>-
Если сила /V приложена между центрами тяжести арматуры
Аа и (рис. 5.2, б), то должно быть также удовлетворено допол-
нительное условие
Ne' <(RbS'0+R,S’a). (5.9)
В формулах (5.8) и (5.9):
ер и е — расстояния точки приложения силы N от центров тяжести арматуры;
So и «о—статические моменты площади сечения всего бетона относительно
центров тяжести арматуры Аа и До;
Sa и Sa —статические моменты площади сечения всей арматуры относительно
центров тяжести Аа и Аа.
Центрально растянутые элементы обычно рассчитыва-
ют без учета работы бетона в них, так как прочность бетона на
растяжение мала:
N < ₽SAS.
5.4. Расчет элементов, работающих на изгиб и внецентренное
сжатие
Прочность железобетонного сечения с вертикальной осью сим-
метрии, ненапрягаемой нижней As и верхней 71s арматурами про-
веряют, определяя момент всех усилий в бетоне и арматуре сече-
ния относительно точки приложения равнодействующей усилий
в растянутой арматуре (рис. 5.3, а).
Прочность сечения можно считать обеспеченной, если этот
момент будет не менее расчетного момента Af, возникающего в
сечении от постоянных и временных нагрузок.
115
Условие прочности на изгиб для прямоугольного сечения име-
ет вид:
М с Rt>bx (Л0| —0,5*) + RscA't (Ло1—as).
(5-Ю)
Высоту х сжатой зоны определяют, беря сумму проекции всех
усилий в сечении на ось элемента. Эта сумма должна равняться
нулю, так как в сечении отсутствуют нормальные силы от посто-
янных и временных нагрузок. Тогда получим
Для таврового сечения условие прочности на изгиб определя-
ют в зависимости от положения границы сжатой зоны:
а) если граница сжатой зоны проходит в плите (рис. 5.3, б),
расчет производят, как для прямоугольного сечения шириной 6'/.
Приведенная ширина сжатой полки (плиты), вводимая в расчет.
}-2Ьь+Ь.
(5-12)
Эта величина не более расстояния Ц между соседними балка-
ми (рис. 5.3,г). В случае несимметричного расположения плиты
по отношению к оси ребра (например, в железнодорожных мос-
тах), если выполнены условия, ограничивающие расчетную шири-
ну плиты, сечение можно рассчитывать как симметричное.
Приведенная толщина сжатой полки (плиты) с учетом вутов,
свесов и ребра в пределах высоты вутов
(ly-byhj-j bbhb ..
hf —т-ь— ’ 5‘ 3
б) если граница сжатой зоны проходит в ребре (рис. 5.3, в),
расчет производят исходя из условия
М < Rbbx (й0 —0,5х) 4 Rb (bf -ft) ft,' (^.-ftj) -|-Rsc (ftM - <). (5.14)
При этом высоту сжатой зоны бетона определяют по формуле
RsAs- RkA^-Ri, (bf -b) ft,
Rbb
(5.15)
В формулах (5.10)—(5.15):
ft— толщина ребра сечения;
х— высота сжатой зоны бетона;
ftoi — высота сечения;
й/ — высота верхней плиты;
Иь и Ьь— высота и ширина вута;
/> — расстояние между осями ребер;
ft/ и ft; — приведенные ширина и высота верхней плиты;
о'_ расстояние от граней сечения до центра тяжести верхней арматуры;
Rs и Rsc — расчетные сопротивления арматуры па растяжение и сжатие;
Rb — расчетное сопротивление бетона па сжатие.
В зависимости от размера сжатой зоны бетона возможна раз-
личная работа сечения на изгиб. Это учитывают, определяя коэф-
фициент т:
m-lJ-CUfx/ftoH-») 1.7—0,7 (^4-0,0015Rs„); 1 .
x/h0l < 0,7; m >0,7; A -0,0015RsrJ C 0,75. J ‘ J
Здесь x — высота сжатой зоны бетона;
ftoi — по рис. 5.3;
Rsn — нормативное сопротивление арматуры.
Если в результате расчетов по формуле (5.16) получено
1, то сжатая зона бетона небольшая по высоте.
Во всех ее точках напряжения в бетоне достигают /?ь, а раз-
рушение происходит от разрыва нижней растянутой арматуры.
В этом случае прочность проверяют по формуле (5.10).
Если 0,7^ш^1, то сечение переармировано. Сжатая зона
бетона занимает большую площадь сечения, растянутая арматура
загружена не до предела и разрушение может произойти в резуль-
тате хрупкого разлома бетона в сжатой зоне. Условия недогрузки
растянутой арматуры условно учитывают заменой величины х
при проверке прочности на изгиб в формуле (5.10) величиной'
хь-тх. (5.17)
117
Значения т, меньшие 0,7, не допускаются и в этом случае надо
увеличить высоту сечения или марку бетона. Если высота сжатой
зоны бетона x<Z.hf, то ребро сечения не сжато (см. рис. 5.3, б).
Прочность в этом случае проверяют по формуле (5.10), принимая
в ней b = bf-
Сжатую арматуру сечения As учитывают в расчете, если
x>2aj. Если x<2aj, то сжатую арматуру не учитывают. Если
без учета арматуры А значение x>2as, а с ее учетом х < 2as или
величина х отрицательна или равна нулю, то прочность сече-
ния проверяют по формуле
М < (RSAS-|-RbAb) (hOl-а,). (5.18)
При расчете сечений прямоугольных или тавровых со сжатой
зоной в верхней плите (см. рис. 5.3, б), а также для предвари-
тельного подбора размеров сечения и площадей арматуры форму-
лы (5.10) и (5.11) можно упростить.
Если принять X = 0 и b = b'f, то
х RSAS
Л<” Мм*ь
М-Rfyhfa (1 -0,5£) ^ARbbfh?6l -,
M--— i/ZKZ
h°^ V Rbbfi( 1-0.56) "'V bfRb •
M M b'fRtfiu
** (1-0,56) АЛм ’ ?Л01А Rs
(5.19)
или л Rb ,
A—л01.
Используя коэффициенты r и v (табл. 5.9), можно по
формулам (5.19) быстро найти необходимые параметры сечения
и определяющий его работу коэффициент т. Если m<Z 1, то на
него надо уложить значение 6 в первой формуле (5.19) и произ-
вести перерасчет.
Прочность внецентренно сжатых элементов проверяют анало-
гично расчету прочности изгибаемых элементов.
Условие прочности при действии силы N с большим эксцен-
триситетом е01 записывают как сумму моментов всех сил относи-
тельно точки приложения равнодействующей усилий в растяну-
той арматуре (см. рис. 5.2, б): •
Nef < Rbbx (Л01-О,5х) + Яь (Ь,-Ь) й', (Л— 0.5Л,) (Л01 + <), (5.20)
Обозначения те же, что и в формулах (5.10—5.1Б).
118
Таблица 5.$>
Е г V A E V Л
1 2 3 4 1 2 3 A
0,01 10,00 0,995 0,0010 0,29 2,01 0,855 0,0248
0,02 7,12 0,99 0,0020 0,30 1,98 0,85 0,0255
0,03 5.82 0,985 0,0030 0,31 1,95 0,845 0,0262
0.04 4,05 0,98 0,0039 0,32 1,93 0,84 0,0269
0,05 4.53 0,975 0,0048 0,33 1,90 0,835 0.0275
0,06 4.15 0,97 0,0058 0,34 1,88 0.83 0,0282
0,07 3,85 0,965 0,0067 0,35 1,86 0,825 0.0289
0,08 3.61 0,96 0,0077 0,36 1.84 0,82 0,0295
0,09 3,41 0.955 0,0085 0,37 1,82 0,815 0.0301
0,10 3,24 0,95 0.0095 0,38 1,80 0.81 0,0309
0,11 3.11 0.945 0,0104 0.39 1,78 0,805 0,0314
0,12 2.98 0.94 0.0113 0,40 1,77 0,80 0,0320
0,13 2,88 0.935 0,0121 0,41 1,75 0,705 0,0326
0,14 2,77 0.93 0,0130 0.42 1.74 0,79 0,0332
0,15 2,68 0.925 0.0139 0.43 1.72 0,785 0,0337
0,16 2.61 0.92 0.0147 0.44 1.71 0,78 0,0343
0,17 2,53 0,915 0,0155 0,45 1,69 0,775 0,0349
0,18 2.47 0,91 0,0164 0,46 1,68 0,77 0,0354
0,19 2,41 0,905 0,0172 0,47 1,67 0,765 0,0359
0,20 2,36 0,90 0.0180 0,48 1,66 0,76 0,0365
0.21 2.31 0,895 0.0188 0.49 1,64 0,755 0.0370
0,22 2,26 0,89 0,0196 0,50 1.63 0,75 0,0375
0,23 2,22 0.885 0,0203 0.51 1,62 0.745 0,0380
0,24 2,18 0,88 0.0211 0,52 1,61 0.74 0.0385
0.25 2.14 0,875 0,02(9 0,53 1,60 0,735 0,0390
0,26 2,10 0.87 0,0226 0,54 1,59 0,73 0.0394
0,27 2,07 0,865 0,0234 0,55 1,58 0.725 0,0400
0,28 2,04 0,86 0,0241
Высота сжатой зоны сечения
—RKAS— (fy—b)
:=------------’ <5-2’>
Определяют коэффициент m по формуле (5.16). Если m>l,
то разрушение сечения наступает от разрыва арматуры в растя-
нутой зоне и расчет по формуле (5.21) не изменяется. Если /п<1,
то разрушение сечения наступает в сжатой зоне бетона и в фор-
мулу (5.21) вместо величины х надо вводить величину хь. Для
внецентренно сжатых элементов значение хъ определяют по фор-
мулам:
Xb=*w+»n (X—xN) при XW <0.7*0,; Л
xb = xN при xN>0,7hoi; | (5.22)
Xfj-^N/Rbb. I
119
Таблица 5.10
Характер работы элемента Расчетные формулы
Изгиб в одной из главных плоскостей: а) проверка по бетону б) проверка по арматуре Внецентреипое сжатие: а) проверка по бетону б) проверка по арматуре М I х’ — (5.23) М и' — (Л -п„) mosl₽s (5.24) •red Al М -T-d—X* minRb (5.25) Arid I'ed N M n ~— 1 n'—— (л x'-uu) m<,s,Ks Ared ‘red (5.26)
Если при первом случае /н^1. х^0,7ЛО|, то в формулу (5.21)
подставляют x=O,7ftot.
Если нейтральная ось проходит в полке, то в формулах (5.21)
и (5.22) принимают b = b'i, а если x<2ns. то аналогично изгибу в
расчете не учитывают арматуру /1s.
Расчет на выносливость элементов железобетонных
конструкций с ненапрягаемой арматурой, работающих на изгиб
и внецептренное сжатие, допускается проводить по формулам,
приведенным в,табл. 5.10.
В формулах (5.23—5.26):
М и N — момент и нормальная сила;
/гг<1 — момент инерции приведенного сечения относительно нейтральной
оси без учета растянутой .-юны бетона с введением коэффициента
л' (см. п. 5.2) к площади всей арматуры;
х' — высота сжатой зоны бетона, определенная но формулам упруго-
го тела без учета растянутой зоны бетона. Величину х’ при из-
гибе определяют из условия, что статический момент приведенной
площади сечения элемента (без площади растянутой зоны бето-
на) относительно нейтральной осн равен нулю, а при внецеитрен-
лом сжатии — из уравнения моментов относительно оси, соот-
ветствующей продольной силе N;
ты и я»<.»|—коэффициенты условий работы арматуры (см. табл. 5.3);
в„и а'и — расстояния от наружной соответственно растянутой и сжатой
(или менее растянутой) граней до осн ближайшего ряда арма
туры;
Атгл — площадь приведенного поперечного сечения элемента с введена
ем коэффициента п' к.площади всей арматуры.
Расчет на выносливость изгибаемых прямоугольных сече-
ний или тавровых сечений со сжатой зоной в верхней плите при
120
армировании этих сечений одиночной арматурой можно произво-
дить по формулам:
на выносливость бетона
ПИХ /1 __ £ \
bhOl^bmbl 3 '
на выносливость арматуры
' з1
Условие на выносливость арматуры может быть выражено че-
рез усилие в растянутой арматуре
<И\ з)
при
• w]-
где и' — отношение модулей упругости арматуры и бетона;
И — коэффициент армирования бетона;
-Wmax -’ максимальный момент при расчете на выносливость;
mbl -O.GPbVb я «'csi ' BpsPpa,— коэффициенты условий работы арматуры на
выносливость (см. п. 5.2).
Таблица 5.11
л'ц 5 М' м' “oAf - М- М‘
М10|«£/ПЬ| ЬН01^1
0,015 0,159 0,0075 0,0014 0.240 0,493 0,0206 0.0200
0,030 0,217 0,0101 0.0028 0,255 0.503 0.210 0.0212
0,045 0,258 0,0118 0.0041 0,270 0.513 0.0213 0.0224
0,60 0,292 0,0132 0,0054 0,285 0,522 0,0216 0.0235
0,75 0.320 0,0143 0.0067 0.300 0.531 0.0218 0.0247
0.090 0,344 0,0152 0.0080 0,315 0,539 0.0221 0.0258
0.105 0,365 0,0160 0.0092 0.330 0.547 0,0224 0.0270
0.120 0.384 0,0168 0.0105 0,345 0.554 0,0226 0,0281
0,135 0,402 0.0174 0,0117 0.360 0.562 0.0228 0.0292
0,150 0,418 0,0180 0.0129 0.375 0,569 0,0230 0,0304
0,105 0,433 0.0185 0.0141 0.390 0,575 0.0232 0,0315
0.180 0,446 0,0190 0.0153 0.405 0.582 0,0235 0.0326
0.196 0,459 0,0194 0,0165 0,420 0.588 0,0236 0.0338
0,210 0,471 0.0199 0,0177 0,435 0,594 0.0238 0,0349
0,225 0,483 0,0202 0,0189 0,450 0,600 0,0240 0,0360
121
Величины левых частей формул расчета на выносливость бето-
на и арматуры для различных значений п'ц и £ приведены в
табл. 5.11.
Пример расчета балочно-разрезной плиты и тавровой балки. Разрезную ба-
лочную плиту с расчетным пролетом 3,2 и, изготовленную из бетона класса ВЗО
с арматурой из стали ВстЗпс2, необходимо рассчитать на действие изгибающе-
го момента, действующего в середине ее пролета на 1 м ее ширины: на проч-
ность 1800 кН-см, на выносливость A/mu( — 1600 кН-см и A/mjI1 800 кН-см.
При расчете плиты на прочность воспользуемся формулами расчета прямо-
угольного сечения с одиночной арматурой, задавшись высотой плиты (Лл
«1/20/) 15 см, тогда ftoi = 15—3=12 см, но
г |/ ’
откуда
I м .о 1 |Я0° п с
r - 3>Всм-
По табл. 5.9 дли г=3,5 см находим соответствующее ему значение £=
=0,085 и
А> 15.5
А„ lb h0I 0.085 - НЮ 12 6,75 см».
Принимаем армирование стержнями диаметром 10 мм через 11 см и полу-
чаем:
. 0.785-100 . 7.15 „ „„ г
А- —— •‘-ЙГЙ
Вычисляем значение £ для принятого армирования:
.7Л5_235_.
6 ЬЯ/Л,. 100-15,5-12
По полученному значению g находим в табл. 55 соответствующее А —
=0,0085 и определяем момент, воспринимаемый сечепнем,
M=Abh g, Ri, = 0,0085-100 122-15,5= 1890 кН-см.
Таким образом, железобетонное сечение плиты в намеченных размерах удов-
летворяет заданному изгибающему моменту.
Для расчета на выносливость определяем величину л'р для бетона класса
ВЗО (см. п. 5.3) п'=15 н п'р= 15-0,0065=0.0975.
По найденному значению л'р находим по интерполяции (см. табл. 5.11)
соответствующие значения:
----------- 0,01562 и —--------- 0,00985.
AA0l^fc"*fcl AA01^sf
1600
Для бетона класса ВЗО при р-------------- ——— --0,5 по данным, приве-
^mir.
денным на с. 106, находим Р»,= 1,31 н к» =1.20, а но табл. 5.3 ты=0,6₽ьеь=
=0,6-1,31-1,20=0,94.
122
Момент, допускаемый сечением по условиям выносливости бетона, М'=
=0,0156266 g,/?*eps ==0,01562 - 100 • 121 15,5 0.94 ==3300 кН- см>1600 кН-см.
Для арматуры класса А-1 при р=0,5 я сварке контактным способом нахо-
дим =1; = 1; Hio.,=epspP|t, 1
Rs} Rs^nsi Rs 235 МПа.
Момент, допускаемый сечением ио условиям
0,0098566ц ,/?s, 0,00985-100-121-236
М ------------------ ----------------------
п' 15
выносливости арматуры,
• 2200 кН-см>1600 кН-см.
Таким образом, сеченне удовлетворяет условиям выносливости по бетону н
арматуре.
Тавровая разрезная балка имеет расчетный пролет 8 м при расстоянии меж
ду осями балок Z,=3 м, толщина плиты 6/=14 см, длина вута 66=12 см при
его толщине 6/,=4 см. Бетон класса ВЗО. арматура ВСтЗпс2 расположена толь-
ко к растянутой зоне. Необходимо проверить сечение балки в середине пролета
на расчетные моменты: на прочность /И=2200 кН-см, на выносливость —
20000 кН-см н 10000 кП-см.
Задаемся высотой балки 6=65 см. т. е. около '/и пролета, тогда 6oi=55-
—4,5=50,5 см. Ширину балки принимаем 6=35 см. По формулам (5.13) и
(5.12) определяем приведенную толщину /1, и ширину bj плиты, которые можно
ввести в расчет балки:
(/,—6) hf j bt>hb (300 - 35) 144 12 4
Z,6 300—35
6(' l 2А,-| 26*+6 -12-16+2-12 | 35 = 251 см <300 см.
Принимаем армирование балки питью стержнями диаметром 22 мм:
As- -5-3,8 19,0 см1; р - & ' = 0.00150.
Значение £ определяем по формуле (5.19):
AsRs
Woi
25М5,5-50.5- -0-0228-
По найденному значению £ определяем положение нейтральной оси:
х -Ббот- 0,0193-60=- 1,15 см< 14 см.
Следовательно, сечение можно рассчитать как прямоугольное с шириной
Ы =251 см.
По значению £=0,0228 в табл. 5.11 находим по интерполяции значение
А=0,0023 и определяем момент, воспринимаемый сечением М = АЬ}Ьц^ь —
0,0023-251-50,52-15,5 23800 кН-см >22 000 кН-см.
Таким образом, принятое железобетонное сечение удовлетворяет заданному
изгибающему моменту.
Для расчета иа выносливость при бетоне класса ВЗО н л'=15 определяем
Н1ачсние л'р= 15-0,00150=0,0225. По найденному значению л'р находим по ин-
терполяции (см. табл. 5.11) следующие значения:
123
~г~--------- 0.0088 и ----------------0,0021
Ь/Лп1^лл'ы fcf/i01/?sf
„ „„ МтЯХ 18 000
Для бетона класса ВЗО при (> —---------- —--0,5 по данным, привс-
Я 9000 к
• min
лепным на с. 106. находим Р», = 1,31 и е.л=1,20, а по табл. 5.3
m,.i --- п.бРье,. =0,6 • 1.31 • 1.20=0,94.
Момент, допускаемый сечением но условиям выносливости бетона, М'=
= 0.00888jhg=0.0082-251 -СО2-15.5 0.94 =82000 кН-см>20 000 кН-см.
Для арматуры класса Л-1 при р=0,5 и сварке контактным способом по
гзбл. 5.5 и 5.6 находим в>>,= 1 и ₽|)UJ=1 (следовательно, mn«i=Ep,prw, — 1;
Rit=- R„m.„,=Rt = 235 МПа).
Момент, допускаемый сечением по условиям выносливости арматуры,
0.00218^, Rsf 0,0021 251-50,52-235
М' -------- St :----- 38000 кН-см> 10000 кН-см.
п' 15
Таким образом, сечение удовлетворяет условиям выносливости по бетону н
арматуре.
5.5. Расчет элементов по косым сечениям
В балках железобетонных мостов, кроме прочности сечений,
нормальных к продольной оси балки, необходимо проверять так-
же прочность (трещиностойкость) по наклонным сечениям. На-
клонное сечение намечают, учитывая характер армирования балки
па рассматриваемом участке, в местах, где на балку действуют
большие поперечные силы, — обычно вблизи ее опор. Наклонные
сечения проверяют па прочность под действием расчетных изги-
бающего момента и поперечной силы.
Для элементов с постоянной или плавно меняющейся высотой
сечения при соблюдении требований по наименьшему шагу хому-
тов, анкеровке и заделке арматуры расчет наклонных сечений по
Рис. 5.4. Схемы к расчету наклонного сечения балкн и к проверке трещнностой
кости нормальных сечсннй
124
изгибающему моменту можно не делать. Для балок с резко ме-
няющейся высотой сечения этот расчет необходим. Условие проч-
ности наклонного сечения пол действием расчетной поперечной
силы Q (рис. 5.4, а) имеет вид
Q X/?sw^si s'4 ot -|-ERsu"4su> ! Qb• (5-27)
где X/?«wZSisina н ZRCKA,K— сумма проекций усилий всей пересекаемой (нак-
лонной и нормальной к продольной осн элемента) арматуры при дли-
не проекции сечения с, не превышающей 2й0;
а — угол наклона стержней к продольной осн элемента в месте персссчсиия
наклонного сечения;
Qt, — поперечное усилие, передаваемое в расчете иа бетон сжатой зоны над
концом наклонного сечения.
Это усилие определяют по формуле
где Ri,i — расчетное сопротивление бетона на осевое растяжение:
b и Ло — толщина стенки (ребра) или ширина сплошной плиты н расчетная
высота сечения, пересекающего центр сжатой зоны наклонного сече-
ния;
с — длина проекции невыгоднейшего наклонного сечения, определяемого
посредством сравнительных расчетов из условия минимума попереч-
ной силы, воспринимаемого бетоном и арматурой.
Значение передаваемой на бетон силы ограничивают: для из-
гибаемых элементов со стенками или ребрами Qo=0,5Q; для из-
гибаемых элементов типа ригелей опор при ширине ребра 1 м и
более Qb=0,7Q.
Условие прочности наклонного сечения под действием изгибаю-
щего момента М относительно оси, проходящей через сжатую
зону наклонного сечения, от расчетных нагрузок, расположенных
по одну сторону от сжатого конца сечения, имеет вид (рис. 5.4, б)
М /?s'4j>Zs4 ZRsAsiZsi, (5-29)
где Z,K. Zsl — расстояние от усилий в арматуре до точки приложения рав-
нодействующей усилий в сжатой зоне бетона.
Направление наиболее опасного наклонного сечения определя-
ют попытками до удовлетворения условия
Q - (ЕЛ*sin a+E/lSw) Rs. (5.30)
В сечениях железобетонных мостов, нормальных к оси элемен-
та, определяют ширину раскрытия трещин а„ и сравнивают ее
с допустимой величиной раскрытия Дсг.
Ширина раскрытия трещины:
а„ == Y * < А": a М,Ла' (5-31>
125
(5.32)
Коэффициент для арматуры гладкой ф=0,35/?г, периодическо-
го профиля ф = 1,5][RT при
К' Тфпа
В формулах (5.31) н (5.32):
а — напряжение в растянутой продольной арматуре;
Е— модуль упругости этой арматуры;
М — изгибающий момент в сечении от нормативных нагрузок;
/?г — радиус армирования сечения;
Аг—площадь эоны взаимодействия для нормального сечения принимают ог-
раниченной контуром сечения и радиусом взаимодействия, равным шес-
ти диаметрам одного стержня (рис. 5.4, в):
Р — коэффициент, учитывающий соединение стержней арматуры в пучки и
равный 1,0 прн армировании одиночными стержнями, 0.85 при верти-
кальных рядах из двух стержней без просветов и 0,75 при таких же ря-
дах из трех стержней;
л и d — число стержней одинакового диаметра в зоне
диаметр.
Допустимое раскрытие трещин зависит от заданных требова-
ний к трещипостойкости конструкции (Д,т=0,0154-0,03 см). Если
условие (5.31) не удовлетворяется, то надо изменить расположе-
ние или диаметр стержней.
и их
5.6. Особенности расчета предварительно напряженных
конструкций
Основные предпосылки, принятые для расчета на прочность
железобетонных изгибаемых элементов с ненапрягаемой армату-
рой, сохраняются также при расчете на прочность железобетон-
ных преднапряженных изгибаемых элементов.
Условие прочности па изгиб для прямоугольного сечения с на-
прягаемой и ненапрягаемой арматурой (рис. 5.5) имеет вид
М < Rbbx (йв-0.5х) -( RscA,. (hM — as) +арс (h0--ap). (5.33)
Высоту сжатой зоны х определяют по формуле
Rbb '
Рис. 5.5. Схемы к расчету на проч-
ность сечений предварительно напря-
женных элементов на изгиб
Если напрягаемая армату-
ра обрывается в пролете или
сечение балки резко меняется,
то в этих местах проверяют
прочность по наклонным сече
ниям по формулам, аналогич-
ным формулам (5.27) — (5.32)
Как правило, прочность се-
чений предварительно напря-
женных балок проверяют на
126
стадиях: 1) создания предварительного напряжения, хранения,
транспортирования и монтажа; 2) эксплуатации пол всеми расчет-
ными нагрузками.
Первая стадия характерна тем, что балка работает только
па расчетные нагрузки от собственного веса, монтажных операций
и обжатия силами предварительного напряжения, которые рас-
сматриваются как внешние силы. Балка внецентренно сжата и
имеет растянутую зону вверху, а сжатую — внизу. Прочность се-
чения на внецентренное сжатие в этой стадии проверяют но фор-
мулам, близким к формулам расчета на изгиб, или внецентренное
сжатие в стадии эксплуатации.
Так как предварительно напряженные мосты в большинстве
случаев армируют тонкой проволокой, необходимо надежно пре-
дохранять ее от ржавления, для чего проверяют трещиностой-
кость балок в стадии предварительного напряжения и в стадии
эксплуатации под действием нормативных нагрузок. Балки в
этом случае считают работающими в упругой стадии.
Растягивающие напряжения в бетоне не должны превышать
величины tnRbt, ы.г [/и — коэффициент условий работы, учитываю-
щий ответственность рассчитываемой части сооружения и внд на-
прягаемой арматуры; Ri>t, жг—расчетное сопротивление бетона
по растяжению (см. табл. 5.2)]. Для элементов мостов (кроме
стенок балок пролетных строений) значение коэффициента усло-
вий работы принимают: при напрягаемой проволочной арматуре
н канатах т — 0,4, при напрягаемой стержневой арматуре
т—1,4.
Для стенок балок пролетных строений ограничивают главные
растягивающие напряжения с учетом отношения главных сжи-
мающих напряжений о„„. к расчетному сопротивлению бетона
сжатию Ri,. mr2 (см. табл. 5.2). Предельные значения главных
растягивающих напряжений в зависимости от соотношения ука-
занных величин принимают по табл. 5.12.
П « °П1С
Для промежуточных значении отношении —-------- предельные
КЬ. тс2
значения maxomf определяют по интерполяции.
Таблица 5.12
°тс Предельные значения главных растягивающих напряжений принимаемых в мостах
железнодорожных автодорожных в городских
<0,52 0.68>?ь/, ser, ио ие более 1.75 МПа 0,85Кьь пег. но не более 2,15 МПа
>о.во 0,42 Rbhser 0,537?м, str
127
Растягивающие напряжения в бетоне, не превышающие
допустимы при натяжении арматуры, а также при транспортиро-
вании и монтаже предварительно напряженных конструкций.
Нормальное напряжение в бетоне балок определяют по фор-
муле
где оы — напряженке в рассматриваемой точке сечения от предварительного об-
жатия балки;
М—изгибающий момент;
у — расстояние от центра тяжести рассматриваемого сечения до рассмат-
риваемой точки;
I — момент инерции всего сечения.
При растяжении (положительные значения оа) должно соблю-
даться условие
<mRbt. scr’
а при сжатии (отрицательные значения о*)
| оЛ| с Нь тс1г.
В стадии предварительного напряжения наибольшие сжимаю-
щие напряжения в бетоне ох не должны превышать величин Rb,mci
И Rb,mc2-
Напряжения от обжатия балки силами натяжения арматуры
определяют как для упругого тела
где Л'пр —сила предварительного напряжения в рассматриваемом сечении;
е— эксцентриситет N,lf> относительно центра тяжести сечения;
А - площадь всего сечения.
Усилие предварительного обжатия бетона определяют с учетом
потерь напряжений в арматуре, возникающих от усадки и ползуче-
сти бетона, релаксации напряжений стали, деформативности ан-
керных закреплений, трения арматуры при ее натяжении и др. Из
перечисленных видов потерь напряжения учитывают лишь те, ко-
торые могут проявиться при принятом способе производства работ.
Предварительно напряженные балки проверяют также по глав-
ным и касательным (скалывающим) напряжениям.
Касательные напряжения ть должны удовлетворять условию
(5.37)
где Q — поперечная сила в сечении с учетом влияния сил обжатия в наклон-
ных пучках;
S — статический момент отсеченной части сечения;
b — ширина сечения в рассматриваемой зоне;
Rb. “h — расчетное сопротивление скалыванию прн изгибе.
128
Главные растягивающие напряжения ст1 и главные сжимаю-
щие напряжения о„1С определяют по формуле
} -0,5 (<тЬх4-<ть„) ± I7 <£+<’&+*< (5.33)
где Gbt — нормальное напряжение бетона вдоль продольной осн от внешней на-
грузки и предварительного напряжения;
ctv — нормальное напряжение в бетоне в направлении, нормальном к про-
дольной осн элемента.
Главные напряжения должны удовлетворять условиям
|<rm/l < mRbt ыг (см. табл. 5.13);
Omc < nwz-
Если сечение не удовлетворяет этим условиям, необходимо из-
менить его размеры.
Вопросы для самопроверки по гл. 5
1. Каковы особенности расчета железобетонных конструкций?
2. По каким формулам рассчитывают элементы, работающие на центральное
сжатие и растяжение?
3. Как выражается условие равновесия всех сил, действующих на внецент-
ренно сжатое сечение?
4. Какую ширину плиты вводят в расчет тавровых балок?
5. Как. выражается условие прочности балки по наклонному сечению?
6. Каковы особенности расчета предварительно напряженных конструкций?
Глава 6
КОНСТРУКЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
6.1. Основные системы и типовые конструкции
пролетных строений железнодорожных мостов
Широкое применение для железнодорожных мостов получили
балочные пролетные строения с пролетами 2,95—27,0 м.
Простейшим видом балочных пролетных строений, применяе-
мых для перекрытия небольших пролетов, являются плитные
пролетные строения. По статической схеме они могут быть разрез-
ными, неразрезными и консольными. Чаще всего применяют раз-
резные плитные пролетные строения с ненапрягаемой арматурой.
По конструкции плитные пролетные строения наиболее просты
и при монолитном возведении их можно в простой опалубке забе-
тонировать сразу на полную ширину пролетного строения
(рис. 6.1,а).
В сборных конструкциях плитные пролетные строения делят
на монтажные блоки с образованием продольного открытого шва.
129
При небольшой длине и малой высоте моста применяют блоки,
обеспечивающие размещение по ширине только железнодорожного
полотна без служебных тротуаров (рис. 6.1,6), а для более длин-
ных и высоких мостов применяют блоки, рассчитанные также и на
размещение служебных тротуаров (рис. 6.1,в).
В железнодорожном строительстве широко применяют типо-
вые сборные конструкции разрезных плитных
пролетных строений по действующему типовому проекту
серии 3.501-108-1-001, разработанному Ленгипротрансмостом и ут-
вержденному МПС в 1978 г. Основные данные по этим типовым
конструкциям приведены в табл. 6.1. В проекте разработаны бал-
ки плитных пролетных строений длиной 5,0; 6,0; 7,3; 9,3; 11,5 и
13,5 м, предназначенные для многопутных мостов на станциях при
нефиксированном расположении железнодорожных путей.
Типовые конструкции рассчитаны на пропуск временной на-
грузки С14 и запроектированы для условий расположения их на
прямых и кривых участках пути радиусом '300 м и более.
Пролетные строения длиной 2,95 м запроектированы одноблоч-
ными, а длиной от 4,0 до 16,5 м — двухблочными. Блоки между
собой не соединяют.
130
Таблица 6.1
Сечение i ! h |23я Ф * Ё 2 i ь | За,- ! к I й 5 |1 -I
2,95 2,55 0,80 0,30 262 15 В25 11,0
Д7.' W8 ,57. 4,ОС 3,60 0,85 0,35 130 15 В25 8,2
5,00 4,50 0,90 0,40 130 15 В25 11,0
|Ый_ sbjd 5.30 4,80 0,90 0,40 130 15 В25 11,6
__Ь. '~\ 6,00 5,40 0,95 0,45 130 15 В25 14,1
7.30 6,70 1.05 0,55 130 15 В25 18.6
7,70 7,10 1.05 0,55 130 15 В25 20,6
9,30 8,70 1,10 0.60 130 15 В35 28.4
£7. т , .JZ 9.85 9.25 1.Ю 0.60 130 15 В35 27,9
11.50 10,80 1.20 0,70 130 20 В35 37,5
1ВД- IF 12.20 11,50 1.20 0.70 140 20 В35 41.1
13,50 12,80 1.30 0,80 140 25 В35 51,4
I L 1 * ] 14,30 13,60 1.30 0,80 140 25 В35 54,4
1-b -11- м 16,50 15,80 1.30 1,00 140 25 В35 74,4
Арматура: стержни периодического профиля из стали класса
А-П марки ВСт5сп2, стержни гладкие из стали класса A-I марки
ВстЗсп2.
Для перекрытия пролетов более 9 м конструкциями с ненапря-
гаемой арматурой и для пролетов больше 16 м с напрягаемой ар-
матурой применяют ребристые пролетные строения, состоящие
из главных балок (ребер), перекрывающих пролет, и поддержи-
ваемой ими плиты проезжей части. Плита проезжей части одно-
временно служит и сжатой зоной главных балок, участвуя в рабо-
те на изгиб. По статической схеме ребристые балочные пролетные
строения могут быть разрезные, неразрезные и консольные.
Для железнодорожных балочных мостов применяют преиму-
щественно разрезные ребристые пролетные строения, которые мо-
гут быть цельноперевозимыми или состоять из отдельных монтаж-
ных блоков.
Большое распространение получили пролетные строения с чле-
нением продольными швами. При П-образном сечении блоков
(рис. 6.2, а) каждый из них обладает устойчивостью при монтаже
и в работе пролетного строения. Для пролетов длиной до 18 м при
расположении на прямом участке пути блоки можно не объеди-
нять. Удовлетворяя требованиям снижения монтажной массы эле-
мента, П-образные блоки имеют крупный недостаток — сложность
131
.а) б). w
Рис. 6.2. Поперечные сечения ребристых пролетных строений под железную
дорогу:
1 — диафрагма; 2 — стык днагфрвгмы
заводского изготовления из-за больших трудоемкости и стоимости
работ по установке и извлечению внутренней опалубки.
Более приспособлены к условиям заводского производства бло-
ки Т-образного сечения (рис. 6.2,6), которые в настоящее время
широко применяют. Недостаток блоков этого типа — меньшая ус-
тойчивость при транспортировании и эксплуатации, что приводит
к необходимости специального обустройства на время перевозки,
а после установки па опоры — к необходимости взаимного объеди-
нения блоков с помощью стыка диафрагмы. Кроме того, наличие
диафрагм усложняет конструкцию опалубки и производство ра-
бот, а поэтому применяют сборные диафрагмы, присоединяемые к
балкам с помощью стыкования закладных металлических частей.
Сборные разрезные балочные ребристые конструкции осущест-
вляют так же, как и плитные, по действующему типовому проекту
3.501-108-1-001. Ребристые пролетные строения запроектированы
для пропуска временной нагрузки С14 на прямых и кривых участ-
ках пути радиусом 300 м и более. Основные данные по типовым
Таблица г>.
Сечение
Полная длина Zn. м Расчетный Строительная высота от подошвы ^Лреб Л° ННЗЙ Высота /1, м Масса ОДНОЙ балки с изоляцией.
9,30 8,70 1,40 0,90 22,3
9,85 9,25 1,40 0.90 23.6
11,50 10,80 1,55 1,05 28.9
12,20 11,50 j 55 1,05 30,6
13,50 12,80 1*70 1,20 37,3
14,30 13,60 1,70 1.20 39,7
16,50 15,80 1,90 1,40 49,2
132
конструкциям ребристых пролетных строений приведены в
табл. 6.2.
Ребристые пролетные строения длиной 9,3—16,5 м запроекти-
рованы двухблочными. Блоки соединяют путем омоноличивания
монтажных стыков, расположенных в торцовых диафрагмах, после
установки их на опорные части в проектное положение. Бетон ре-
бристых пролетных строений класса В25, арматура класса А-П
марки ВСт5сп2 и класса A-I марки ВСтЗсп2.
К числу цельноперевозимых пролетных строений относят без-
балластные пролетные строения, у которых рельсовый путь на же-
лезобетонной конструкции закреплен болтами с резиновой про-
кладкой.
6.2. Основные системы и типовые конструкции автодорожных
и городских мостов
Для перекрытия небольших пролетов в автодорожных и город-
ских мостах широкое применение находят плитные пролетные стро-
ения. Чаще всего применяют разрезные конструкции с ненапрягае-
мой и напрягаемой арматурой. Высоту плитных пролетных строе-
ний с ненапрягаемой арматурой назначают равной '/12—Vis про-
лета, напрягаемой — ’/is- -’As пролета. Пролетные строения мо-
гут быть монолитными или сборными.
Сборные пролетные строения состоят из ряда блоков, уложен-
ных параллельно друг другу и объединенных затем в поперечном
направлении для обеспечения совместной работы. Для небольших
однопролетных сборных мостов выгодна конструкция, в которой
пролетное строение служит распоркой, воспринимающей горизон-
тальное давление устоя (рис. 6.3,а). В нижней части устоев тоже
устраивают распорку. Работа устоев сильно облегчается, и они
могут быть выполнены в виде тонких стенок. При пролетах более
6 м блоки пролетных строений делают с пустотами (рис. 6.3,6).
Монолитные плиты (рис. 6.4, а) армируют гладкой арматурой,
стержнями периодического профиля или сварными сетками. Одну
часть продольной рабочей арматуры пропускают на всю длину
пролета, другую отгибают у опор для восприятия главных растя-
гивающих напряжений. В поперечном направлении устанавливают
распределительную арматуру.
Поперечные сечения плитных пролетнцх строений делают пря-
моугольными (плоскими) или придают их верхней поверхности
двускатные уклоны к тротуарам. В первом случае на плите устра-
ивают бетонный сточный треугольник, иа который укладывают
гидроизоляцию, во втором под гидроизоляцию дают тонкий вы-
равнивающий слой раствора. Поверх гидроизоляции укладывают
защитный слой бетона класса не ниже В20 толщиной 4 см и по не-
му асфальтобетонное покрытие 5—6 см.
133
Рнс. 6.3. Плитные мосты под автомобильную дорогу:
блок сборного пролетного строения; 2 — блок тела опоры; 3 — бл<
4 -- поперечная напрягаемая арматура; Я — распорка
Чтобы в треугольных консолях не возникали дополнительные
напряжения от работы на изгиб, совместно с пролетным строением
их обычно разрезают несколькими продольными швами, доходя-
щими до верха плиты пролетного строения.
Блоки пролетных строений сборных мостов назначают шириной
0,5—1,5 м. В поперечном сечении их делают сплошными или полы-
ми. Наиболее употребительны полые блоки с прямолинейной на-
прягаемой арматурой из отдельных высокопрочных проволок, про-
волочных прядей или высокопрочных стержней периодического
профиля. На арматуре обычно не устраивают никаких анкерных
закреплений и все усилия напряжения передают на бетон за счет
сил сцепления. При пролетах 6—9 м блоки пролетных строений
делают с цилиндрическими пустотами (рис. 6.4, б), а при пролетах
12—18 м — с овальными (рис. 6.4, г). Широко применяют унифи-
цированные конструкции сборных элементов из предварительно
напряженного железобетона для плитных мостов пролетами 6, 9,
12, 15 и 18 м, армированных стержневой арматурой классов A-IV
и A-V по типовому проекту серии 3.503-12, разработанному Союз-
дорпроектом в 1973 г. Ширина элементов 99 см (см. рис. 6.4). Ос-
новные данные по этим пролетным строениям приведены в
табл. 6.3. К плитным мостам можно отнести также конструкции,
134
Рис. 6.4. Поперечное сечение плитных пролетных строений под автомобильную
дорогу:
I — пазухи для омоиоличиваиня сборных блоков; 2 — арматурная сетка; 3 — бетон
оыонолнчивания; 4 — струнодоски; 5 — поперечная напрягаемая арматура в диафрагмах
Таблица 6.3
Расчетный прол ст /Р.М Габаритные размеры. Количество блоков при тротуарах 1,0 м для габаритов проезда б^и Йюка.
г-7 г-в г-10
6.0 5,6 39x99x600 9 10 12 1,25 3,1
9,0 8,6 57x 99 x900 9 10 12 2,28 5.7
12,0 11,5 74 X99X1200 9 10 12 3,8 9,5
15,0 16.0 14,4 75 x99x1500 9 10 12 4.75 11,9
17.4 91x99x1800 9 10 12 6.49 16.3
составленные из двутавровых предварительно напряженных эле-
ментов (рис. 6.4,6), в которых полки, примыкая, образуют сплош-
ные плиты.
Сборные блоки объединяют в сплошное пролетное строение
омоноличиванием продольных швов между блоками, имеющими
специальные пазухи (см. рис. 6.4, б, г), или натяжением попереч-
ной арматуры в диафрагмах (см. рис. 6.4, б).
В некоторых случаях применяют сборно-монолитные конструк-
ции пролетных строений (рис. 6.4, в), в которых по сборным пред-
варительно напряженным элементам (армоэлементом, струнодос-
кам) укладывают на месте слой бетонной смеси, объединяющий
конструкции в одно целое. Конструкции струнодосок разработаны
для пролетов 2—10 м.
Для перекрытия пролетов более 6—8 м конструкциями с нена-
прягаемой арматурой и для пролетов более 15—18 м с напрягае-
мой арматурой применяют ребристые балочные пролетные
строения, состоящие из главных балок (ребер) и плиты проезжей
части.
В монолитных разрезных ребристых пролетных строениях
(рис. 6.5, а) расстояние Ь между главными балками составляет
2—3 м (рис. 6.5,6). Главные балки связывают между собой в по-
перечном направлении поперечными балками (диафрагмами),
обычно располагаемыми на расстояниях а=44-6 м друг от друга
(см. рис. 6.5,а). Иногда между главными балками делают второ-
степенные продольные балки, уменьшающие пролет плиты
(рис. 6.5, е). В этом случае расстояние между главными балками
может быть увеличено до 4—6 м.
Конструкция сборных пролетных строений определяется обра-
зующими их блоками, назначаемыми с учетом условий изготовле-
ния, транспортирования и монтажа. Применяют различные спосо-
бы членения пролетных строений на блоки и различные сечения
этих блоков.
Были распространены пролетные строения, составленные из
блоков (балок) таврового сечения (рис. 6.5, в) с полудиафрагма-
136
Рис. 6.5. Основные виды балочных ребристых мостов под автомобильную дорогу:
t — сборные балки; 2 — монолитная плита проезжей части; 3 — сборные балки, объеди-
няемые и совместную работу монолитной плитой; 4 — сборная диафрагма; S — сборная
плита проезжей части; 6 шарнирные опирания подвесных пролетных строений па
консоли; 7 — противовес
ми. Блоки объединяли стыкованием полудиафрагм путем сварки
арматурных выпусков или металлических закладных частей. Пли-
ту соседних блоков обычно не стыкуют, так что она работает в по-
перечном направлении как консоль. Пролетные строения могут
быть образованы из балок П-образного сечения (рис. 6.5, г). Швы
между балками заполняют бетоном или раствором. Лучшее объе-
динение таких блоков достигается сваркой выпусков поперечной
арматуры или стальных закладных частей, сделанных в блоках,
или высокопрочными болтами. Находят применение сборно-моио-
литные конструкции пролетных строений (рис. 6.5, <Э), в которых
сборные блоки объединяют между собой бетонируемой на месте
плитой проезжей части и диафрагмами. Широкое применение по-
лучили бездиафрагменные пролетные строения из тавровых
(рис. 6.5,ж) или двутавровых балок, стыкуемых между собой по
плите проезжей части. Основные данные по действующему типово-
му проекту этих пролетных строений приведены в табл. 6.4.
Здесь диафрагмы отсутствуют совсем или их устраивают сбор-
ными и только на концах пролетного строения. В отдельных слу-
чаях встречаются пролетные строения из V-образных балок, на ко-
торые укладывают сборные плиты проезжей части (рис. 6.5, з).
Современные транспортные и подъемные средства позволяют
применять цельнопролетные балочные блоки длиной до 33 м. При
больших пролетах масса каждой балки значительно увеличивает-
ся, и доставка их затрудняется. В этом с луч at балки изготавливают
на приобъектных полигонах или же применяю! конструкции с чле-
ненными по длине балками. Такие члененные балки собирают на
месте строительства из отдельных блоков, транспортирование ко-
торых не представляет трудностей.
Главные балки монолитных разрезных пролетных строений
имеют высоту ’/в—712 пролета, а балки сборных —' '/12—'/го проле-
та и меньше. С увеличением пролета размеры главных балок уве,-
i*
а»
Таблица 6.
g
5
h si 8 S Ширина верхней плиты балки, см Объем бетона балки. Масса балкн. т
крайней лромсжу- крайней промежу- крайней промежу-
11.4 90 194 180 6.8 6,55 17,0 16,4
14.4 90 194 180 8,45 8,13 21.1 20,3
17.4 120 194 180 11,45 11,10 28,7 27,8
20,4 120 194 180 13,32 12,89 33,3 32.3
23,6 120 194 180 . 15,20 14,10 38,0 36,8
32,2 150 194 180 23,20 • 22,50 57,9 56,3
32,2 170 194 180 24.40 23,60 60,9 59,0
138
Рис. 6.6. Ориентировочный расход материалов и стоимость железобетонных мос-
тов под автомобильную дорогу (на I м2 поверхности моста):
I - расход железобетона в балочно-разрезных пролетных строениях; 2 — то же в би-
лочно-неразрезных и рамных; 3 — суммарный расход арматуры в пролетных строениях;
4 — стоимость моста, включая стоимость его опор (в цепах 1984 г.)
лнчиваются и при пролетах 30—40 м становятся значительными.
Поэтому при пролетах более 30 м целесообразны пролетные строе-
ния неразрывной или консольной системы.
Неразрезные балочные пролетные строения (рис. 6.5, и) благо-
даря разгружающему влиянию отрицательных моментов над про-
межуточными опорами имеют в середине пролета меньшую высоту
главных балок по сравнению с разрезными, что уменьшает общий
объем железобетона в конструкции. Неразрезная система дает эко-
номию и в объеме опор, так как на каждой из них необходима
только одна опорная часть вместо двух при разрезной системе.
Кроме того, размещая опорную часть по оси быка, обеспечивают
центральную передачу опорного давления. Высота балок нераз
резных мостов в середине пролета Л= (’/is-i-Vas)/, над опорами
hi= (1,3-? 1,8) /. При пролетах до 63—105 м неразрезные главные
балки делают постоянной высоты или с прямолинейным увеличе-
нием высоты в виде вутов над промежуточными опорами. При
пролетах от 105 до 147 м применяют неразрезные пролетные
строения криволинейного очертания и коробчатого поперечного се-
чения (рис. 6.5,к). В середине пролета таких балок нх высота h=
= (Vao-j-'/so) 1> а у опор ft| = ('Лг-Ь- ж/«) /•
Неразрезные пролетные строения чаще всего делают двух-,
трех-, четырех- и пятипролетными. Большое количество неразрез-
ных пролетов применяют редко, так как при большой непрерывной
длине балки возникают значительные перемещения на опорах от
изменения температуры и усадки бетона. В двухпролетных нераз-
резных балках оба пролета обычно делают одинаковыми. При
большом числе пролетов крайние пролеты целесообразно делать
несколько меньшими, т. е. h = (0,64-0,8)/. Это выравнивает изги-
бающие моменты в средних и крайних пролетах.
139
В балочно-консольных ребристых пролетных строениях глав-
ные балки разгружаются консолями, вызывающими отрицатель-
ные моменты над опорами (рис. 6.5,л, л). Высота консольных ба-
лок примерно такая же, как и у неразрезных балок того же про-
лета. Пролеты консольных мостов принимают от 24—33 до 63—
84 м, вылет консоли /3= (0,24-0,3)/, а длина подвесного пролетно-
го строения /2= (0,254-0,5)/. В небольших мостах и путепроводах
применяют однопролетные двухконсольные пролетные строения
(рис. 6.5, н). Их консоли позволяют осуществить простое сопряже-
ние моста с насыпью, не требующее устройства устоев. При необ-
ходимости уменьшить высоту балки устраивают на концах консо-
лей противовесы, разгружающие балку в середине пролета. Боль-
шие противовесы, обычно загруженные тощим бетоном, позволяют
уменьшить высоту балок в середине пролета (рис. 6.5, о) до h=
= (’/зо-т-'Ао)/. но на опоре их высота достигает hi = (24-3)h.
Расход материалов на балочные ребристые железобетонные
мосты, а также их стоимость колеблются в достаточно широких
пределах, так как зависят от многих причин (рис. 6.6).
6.3. Конструкция разрезных балочных пролетных строений
с ненапрягаемой арматурой
Конструкция пролетных строений в большой степени зависит
от вида арматуры и способа ее размещения. В качестве ненапря-
гаемой арматуры применяют отдельные стержни гладкие или пе-
риодического профиля, сварные сетки и арматурные каркасы.
Сварные сетки изготавливают заранее на заводах или полиго-
нах, соединяя пересекающиеся стержни контактной сваркой, и в
готовом виде устанавливают в конструкцию или отдельно собирае-
мый арматурный каркас.
Основным несущим элементом конструкции проезжей части же-
лезобетонных мостов служит плита. В тавровых балках под же-
лезнодорожную нагрузку (рис. 6.7) плиту не стыкуют с
плитой соседних балок; она работает как консоль, защемленная в
ребре, и основная ее рабочая арматура расположена в растянутой
верхней зоне. Вся арматура плиты запроектирована с применением
заранее заготавливаемых сеток. Сварные сетки консолей плиты,
сетки бортиков и вутов изготавливают на заводах с применением
контактно-точечной электросварки. При изготовлении пролетных
строений на полигонах вместо сварных сеток применяют сетки с
соединением перекрещивающихся стержней вязальной проволо-
кой. Рабочая арматура ребра — стержни периодического профиля
из углеродистой горячекатаной стали класса А-П марки ВСт5сп2.
В сборных пролетных строениях под автодорожную на-
грузку плита проезжей части, составляя одно целое с балками,
работает по-разному в зависимости от их конструкции.
140
я
Рис. 6.7. Конструкция ребристого пролетного строения длиной 14,3 ы под же-
лезнодорожную нагрузку:
а — продольный разрез по оси балки; б — деталь расположения арматуры в нижнем
поясе (в середине пролета); а — поперечное сечение балки в середине пролета-
В тавровых балках с диафрагмами плиту обычно не стыкуют с
плитой соседних балок-, она работает как консоль, защемленная в
ребре, и ее армируют только в растянутой верхней зоне. Тол-
щина на конце такой консольной плиты должна быть не менее
8—10 см.
Из производственных соображений толщину плиты проезжей
части назначают ие менее 12 см, или ’/25 расчетного пролета для
балочных плит и Vso — для плит, опертых по контуру. Стержни
рабочей арматуры плиты располагают так, чтобы защитный слой
бетона (расстояние в свету между поверхностью бетона и краем
стержня) был не менее 2 см. Их диаметр должен быть не менее
10 см, а расстояние между соседними параллельными стержнями
может составлять от 20 до 5 см. Стержни распределительной арма-
туры, располагаемой конструктивно в направлении, перпендику-
лярном к рабочей арматуре, должны иметь диаметр не менее 6 мм
и устанавливаться в количестве не менее 4 шт. на 1 м ширины плн-
141
ты. Кроме того, распределительную арматуру надо ставить во всех
местах перегиба рабочей арматуры. На участках действия отрица-
тельных изгибающих моментов рабочую арматуру вверху плиты
устанавливают иа длине —*/6 пролета плиты, а нижиюю рабо-
чую арматуру обязательно доводят до опоры в количестве не ме-
нее трех стержней на 1 м ширины плиты или lU (по площади сече-
ния) нижней арматуры в середине пролета.
Главные балки пролетных строений можно армировать отдель-
ными стержнями или сварными каркасами. Диаметр рабочей ар-
матуры принимают не менее 12 мм, защитный слой бетона для нее
не менее 3 см и не более 5 см от боковой или нижией поверхности
балок. Стержни рабочей арматуры можно отгибать в верхнюю зо-
ну. Диаметр хомутов — не менее 8 мм. Защитный слой бетона ме-
жду хомутами и боковой или нижней поверхностями балок должен
Рис. 6.8. Конструкция сборной балки с плоскими сварными каркасами под ав-
томобильную нагрузку
142
быть не менее 2 см. Каждый хомут должен охватывать в одном
ряду более пяти растянутых и не более трех сжатых стержней. Рас-
стояние между соседними хомутами вдоль балки назначают не бо-
лее 20 диаметров хомута, или 20 см.
Наибольшее распространение иенапрягаемая арматура в сбор-
ных балках получила в виде многорядных сварных каркасов
(рис. 6.8). Они просты в изготовлении, удобны в монтаже, их при-
меняют в балках длиной до 20 м.
Сварной каркас состоит из ряда стержней продольной рабочей
арматуры, уложенных друг на друга без промежутков и сварен-
ных между собой продольными швами толщиной не менее 4 мм.
Если в одном вертикальном ряду поставлено более трех-четырех
стержнёй, то над ними устанавливают прокладки того же диамет-
ра и длиной не менее шести диаметров, а далее ставят три-четыре
стержня без разрыва. Просветы, образованные прокладками, обес-
печивают лучшее сцепление с окружающим бетоном. Расстояние
между соседними вертикальными каркасами должно быть не ме-
нее 5 см или двух диаметров рабочей арматуры. Защитный слой
бетона тот же, что и для отдельных стержней. Рабочие стержни
продольной арматуры каркаса можно отгибать под углом 30—60°,
но не менее двух стержней от всех каркасов должны быть доведе-
ны до опоры. Радиус отгиба должен быть не менее 12 диаметров
отгибаемого стержня периодического профиля или 10 диаметров
для гладкого стержня (см. рис. 6.8).
Допускается приварка дополнительных отогнутых стержней к
стержням основной арматуры. В этом случае к каждому стержню
рекомендуется приваривать не более двух дополнительных отгибов
с диаметром, в 2 раза меньшим диаметра основного продольного
стержня.
Такие отгибы прикрепляют сварными швами длиной не менее
12 диаметров отгиба (при односторонней сварке). При сварке про-
дольных стержней и отгибов в каркасе с двух сторон длину всех
сварных швов уменьшают вдвое. Расположение отгибов определя-
ют расчетом, но на участке с отгибами в каждое вертикальное се-
чение балки должен попадать хотя бы один отгиб. Вдоль боковых
стенок балки устанавливают продольную арматуру периодическо-
го профиля диаметром 8—14 мм на расстояниях по высоте 10—12
диаметров. Эта арматура предохраняет бетон от появления уса-
дочных трещин. Арматуру ставят снаружи хомутов.
Пролетное строение моста из сборных тавровых балок с диаф-
рагмами или полудиафрагмами монтируют, соединяя свайной»
сваркой выпуски арматуры из диафрагм и омоноличивая их бето-
ном на месте монтажа.
Диафрагмы сборного пролетного строения армируют верхней и
нижней продольной рабочей арматурой и хомутами. Отгибы в ди-
афрагмах для упрощения армирования стараются не делать.
143
Стык полудиафрагм иногда предусматривают с помощью за-
кладных деталей — планок, привариваемых к концам продольной
арматуры полудиафрагм. На эти плаики при монтаже пролетного
строения приваривают накладки, что обеспечивает соединение ба-
лок и их совместную работу под нагрузками.
Тавровые балки, ие имеющие диафрагм (см. рис. 6.8), объеди-
няют в пролетное строение омоноличиванием выпусков арматуры
из плиты проезжей части. Плита проезжей части в этом случае ра-
ботает ие только как упруго защемленная в ребрах, ио и принима-
ет участие в общей работе пролетного строения в поперечном на-
правлении под временной нагрузкой, так как другой связи между
балками, кроме плиты, нет.
Изгибающие моменты (положительные и отрицательные) мо-
гут возникать в такой плите как в пролете, так и на ее опорах у
•балок, поэтому рабочую арматуру плиты располагают непрерывно
в верхней и нижней зонах. В стыке между плитами соседних балок
арматуру в виде петель заводят внахлестку иа длину не меиее 20
ее диаметров и для лучшей связи ставят дополнительную конст-
руктивную арматуру и хомуты (см. сечение Б—Б на рис. 6.8).
Рабочую арматуру плиты проезжей части располагают всегда
поперек осей главных балок пролетного строения. Исключение со-
ставляют плиты, опертые по контуру, т. е. передающие свои уси-
лия как главным балкам, так и диафрагмам. Плиту считают опер-
той по контуру, когда расстояние между соседними диафрагмами
меньше удвоенного расстояния между соседними главными бал-
ками. В этом случае рабочую арматуру плиты (в верхней и ниж-
ней зонах) устанавливают в двух перпендикулярных направлениях
как поперек, так и вдоль направления главных балок.
6.4. Конструкции разрезных балочных пролетных строений
с напрягаемой арматурой
Предварительно напряженные железобетонные конструкции
могут иметь два различных вида арматуры: напрягаемую до бе-
тонирования (на упоры) и напрягаемую после бетонирования (на
бетон).
Конструкции с арматурой, напрягаемой до бето-
нирования, изготавливают на специальных стационарных или
подвижных стендах. После натяжения арматуры и установки опа-
лубки бетонируют элемент конструкции. По достижении бетоном
заданной прочности натянутую арматуру освобождают от анкер-
ных устройств н она, укорачиваясь, обжимает бетон. На одном
стенде можно одновременно изготавливать одну или несколько ба-
лок, расположенных одна за другой. Натягивать арматуру можно
различными способами. Наиболее распространены стенды с иа-
144
арматуры до бетонирования:
Рис. 6.9. Схемы устройства для натяжения
1 подвижная траверса с закрепленной в nelt арматурой; 2 — батарея домкратов; 3 —
упоры стенда; 4 — напрягаемая арматура; 5 — оттяжка; 6 — бетонируемая балка; 7 —
стенд; в - кассета; 9 — арматура, подвергаемая электронагреву; 10 — подвижной ролик,
напивающий арматуру; И — конец напрягаемой арматуры, отходящий к натяжному
устройству; 12 — анкеры для навивки арматуры; 13 — основание кассеты
пряжением арматуры гидравлическими домкратами (рис. 6.9.а).
В этом случае стенд имеет упоры, сквозь которые пропущены эле-
менты арматуры и закреплены в подвижных траверсах. Батареи
домкратов, расположенные между упорами и траверсами, двигают
траверсы, натягивая арматуру. После твердения бетона траверсы
возвращают в начальное положение, а сокращающаяся арматура
передает обжатие бетонной балки через сцепление с бетоном и
специальные анкеры.
В некоторых случаях возможно натяжение арматуры методом
электронагрева (рис. 6.9,6). Стержни арматуры нагревают, про-
пуская через них ток, пока они не удлинятся. Затем их устанавли-
вают в кассеты и закрепляют концы. Остынув, они сократятся в
длине и натянутся. Элемент конструкции бетонируют в кассете.
После отвердения бетонной смеси освобождаются концы натяну-
тых стержней, которые, укорачиваясь, обжимают бетон.
Применяют также метод непрерывной навивки арматуры
(рис. 6.9,в). Подвижной ролик наматывает арматуру на анкеры,
расположенные на общем основании кассеты. Специальное устрой-
ство поддерживает в арматуре постоянное натяжение. После окон-
чания бетонирования балки и приобретения бетоном достаточной
прочности основание кассеты с анкерами убирают и освобожден-
ная арматура обжимает балку.
145
Для придания напрягаемой арматуре криволинейного (полиго-
нального) очертания стенды снабжают оттяжками, закрепляющи-
ми арматуру в местах перегибов (см. рис. 6.9,а).
В зависимости от пролета балки и типа стенда напрягаемая ар-
матура и конструкция балок могут быть различными. Получили
распространение балки с напрягаемой арматурой в виде пучков по
15—24 проволоки диаметром 5—7 мм (рис. 6.10,а). В таком пучке
усилие предварительного напряжения не может быть передано бе-
тону одним только сцеплением, поэтому пучковую арматуру снаб-
жают анкерами (см. узел / на рис. 6.10). Для усиления бетона в
месте передачи сосредоточенного усилия перед анкерами устанав-
ливают спираль из обычной арматуры. Напрягаемая арматура мо-
жет иметь полигональное очертание с анкерами каркасно-стерж-
невого типа, расположенными вблизи торца балки (см. рис. 6.10,а).
В других случаях применяют только прямолинейные пучки арма-
туры (рис. 6.10,6) с анкерами, расположенными в различных мес-
тах по длине пролета балки. Арматуру за анкером выключают из
работы, для чего ее изолируют от сцепления с бетоном паклей, про-
питанной битумом, или обмоткой из бумаги на битумной обмазке.
Такая изоляция предохраняет балку от нежелательного обжатия
арматурой вблизи опор. Пучки напрягаемой арматуры обычно рас-
полагают в несколько рядов, причем расстояние в свету между
соседними пучками по вертикали должно быть равно или менее
5 см или диаметра пучка и по горизонтали равно или менее 6 см
или диаметра пучка.
Защитный слой бетона от пучка до нижней или боковой грани
должен быть равен или менее 4 см, а от верхней равен или ме-
нее 3 см.
Кроме напрягаемой арматуры, балки имеют и нснапрягаемую
в виде конструктивных продольных стержней, хомутов в стенке
балки, стержней в плите проезжей части и диафрагмах. Шаг хо-
мутов принимают не более 20 см. Вблизи опор хомуты должны
иметь диаметр не менее 10 мм и шаг не более 10 см. Если в балке
имеются напрягаемые хомуты, то ненапрягаемые хомуты из обыч-
ной арматуры ставят с шагом ие более 30 см. В нижнем поясе ба-
лок, где расположена напрягаемая арматура, ставят по контуру
сечения замкнутые хомуты диаметром 6—8 мм с шагом не более
20 см.
Иногда в качестве напрягаемой арматуры применяют высоко-
прочные стержни периодического профиля (рис. 6.10,г), некото-
рые располагают в несколько рядов с расстоянием в свету между
стержнями не менее 3 см или полуторного их диаметра.
Показанная на рис. 6.10, г балка имеет в верхней части выступ
и выпуски хомутов, необходимые для омоноличивания с плитой
проезжей части, бетонируемой на месте после установки сборных
балок.
146
Вместо пучковой арматуры из параллельных проволок могут
применяться пряди (рис. 6.10, в) из двух—семи проволок периоди-
ческого профиля. Пучок может состоять из таких прядей.
Для балок небольшого пролета (8—15 м) применяют напря-
гаемую арматуру из отдельных проволок диаметром 2—8 мм или
прядей, расположенную без отгибов в верхней и нижней полках
балок аналогично конструкциям балок плитных мостов. Неболь-
шая часть напрягаемой арматуры, расположенная в верхней зоне
балки, предохраняет ее от появления трещин в момент обжатия
нижней напрягаемой арматурой, а также при транспортировании
и монтаже. Если арматура из гладких проволок, то на ней могут
быть сделаны анкеры (см. рис. 6.10, в) для увеличения сцепления
с бетоном. Расстояния в свету между соседними проволоками дол-
147
жны быть не менее 1 см, а между прядями — не менее 3 см или
1,5 диаметра пряди. Защитный слой бетона от нижней грани — не
менее 3 см, а от боковых и верхней — не менее 2 см.
Сборные балки объединяют в пролетное строение стыкованием
по диафрагмам или омоноличиванием верхних полок, как и в бал-
ках с ненапрягаемой арматурой (см. рис. 6.8). Иногда для объеди-
нения применяют напрягаемую арматуру, расположенную поперек
пролета моста в плите проезжей части или в диафрагмах.
Предварительно напряженные пролетные строения железнодо-
рожных мостов в настоящее время применяют для пролетов дли-
ной до 27 м с натяжением в них арматуры на упоры до бетониро-
вания. В качестве основной рабочей арматуры наибольшее рас-
пространение получила высокопрочная стальная арматура в виде
пучков из параллельных проволок диаметром до 5 мм. Концы пуч-
ков при натяжении до бетонирования закрепляют в специаль-
ных упорах, а против проскальзывания пучков в бетоне применя-
ют промежуточные или внутренние анкеры каркасно-стержневого
типа.
Для разрезных балочных пролетных строений с арматурой, на-
прягаемой до бетонирования, широко применяют типовые конст-
рукции.
В железнодорожных мостах эти типовые конструкции в виде се-
рии «Сборные пролетные строения из предварительно напряженно-
го железобетона длиной. 16,5—27,6 м» (инв. № 556) разработаны
Ленгипротрансмостом и утверждены МПС в 1975 г. Основные дан-
ные по этим типовым конструкциям приведены в табл. 6.5. Про-
летные строения запроектированы под временную нагрузку С14
для установки их на прямых участках пути и кривых радиусом
/?^600 м. Напрягаемая арматура — пучки из высокопрочной про-
волоки класса ВП по 24 05 мм, иенапрягаемая арматура классов
А-Н и A-I, бетон балок класса ВЗО, приставных консолей и троту-
арных плит класса В22.5. Пролетные строения поставляют на ме-
сто установки с готовой изоляцией балластного корыта комплект-
Та блица 6-5
I1IID. № Строительная высота от подошвы рельсов. бетона на Масса арматуры на пролетное строение классов,т 1L-
проекта 11; В ф до низа прол cTlhXl
И конструк- ции D Про- до верха опорной площадки строение. ВП Л-1 А-п ш
556/12 16,5 15,8 190 212 35,2 1,83 1,20 3.22 46,9
556/13 18,7 18,0 205 243- 46,2 2,36 1,37 3,97 60,9
556/14 23.6 22,9 235 285 64,3 3,86 1.75 4,64 82,9
556/15 27,6 26.9 275 325 83,0 4,91 2,10 7.18 107,6
148
Рис. 6.11. Типовое пролетное строение длиной 23,6 м под железнодорожную
нагрузку:
а — расположение напрягаемоП арматуры на нриопорном участке блока; б — располо-
жение арматуры в поперечном сечении в середине блока: в — контурные размеры попе-
речных сеченип блока в середине пролета и у опоры
ио с тротуарными консолями, тротуарными и другими плитами.
Расстояние между осями балок 1,80 м для всех пролетов серии.
Типовое пролетное строение длиной 23,6 м приведено на
рис. 6.11.
Для пролетных строений под автомобильную нагрузку приме-
няют конструкции с арматурой, напрягаемой после бетонирования.
В таких пролетных строениях сначала бетонируют балку, а затем
натягивают арматуру. Из различных конструкций и способов ар-
мирования наиболее широкое применение получили конструкции с
арматурой в виде пучков из параллельных проволок, проволочных
прядей или из крученых проволочных канатов. Применяют также
арматуру из высокопрочных стальных стержней большого диамет-
ра. Арматуру закрепляют на концах анкерами, которыми она пе-
редает свое натяжение бетону. Напряжение в арматуре создается
домкратами после приобретения бетоном необходимой прочности,
при этом используется для их упора непосредственно напрягаемая
149
Рмс. 6.12. Типы анкеров
арматуры, напрягаемой после бетонирования:
— анкер; 2 - прокладки; 3 — напрягаемая балка; 4 — элемент напрягаемой арматуры;
5 — анкерная гайка; 6 - конус; 7 — обойма анкера
конструкция. Арматура может быть расположена открыто или за-
ключена в каналы, проходящие сквозь бетон конструкции. Анкеры
предварительно напряженной арматуры могут быть трех типов.
Анкер первого типа заранее соединяют с напрягаемым арма-
турным элементом (рис. 6.12,а). Домкрат крепится на этот анкер
и натягивает арматуру, упираясь в бетон балки и обжимая его
(рис. 6.13,а). В образовавшийся зазор устанавливают прокладки,
которые после снятия усилия в домкрате передают его на бетон.
Аналогичный способ натяжения применяется при втором типе
анкеров, которые навинчиваются на резьбу конца арматурного
элемента — обычно высокопрочного стержня (рис. 6.12, б). Дом-
крат натягивает ремень через резьбу за гайкой, а гайку завиичи-
Рис. 6.13. Схемы домкрата для натяжения арматуры и анкера пучка проволок
с высаженными головками на концах:
I — домкрат; 2 — поршень; 3 — камера со сжатым маслом; 4 — тянущий шток; 5 —
захват домкрата и анкер арматуры; 6 — напрягаемая арматура; 7 — обжимаемая балка;
в — гайка для закрепления анкера а натянутом состоянии; 9 — полость с внутренней
нарезкой для тянущего штока домкрата; 10 - проволоки пучка арматуры с Высаженными
головками на концах; /I — головки на конце проволоки
150
вают до упора, ликвидируя обра-
зовавшийся зазор. После снятия
усилия в домкрате оно передает-
ся на бетон через эту гайку.
Анкерами третьего типа
(рис. 6.12,в) закрепляют напря-
гаемую арматуру, заклинивая ее
в анкере специальным конусом.
Этот способ наиболее распрост-
ранен, так как не требует ника-
кой специальной обработки кон-
цов напрягаемой арматуры, но
для натяжения и закрепления ар-
матуры в таких анкерах необхо-
димы специальные домкраты
двойного действия. Для натяже-
ния концы проволок закрепляют
в зажимах натяжного домкрата
двойного действия (рис. 6.14,а).
Анкер состоит из обоймы и кону-
са. При нагнетании масла в ка-
I Я7
Рис. 6.14. Схема домкрата двойного
действия для натяжения арматуры:
I — иятяжпой цилиндр домкрата; X —
камера со сжатым маслом для натяже-
ния арматуры; 3 — зажимы для прово-
лок пучка; 1 — камера с маслом для
запрессовки конуса анкера; 5 — толкаю-
щий шток; 6 — пота домкрата, упираю-
щаяся в анкер; 7 — обойма анкера; в —
обжимаемая балка: 9 — проволоки на-
прягаемой арматуры; 10 — конус анкера
меру домкрата тянущий цилиндр
перемещается и натягивает проволоки пучка. Домкрат при этом
упирается в анкер и через него передает усилие на бетон элемен-
та, обжимая его. После достижения расчетного натяжения прово-
лок нагнетают масло в другую камеру домкрата, не сбрасывая
давление в первой камере, тогда шток домкрата запрессовывает
конус в обойму анкера (рис. 6.14,6). После этого можно сбросить
давление и снять домкрат. Пучок остается натянутым и закреп-
ленным в анкер.
В СССР применяют анкеры со стальной обоймой и коническим
отверстием. В это отверстие запрессовывают коиус из закаленной
стали, имеющий рифленую поверхность. Силы треиия удерживают
натянутые проволоки пучка, защемленные между конусом и обой-
мой (рис. 6.15, а). Аналогичную конструкцию имеет анкер для
ссмипроволочных прядей (рис. 6.15, б), который отличается толь-
ко большими размерами и большим количеством проволок
пучка.
Нашли применение анкеры, в которых проволоки пучка закреп-
лены в результате образования на их концах утолщений — голо-
вок (рис. 6.13, б). Эти головки высаживают в холодном состоянии
на специальном станке. Анкер относится к первому или второму
типу. Его оттягивает шток домкрата, ввертываемый в центральное
отверстие, а образовавшийся при натяжении арматуры зазор по-
гашается завинчиванием гайки по наружной нарезке анкера. По-
сле натяжения арматуры через отверстия в конусах или анкерах
151
Рис. 6.15. Конусный анкер:
а — пучкояоП арматуры: б - ирялевой арматуры;
— проволоки пучка; 2 — пряди нт семи прополок каждая
нагнетают цементный раствор в каналы, который целиком запол-
няет их и предохраняет арматуру от ржавления.
Поскольку арматуру натягивают после твердения бетона, бал-
ки большого пролета целесообразно составлять по длине из от-
дельных блоков, имеющих размеры и массу, удобные для транс-
портирования. Для установки такой балки в пролет ее собирают
из отдельных блоков на площадке. Затем заполняют швы между
блоками бетонной смесью или раствором. Возможна также обмаз-
ка торцов блоков специальными клеями на основе эпоксидных
смол. Арматурные пучки устанавливают в каналы одновременно с
установкой блоков или после сборки всей балки. Когда- бетон,
раствор или клеи в швах приобретают требуемую прочность, натя-
гивают арматурные пучки, после чего балка работает как целая.
В СССР широко применяют типовые унифицированные кон-
струкции предварительно напряженных пролетных строений мос-
тов для пролетов 12—42 м под автомобильную нагрузку, разрабо-
танные Союздорпроектом. Ребристые пролетные строения не име-
ют диафрагм, главные балки соединяют между собой по плите
проезжей части так же, как в ненапряженных бездиафрагменных
балках (см. рис. 6.8), или через закладные детали (рис. 6.16, а
узел /), расположенные вдоль края плиты каждой балки с шагом
1 м. Возможно поперечное объединение бездиафрагменных балок
натяжением пучков поперечной арматуры, проходящей в плите
проезжей части (рис. 6.16, б). В этом случае напрягаемую армату-
ру располагают в специальных каналах, а продольные стыки плит
соседних балок заполняют раствором или бетонной смесью.
Если балки имеют диафрагмы (рис. 6.16, в), то их объединяют
в поперечном направлении стыкованием обычной арматурой ди-
афрагм или поперечной напрягаемой арматурой в диафрагмах.
152
Рис. 6.16. Поперечные сечения пролетного строения с натяжением арматуры
после бетонирования:
I — наклонный металлический лист; 2 — соединительная накладка; 3 -- стержень; 4 —
анкерный коротыш; 5 — стержни арматуры; 6 — канал для пропуска поперечной напря-
гаемой арматуры
Плиту проезжей части тогда не стыкуют, и она работает как кон-
сольная.
Унифицированные составные балки длиной 42 м (рис. 6.17) ар-
мируют пучками из 48 проволок диаметром 5 мм, постепенно от-
гибаемыми из нижней зоны к верхней при приближении к опорам
(рис. 6.17, а). Сама балка состоит из концевых (торцовых) бло-
ков длиной по 3 м и шести промежуточных длиной по 6 м. Прово-
локи пучков класса ВП, бетон блоков класса В35. Каналы для
пучков напрягаемой арматуры расположены в теле бетона так,
чтобы между ними расстояние в свету было не менее 7 см или од-
ного диаметра канала. Пучок имеет диаметр на 15—20 мм мень-
ше диаметра канала.
Требования к расположению ненапрягаемой арматуры и к за-
щитным слоям бетона такие же, как для балок с натяжением ар-
матуры до бетонирования. Пучки напрягаемой арматуры отгиба-
ют по плавной ломаной линии или по кривой. Радиус отгиба дол-
153
Рис. 6.17. Конструкция составной балки длиной 42 м, напрягаемой после бето-
нирования:
1 — сборный блок: 2 — клеевой шов
жен быть не менее 4 м. Кроме напрягаемой арматуры, каждый
сборный блок армируется большим количеством ненапрягаемой
классов Л-1 и А-П в виде сеток н каркасов (рнс. 6.17, б) и уста-
навливают ее по расчету или в соответствии с конструктивными
требованиями. Разделение на каркасы и сетки обеспечивает их
удобную установку в опалубке перед бетонированием (рнс. 6.17,в).
В поперечном направлении балки омоноличивают бетонированием
выпусков арматуры плиты (см. сечение А—А на рис. 6.17, б). По-
перечный разрез пролетного строения из составных балок длиной
42 м приведен на рис. 6.16, а.
154
Рис. 6.18. Конструкция крайнего блока составной балки:
1 — пучки напрягаемой арматуры; 2 — капал для пучка; 3 — бетон конструкции; 4 —
опорная плита; 5 — капал для стержня арматуры; б — гаЛка: 7 -- стержень с накатан-
ной резьбой
Если балки объединяют поперечной напрягаемой арматурой, в
плите сборных блоков предусматривают каналы для ее пропуска
(рис. 6.18, а). Па всех торцовых блоках балок, напрягаемых пос-
ле бетонирования, а также в балках, не члененных на блоки, вбли-
зи торцов ставят усиленную арматуру в виде хомутов, поперечных
стержней и спиралей. Эта арматура воспринимает большие мест-
ные напряжения вблизи анкеров натянутых пучков.
Под анкерами укладывают металлические плиты (см. вид Б на
рис. 6.18,а). После натяжения арматуры анкеры замоноличивают
в бетон.
Напрягаемая арматура из высокопрочных стержней диаметром
более 10 мм имеет относительно меньшую прочность по сравнению
с высокопрочной проволокой. Однако ржавление для нее не так
опасно, как для тонкой проволоки, а анкерные закрепления и
натяжные приспособления весьма несложны. Балки с такой ар-
матурой находят применение как в нашей стране, так и за рубе-
жом.
На рис. 6.18, б приведено поперечное сечение сборной балки
пролетом 14 м, объединяемой с монолитной плитой проезжей час-
ти. Стержни напрягаемой арматуры имеют на концах резьбу, об-
разованную методом накатки с переменной высотой зубцов. Та-
кая резьба не ослабляет сечения стержня и позволяет плавно пе-
редать усилие натяжения на гайку, а с нее — через опорную пли-
155
ту на бетон конструкции. Натяжной домкрат навинчивают на ко-
нец стержня, который натягивают до заданного усилия, а анкеров-
ку обеспечивают подвертыванием гайки до упора в опорную пли-
ту. Сборные балки, работающие совместно с монолитной плитой
проезжей части, применяют и при пучковой или прядевой армату-
ре. Во многих случаях они целесообразны, так как, будучи отделе-
ны от плиты проезжей части, имеют меньшую массу, легче транс-
портируются и монтируются.
6.5. Конструкция неразрезных, консольных
и температурно-неразрезных балочных пролетных строений
Неразрезные и консольные балочные автодорожные железобе-
тонные мосты больших пролетов возводят довольно часто, приме-
няя в основном напрягаемую арматуру. Конструкция пролетного
строения и схема армирования обычно зависят от способа возве-
дения моста.
В неразрезных конструкциях из монолитного бетона
(рис. 6.19, а) напрягаемую арматуру располагают по плавным
кривым. В серединах пролетов ее размещают в нижней зоне бал-
ки, а над промежуточными — в верхней для восприятия отрица-
тельных изгибающих моментов.
Па участках, где изгибающие моменты меньше, часть элемен-
тов арматуры отгибают и анкеруют на верхней или нижней грани
балки.
Монолитные пролетные строения с пролетами до 42—63 м ино-
гда возводят методом попролетного бетонирования, а сборные —
методом попролетной сборки. В этих случаях конструкцию бетони-
руют или монтируют из блоков стандартными секциями на пере-
движных подмостях. Напрягаемую арматуру устанавливают та-
ким образом, чтобы она заканчивалась в шве бетонирования (или
стыке между сборными секциями) и могла соединяться с напря-
гаемой арматурой следующей секции (рис. 6.19, б).
В мостах средних пролетов (24—42 м) возможно создание не-
разрезного пролетного строения из сборных разрезных балок
(рис. 6.19, в). После установки этих балок на опоры их омоноли-
чивают в надопорных участках и устанавливают верхнюю напря-
гаемую арматуру. В таких балках арматура может быть натяну-
та как до бетонирования, так и после. Во всех других видах пред-
варительно напряженных неразрезных и консольных пролетных
строений применяют арматуру, натягиваемую только после бето-
нирования из пучков параллельных проволок или тросом.
Неразрезные балки постоянной высоты иногда возводят мето-
дом продольной натяжки, т. е. балку собирают из отдельных бло-
ков или бетонируют целиком на насыпи, а затем выдвигают в про-
156
Рис. 6.19. Схемы армирования неразрезных балочных пролетных строений с
напрягаемой арматурой:
I — пучки напрягаемой арматуры; 2 — шоп бетонирования или монолитный стык сборных
секций; 3 - пучки арматуры, напрягаемые для объединения сборных балок о псразрез-
ное пролетное строение; 4 — арматура, напрягаемая до бетонирования; 5 — монолитный
стык сборных балок; 6 — мощный пучок напрягаемой арматуры, проходящий вдоль всей
перазрезпой балки; 7 — нижняя напрягаемая арматура для восприятия положительных
изгибающих моментов; 8 — ребра коробчатой балки
лет на опоры иногда с устройством временных промежуточных
опор. Напрягаемая арматура таких балок может состоять из от-
дельных пучков, расположенных в нижней и верхней зонах
(рис. 6.19, а) или из одного мощного кабеля плавного очертания
(рис. 6.19, д). Такой кабель из большого числа тросов заранее
157
монтируют вдоль всей балки, затем напрягают специальной бата-
реей домкратов и омоноличивают бетоном. Натягивают кабель
подвижкой специального железобетонного блока на конце балки,
в которой закреплен кабель.
Для мостов пролетами 63—126 м получили довольно широкое
распространение методы сооружения неразрезных и консольных
пролетных строений навесной сборкой и навесным бетонировани-
ем. В первом случае балку монтируют из готовых блоков крана-
ми от опоры симметрично в обе стороны до середины пролета. Во
втором случае к середине пролета от опор бетонируют части бал-
ки с помощью тележек с опалубкой. Напрягаемую арматуру та-
ких балок располагают обычно в верхней зоне в каналах или от-
крытых пазухах, так как во время сборки (или бетонирования)
балка работает на собственный вес как консоль. В эксплуатаци-
онный период на большой части балок также возникают лишь от-
рицательные изгибающие моменты. Пучки арматуры могут иметь
в каждом из установленных блоков анкеры, прижимающие каж-
дую следующую пару монтируемых блоков к собранным ранее
консолям (см. номера /—6 порядка сборки блоков на рис. 6.19, е,
ж). Когда напрягаемая арматура расположена в закрытых кана-
лах, ее можно изгибать (в плане) в верхней плите (рис. 6.19, з)
и переводить затем в ребра конструкции (см. рис. 6.19, е) для
улучшения работы на главные растягивающие напряжения. Ар-
матура, напрягаемая в открытых пазухах верхней плиты, имеет
прямолинейное очертание (рис. 6.19, и) и закрепляется анкерами
в приливах под верхней плитой (см. рис. 6.19, яс).
Арматуру каждой симметричной пары блоков натягивают дом-
кратами, установленными по ее концам.
Если в каждом блоке напрягаемую арматуру уложить петле-
образно (рис. 6.19, к), то все пучки можно натягивать из одной ка-
меры над опорой.
При навесном бетонировании пучки арматуры или арматуру
из высокопрочных стержней располагают большей частью в реб-
рах балок, а не в верхней плите, так как каналы для нее легче
устраивать в теле блока во время бетонирования. В серединах
пролетов и у крайних опор неразрезных мостов, возводимых навес-
ной сборкой или навесным бетонированием, устанавливают арма-
турные пучки небольшой длины в нижней зоне для восприятия не-
значительных положительных изгибающих моментов от времен-
ной нагрузки (см. рис. 6.19, е, яс).
Консольные мосты больших пролетов возводят аналогично не-
разрезным даже в том случае, когда в середине их пролета име-
ются балочные подвесные пролетные строения, шарнирно опираю-
щиеся на консоли.
Получают довольно широкое применение неразрезные пролет-
ные строения, возводимые методом попролетной сборки. Такие
15В
/ — закладные детали в поперечных ребрах; 2 — поперечные ребра; 3 — фиксатор гори-
* зонталыюго положения
пролетные строения из блоков плитно-ребристой конструкции, на-
званных блоками ПРК, создавались при участии ВНИИ транс-
портного строительства и успешно осуществлены на ряде больших
автодорожных и городских мостов.
Блок ПРК имеет продольные ребра — балки, поперечные реб-
ра и плиту проезжей части (рис. 6.20). Размер блоков по ширине
моста зависит от габарита и может изменяться от 10,5 до 20 м, а
по длине моста с учетом возможностей транспортных средств ог-
раничен 3 м. Высота главных ребер определяется расчетным про-
летом, классом бетона, мощностью напрягаемой арматуры и обыч-
но изменяется от 0,8 до 2,1 м.
Ширину ребра назначают с учетом размещения напрягаемой
арматуры.
Высота поперечных ребер, устраиваемых по концам каждого
блока, составляет 50—60 см.
Наличие двух главных балок в поперечном сечении пролетно-
го строения из блоков ПРК при обычных габаритах в сравнении с
многоребристыми конструкциями улучшает распределение времен-
ной нагрузки между основными несущими элементами, что приво-
дит к некоторой экономии арматуры. В поперечном направлении
для широких габаритов устанавливают два блока ПРК и более.
Класс бетона в.запроектированных конструкциях колеблется от
В25 до В35, масса блока 35—50 т.
Продольная напрягаемая арматура уложена в закрытых кана-
лах с последующим инъектированием.
159
Неразрезпые и рамно-неразрезные пролетные строения с про-
летами 27—63 м из блоков ПРК монтируют на перемещающихся
подмостях посекционно с монолитными стыками в зонах мини-
мальных моментов от постоянной нагрузки, в пределах секции
стыки клеевые.
Напрягаемую арматуру натягивают после бетонирования сты-
ка секции.
Неразрезные балки с пролетами более 63 м сооружают из бло-
ков коробчатого сечения. Напрягаемую арматуру располагают в
закрытых каналах верхней и нижней плит или в открытых пазу-
хах. После окончания натяжения арматуру закрывают бетоном
с мелким заполнителем, обеспечивая заполнение всех промежут-
ков между арматурой и хорошую связь с бетоном основной кон-
струкции.
В последнее время в связи с увеличением скоростей на автомо-
бильных дорогах и повышением требований к условиям движения
при строительстве автодорожных и городских мостов получают
широкое применение конструкции пролетных строений с мини-
мальным количеством деформационных швов. Таким требованиям
в полной мере отвечают температурно-неразрезные
пролетные ст рооени я, которые, сохраняя в процессе мон-
тажа преимущества разрезных систем, при эксплуатации имеют
преимущества неразрезных: малое количество деформационных
швов, сглаженный угол перелома над опорами, отсутствие загряз-
нений торцов балок и опорных площадок.
Температурно-неразрезпыми названы пролетные строения, об-
разованные путем объединения между собой в уровне проезжей
части разрезных балочных или плитных пролетных строений та-
ким образом, что при горизонтальных и температурных воздейст-
виях они работают как неразрезные, а при вертикальных — как
разрезные. К температурпо-неразрезным относят также объеди-
Таблица 6.6
Конструкция деформационного шва Амплитуда перемещения
Закрытый с непрерывным асфальтобетонным покрытием Закрытый с армированным асфальтобетонным покрытием С металлическим компенсатором и заполнением мастикой без окаймления То же с окаймлением С механическим креплением резинового компенсатора (К-8) С плоским скользящим листом Со скошенным скользящим листом С плавающим скользящим листом 6-10 15 15-20 20 50 100 200 300
160
пенные с консолями подвесные
пролетные строения в мостах
консольных систем.
Узел объединения пролет-
ных строений называют шар-
нирным сопряжением, участок
плиты, соединяющий пролет-
ные строения, — соединитель-
ной плитой. Объединение в
температурно-неразрезные наи-
более целесообразно для про1
летных строений длиной до
33 м включительно.
Длину цепей и их схемы на-
значают исходя из условий
расположения моста, его кон-
структивных особенностей и
климатических условий райо-
на строительства. Целесооб-
разно образовывать цепь та-
ким образом, чтобы переме-
щения А от температурных
воздействий происходили в обе
стороны от ее середины и при этом максимально использовались
возможности конструкций деформационных швов (табл. 6.6).
Температурно-неразрезные пролетные строения могут быть об-
разованы с опиранием только на подвижные опорные части при
применении хотя бы на части длины цепи слоистых резиновых
опорных частей.
Неподвижные опорные части целесообразно располагать в
средней части цепи (рис. 6.21, а), а при наличии разных проле-
тов — под пролетным строением большего пролета (рис. 6.21, б).
В длинных цепях при большом продольном уклоне может оказать-
ся целесообразным опирание нижнего по уклону пролетного стро-
ения на неподвижные опорные части (рис. 6.21, г), что приведет
к появлению усилий сжатия во всех узлах шарнирных сопряже-
ний.
В сейсмических районах температурно-неразрезные пролет-
ные строения проектируют с опиранием на подвижные слоистые
резиновые опорные части (рис. 6.21,в).
При установке пролетных строений на гибкие опоры на каждой
из них должны быть подвижные и неподвижные опорные части
(рис. 6.21,6).
В зависимости от типа пролетные строения могут быть объеди-
нены в температурно-неразрезные различными способами: ребри-
стые пролетные строения по плите проезжей части (рис. 6.22) или
161
Рис. 6.22. Схемы объединения ребристых пролетных строений по плите проез-
жей части:
о — балка с нсдобстоннрованной плитой; б — объединение при обычных опорах; в. г —
объединение при опорах с ригеле» таврового типе; д — объединение с опирание» на ри-
гель; е — объединение с применением скрытого ригеля;
/ -- арматурные выпуски; 2 -- упругая прокладка: 1„ — пролет соединительной плиты:
<1 — диаметр арматуры соединительной плиты; Ло - толщина соединительной плиты
по продольным бетонируемым стыкам, плитные — с помощью ме-
таллических стыковых накладок, по продольным шпоночным швам
и по части толщины плиты.
Соединительную плиту отделяют упругой прокладкой от ниже-
лежащих конструкций на длине, определяемой расчетом плиты.
Армирование соединительной плиты определяют из расчета на
Рис. 6.23. Переходные плиты
г — пролетное строение; 2 — устой; 3 — дорожное покрытие; - .......... - —
щебеночная подготовка; 6 — крупный или средисзсрпнстый лесок; 7 — опорный железо-
бетонный лежень; В - щебеночная подушка лежня; 9 — промежуточная плита; Ю —
основание дорожной одежды; И — грунт насыпи подходов; 12 — переходная плита жест-
кой консольной конструкции
0
Z? и
— переходная плите; 5 —
162
усилия от совместной работы с балками и на температурные на-
пряжения. Сопряжение моста с насыпью устраивают с помощью
переходной плиты.
Переходная плита — ответственное устройство в железобетон-
ных мостах всех систем, так как она предотвращает просадки на-
сыпи и обеспечивает плавное движение автомобилей при въезде
на мост с большой скоростью движения. Переходные плиты опи-
рают одним концом на устой моста, а другим — на поперечный
железобетонный лежень, расположенный в теле насыпи
(рис. 6.23, а). В поперечном направлении переходная плита состо-
ит из отдельных звеньев шириной 1—1,5 м, закрепленных на вы-
ступе устоя металлическими штырями. Под плиту и лежень устра-
ивают щебеночную подготовку. За лежнем целесообразно уложить
еще одну промежуточную плиту, обеспечивающую более плавный
переход автомобилей на конструкцию моста. В некоторых случаях
переходные плиты можно делать консольной конструкции
(рис. 6.23, б), жестко соединенной с устоем.
Конус насыпи у устоя и основание для переходных плит надо
отсыпать из крупного или среднезернистого песка.
6.6. Мостовое полотно железнодорожных и автодорожных мостов.
Устройство водоотвода и гидроизоляции.
Деформационные швы
На железобетонных пролетных строениях железнодорож-
ных мостов наиболее распространено мостовое полотно с бал-
ластным слоем (рис. 6.24, а). Балластное корыто имеет ширину
поверху не меньше 360 см, а слой балласта от низа шпалы до дна
корыта в самом высоком его месте — не меньше 25 см (в отдель-
ных случаях допускается 20 см). Для мостов длиной больше 25 м
и при расположении моста на кривой на шпалы, кроме рельсов,
устанавливают контррельсы или контруголки, предназначенные
для предупреждения резкого смещения подвижного состава с оси
моста при сходе колес с пути.
Для стока скапливающейся атмосферной воды внутренней по-
верхности балластного корыта придают продольные и поперечные
уклоны не меньше 30 % в сторону водоотводных трубок, которые
желательно располагать у краев балластного корыта (рис. 6.25,6),
так как при этом для осмотра и прочистки трубок нет необходи-
мости сдвигать шпалы. Гидроизоляцию устраивают по всей по-
верхности плиты балластного корыта. В состав гидроизоляции
входят (см. рис. 6.25, а): бетонная подготовка для выравнивания
поверхности и создания уклона к водоотводным трубкам, изоли-
рующий слой из рулонного материала (стеклосетка, изол, бути-
зол), укладываемого в два-три слоя и приклеиваемого к поверх-
ности бетонной подготовки с помощью битумных или синтетиче-
6* 163
Рис. 6.25. Общий вид балластного корыта блока железнодорожного пролетного
строения с гидроизоляцией и водоотводной трубкой:
I — блок пролетного строении; 2 бортик; 3 — подготовительный слой; 4 — гидроизо-
ляция; 5 — защитный слой; б — водоотводиви трубке
ских паст, защитный слой из цементного раствора по сетке из
стальной проволоки с ячейками 50 X 60 мм для предохранения
гидроизоляции от повреждения балластом. Водоотводные трубки,
к которым отводится вода с поверхности балластного корыта, уста-
навливают из расчета 5 см2 их поперечного сечения на 1 м2 пло-
щади водосбора. Трубки должны иметь диаметр не менее 15 см,
а концы их должны выступать из бетона не менее чем на 15 см
во избежание попадания вытекающей воды на поверхность
бетона.
Сопряжение изоляции с водоотводными трубками выполняют
особенно тщательно.
В последнее время находит применение односкатная конструк-
ция блоков железнодорожных пролетных строений, в которых по-
перечный уклон поверхности балластного корыта устраивают к
низкому бортику блока, предусматривая водоотвод через продоль-
ный шов между блоками.
Безбалластные пролетные строения с укладкой рельсов на де-
ревянные поперечины в последнее время не применяют из-за труд-
ностей крепления поперечин к железобетонным конструкциям, не-
достаточной надежности и долговечности полотна. В последние
годы расширяется применение безбалластной конструкции с креп-
лением рельса непосредственно к железобетонной плите
(рис. 6.24, б).
На автодорожных мостах покрытие проезжей части
делают асфальтобетонным или реже цементобетонным. Асфальто-
бетонное покрытие толщиной 6—8 см укладывают по слою мелко-
зернистого бетона толщиной 3—4 см класса В20, который одно-
временно служит защитным слоем для гидроизоляции. Защитный
слой усиливают сетками из арматуры диаметром 3—4 мм. При
устройстве цементобетонного покрытия его укладывают непосред-
ственно по слою гидроизоляции. В некоторых случаях гидроизо-
ляцию вообще не делают, заменяя ее слоем бетона повышенной
прочности и со специальными водоотталкивающими (гидрофоб-
ными) добавками.
Гидроизоляционный слой должен надежно защищать пролет-
ное строение от проникновения в него влаги с поверхности
моста.
Гидроизоляцию укладывают по выравнивающему слою раство-
ра или бетона. Чтобы по краям проезжей части и у деформацион-
ных швов влага не могла проникать под гйдроизоляцию, ее заги-
бают и заводят за бордюрный камень у тротуара (рис. 6.26, а).
Воду можно спускать через отверстия, устроенные в ребрах тро-
туарных блоков, осуществляя сброс воды по крайним балкам. В
этом случае гидроизоляцию нужно доводить до краев пролетного
строения. Обычно у тротуара располагают водоотводные воронки
(рис. 6.26, г), принимающие воду с проезжей части моста и тро-
165
t г з
Рис, 6.26. Детали конструкции тротуаров и проезжей части автодорожных мостов:
I — асфальтобетон; 2 — защитный слой бетона; 3 — гидроизоляция; 4 — выравнивающий
слой бетона или сточный треугольник: 5 водоотводная воронка; 6 — тротуарный блок;
7 — бордюрный камень; в — решетка; 9 — стакан: 10 — битумная мастика
туаров. Гидроизоляцию заводят между самой воронкой (см.
рис. 6.26, г) и вставленным в нее стаканом.
Сверху стакан снабжают решеткой с водоприемными отвер-
стиями.
Для обеспечения стока воды с проезжей части ей придают по-
перечный уклон около 1,5%. Его можно создавать различным рас-
положением по высоте главных балок моста с последующей ук-
ладкой тонкого выравнивающего слоя или слоем бетона перемен-
ной толщины, укладываемым по балкам и называемым сточным
треугольником.
На небольших мостах водоотводных трубок не устраивают, а
воду отводят за устой, используя продольный уклон.
Тротуары монолитных и сборных мостов обычно монтируют из
сборных блоков. В сборных мостах тротуары можно устраивать и
за счет более высоких фасадных балок (см. рис. 6.26, а). Сборные
блоки тротуаров устанавливают па главные балки, они могут вы-
ступать в виде консолей над балками моста (рис. 6.26, б). Троту-
арные блоки ставят на бетонную подготовку, уложенную по бал-
кам. Блоки имеют ребра для закрепления в них перильных стоек.
Пространство между балкой и .плитой можно использовать для
размещения кабелей, трубопроводов и др. В последнее время все
больше применяют тротуарные блоки, укладываемые прямо на
балки (рис. 6.26, в). По тротуарным блокам укладывают асфаль-
166
тобетонное покрытие толщиной 2—2,5 см с уклоном 10 % в сторо-
ну проезжей части.
Деформационные швы между пролетными строениями
и устоями, а также между смежными пролетными строениями в
многопролетных мостах должны обеспечивать свободные переме-
щения конструкции и не пропускать воды.
В пролетных строениях под железную дорогу деформа-
ционные швы, как правило, располагают в местах водоразделов
между продольными уклонами водоотвода. При незначительных
перемещениях (до 2 см) швы перекрывают при помощи стальных
листов (рис. 6.27, с) толщиной не менее 4 мм, покрытых битумом
г)
Рис 6.27. Конструкции деформационных швов:
1 — стальной лист с приваренными стержнями; 3 — компенсатор из меди, латуни или
алюминии; 3 -- уголки закрепления компенсатора; 4 — болты для скрепления уголков;
5 -- бятумпаи мастика; 6 — компенсатор из листа латуни или оцинкованной стали; 7 —
металлическая гребенка; в — уголки, окаймляющие шов; 9 — резиновый компенсатор
К-8; 10 — ребро жесткости; 11 — заклинивающая полоса; 12 — зазор, заполняемый ма-
стикой: 13 — закладная деталь; 14 — анкеры; 16 — хомут; 16 — концевой участок плиты,
бетонируемый при установке конструкции шва
167
(в горячем состоянии), к которым приваривают стержни, препят-
ствующие смещению листов относительно шва. Такую же конст-
рукцию применяют для перекрытия продольного шва между бло-
ками в двухблочных пролетных строениях.
При значительных перемещениях пролетных строений устраи-
вают специальные швы, перекрываемые изоляцией. Конструкция
такого деформационного шва с гибким компенсатором показана на
рис. 6.27, б. Изоляция у шва приподнята на подготовке, окаймлен-
ной стальными уголками, и заведена на уголки и компенсатор,
т. е. на изогнутый лист из латуни, алюминия или оцинкованного
железа. Компенсатор и изоляция прижаты второй парой уголков,
прикрепленных к первой болтами через 50—75 см.
Во избежание повреждения шва балластом к одному из верх-
них уголков прикреплен стальной лист, перекрывающий шов.
В пролетных строениях под автомобильную дорогу,
если перемещения в шве составляют до 0,5—1 см, дорожное по-
крытие над швом не прерывают (рис. 6.27, в). Шов в этом случае
перекрывают листом латуни или оцинкованной стали, выгнутым
в виде эластичной складки, своей гибкостью компенсирующей де-
формации в шве. Концы листа заводят в специальные борозды в
выравнивающем слое бетона. Гидроизоляция имеет складку и про-
ходит над швом без разрыва. Сверху ее покрывают слоем битум-
ной мастики в месте прерванного защитного слоя бетона. По обе
стороны шва над защитным слоем бетона закладывают слой толя
на длину 1—1,5 м для предохранения асфальтобетона от трещин
над деформационным швом.
Если перемещения в шве превышают 1,5—2 см, то в покрытии
делают разрыв и перекрывают его металлическим листом или гре-
бенкой, уложенными в уровне поверхности покрытия (рис. 6.27,г).
Края плит соседних пролетных строений окаймляют уголками. Пе-
рекрывающие шов лист или гребенку одной стороной приварива-
ют,^ уголку, окаймляющему одно из сопрягающихся пролетных
строений. Другая сторона листа или гребенки скользит по уголку,
окаймляющему смежное пролетное строение. Для сбора и отвода
воды, поступающей в шов, устраивают водосборный желоб из
швеллера или специально выгнутых листов. При значительных де-
формациях деформационный шов делают со скошенным скользя-
щим листом, а при больших деформациях — с плавающим сколь-
зящим листом. Для обеспечения плотного прижатия скользящего
листа к окаймлению примыкающих пролетных строений применя-
ют систему мощных пружин, закрепляемых верхними концами к
перекрывающему шов листу, а нижними — к конструкциям, заде-
ланным в торцы пролетных строений.
В последнее время начали применять деформационные швы с
резиновыми компенсаторами К-8. Такие швы при однорядном за-
полнении (рис. 6.27, д) применяют при перемещениях до 50 мм, а
168
при двухрядном заполнении — при перемещениях до 100 мм. Та-
кие швы обеспечивают свободные деформации и достаточно водо-
непроницаемы, но применение их ограничено районами, где мини-
мальная среднесуточная температура воздуха не менее чем на 5°С
выше температуры хрупкости резины.
С увеличением интенсивности автомобильного движения встал
вопрос об уменьшении числа деформационных швов, так как каж-
дый из них вызывает толчки или удары в проезжающем автомо-
биле. В связи с этим начали чаще применять неразрезные или
температурно-неразрезные пролетные строения (см. п. 6.5).
6.7. Конструкции стальных и резиновых опорных частей
балочных мостов
Балочные железобетонные пролетные строения устанавливают
на опоры моста с помощью опорных частей. Опорные части долж-
ны обеспечивать фиксированную передачу давления от пролетно-
го строения на опору, а также свободный поворот опорного сече-
ния пролетного строения, возникающий от подвижной нагрузки.
В железнодорожных мостах плитные пролетные стро-
ения длиной 2,95 м устанавливают на упругие прокладки из ас-
бестового картона. Для пролетных строений длиной от 4,0 м и вы-
ше применяют сварные плоские, литые тангенциальные и литые
секторные опорные части по типовому проекту серии 3501.1-129,
разработанному Ленгипротрансмостом и утвержденному МПС в
1981 г. Данные по этим опорным частям приведены в табл. 6.7.
Плитные и ребристые пролетные строения автодорожных
мостов с пролетами до 10—12 м можно устанавливать на опоры
с прокладкой двух слоев рубероида или гидроизола. Вместо гид-
роизола для небольших пролетов можно устраивать опорные ча-
сти из металлических листов (рис. 6.28, а). В этом случае на не-
подвижной опоре укладывают один опорный лист толщиной 10—
20 мм, а на подвижной — два листа, скользящие друг по другу.
К листам приваривают арматурные стержни, закрепленные в бе-
тоне балки и опоры.
При пролетах 9—18 м применяют тангенциальные опорные ча-
сти из двух стальных подушек (рис. 6.28, б), верхняя из которых
имеет плоскую поверхность, а нижняя — цилиндрическую, обес-
печивающую свободный поворот конструкции. В неподвижной
опорной части устраивают потайной штырь или закраины против
сдвига верхней подушки по нижней. В подвижных опорных частях
штырь не делают и смещение происходит за счет скольжения верх-
ней подушки по нижней. При пролетах более 18 м для уменьше-
ния трения устраивают стальные секторные, катковые или вали-
ковые опорные части. При использовании для автодорожных мос-
169
OZl
Таблица 6.7
30-ЬО CM
тов типовых тангенциальных и секторных опорных частей их под-
бирают по расчетной опорной реакции и расчетному перемещению
(см. табл. 6.7).
Широко применяемые резиновые опорные части (рис. 6.28, в)
состоят из перемежающихся слоев синтетического каучука (Наи-
рита или неопрена) и стальных листов, связанных между собой
вулканизацией. Такие опорные части дешевы, требуют мало ме-
талла. их легко устанавливать и заменять, они обеспечивают не-
обходимую подвижность пролетного строения. При горизонталь-
ном перемещении балки резиновая опорная часть дает деформа-
ции сдвига (см. рис. 6.28, в), не оказывая этому особого сопротив-
ления. Деформации сжатия от вертикального усилия в таких
опорных частях незначительны.
В мостах, где расстояние между крайними опорными частями
в направлении поперек пролета не превышает 10—12 м, опорные
части можно ориентировать только на восприятие продольных де-
формаций конструкции вдоль ее пролета. При большем расстоя-
нии между опорными частями нужно учитывать, что температур-
171
ные деформации пролетных строений будут возникать не только
вдоль пролета, но и поперек. Соответственно конструкция опор-
ных частей должна обеспечивать свободу перемещения в двух на-
правлениях или под углом к оси моста. Наиболее приспособлены
к этому резиновые опорные части. Они обладают способностью
гасить колебания пролетных строений от проезда автомобилей и
уменьшать передачу динамических воздействий на расположенные
ниже опоры.
Опорную часть можно располагать непосредственно на верхней
плоскости опоры, если до любой грани опоры от любой грани
опорной части сохраняется расстояние не менее 15 см. Если это
условие не соблюдено, а также если поверхность опоры не при-
способлена или неудобна для непосредственной установки опор-
ных частей, под ними устраивают подферменпики или ригель (ого-
ловок).
Вопросы для самопроверки по гл. 6
1. Какие статические схемы свойственны железобетонным балочным пролет-
ным строениям?
2. Каковы особенности и области применения плитных пролетных строений
железнодорожных и автодорожных мостов?
3. Из каких монтажных блоков возводят сборные плитные пролетные строе-
ния?
4. Каковы особенности и области применения балочных ребристых пролет-
ных строений железнодорожных и автодорожных мостов?
5. Каковы особенности конструкции предварительно напряженных пролет-
ных строений и их преимущества по сравнению с конструкциями из обычного
железобетона?
6. Какие существуют конструкции балочно-неразрезных и рамных пролетных
строений?
7. Какие существуют конструкции арочных пролетных строений?
8. Как устраивают водоотвод и гидроизоляцию железнодорожных и авто-
дорожных мостов?
9. Каковы особенности устройства мостового полотна железнодорожных
мостов и покрытия проезжей части автодорожных?
10. Какие применяются виды опорных частей и деформационных швов?
Глава 7
VbXMEt БАЛОЧНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
7.1. Основные положения расчета железнодорожных пролетных
строений
В состав проезжей части мостов под железную дорогу входят
плита балластного корыта, тротуарные консоли, а в мостах с ез-
дой понизу, кроме того, — поперечные и иногда продольные балки.
Плиту можно рассчитывать как балочную, а не как опертую
по контуру, если отношение ее сторон (расстояние между балка-
172
в)
Hiiiiiimsi
1И1111ИИ1Ц
4-я
в-
Рис. 7.1. Схемы к расчету плиты в
пролетных строениях под железную
дорогу
ми, на которые она опирается) не меньше двух. Расчетный пролет
считается по меньшей стороне.
В состав плитного пролетного строения железнодорожно-
го моста входят основная несущая плита, консоль, находящаяся
под воздействием временной поездной нагрузки, и тротуарная
консоль.
При расчете основной несущей плиты ее расчетное сечение
принимают как тавровое с учетом участков консолей, не возвыша-
ющихся над уровнем верха плиты. Площадь скошенных консолей
заменяют равновеликой прямоугольной площадью консолей при
приведенной высоте Л„ (рис. 7.1, а). Плиту рассчитывают как
свободно опертую балку на двух опорах. Воздействие временной
нагрузки принимают распределенным поровну между обоими бло-
ками плитного пролетного строения. Необходимые для расчета из-
гибающие моменты определяют по формулам:
на прочность
PjP PJ1 ко.ър
~ +Y/2—j----|-YfS(l+|x)—-—; (7.1)
173
на выносливость
М'
(7.2)
на трещиностойкость
PJ1
М"-
(7-3)
где Р|—собственный вес 1 м пролетного строения;
I — расчетный пролет;
Ра— нагрузка от веса балласта с частями пути на 1 м;
K0,s — временная эквивалентная нагрузка для загружеиия треугольной ли-
нии влияния подвижной нагрузкой при а=0,5;
уfl — коэффициент надежности по собственному весу, равный 1,1;
у1г — коэффициент надежности по весу балласта с частями пути, равный
1.3;
Уп—коэффициент надежности по подвижной временной нагрузке, прини-
маемый в зависимости от пролета;
1+р— динамический коэффициент, определяемый по формуле 1+р-=1 + 10:
: (20+/), но ие меньше 1,15;
2 2
1+-£-ц—динамический коэффициент, определяемый по формуле 1Ц- — ц=
= 1+20 : 3(204-/), но не меньше 1,10.
Аналогично изгибающим моментам находят и расчетные зна-
чения поперечных сил с введением тех же значений коэффициен-
тов надежности. По найденным расчетным усилиям подбирают се-
чение и армирование основной несущей плиты.
Сечение консоли, находящейся под воздействием временной
нагрузки, рассчитывают на изгибающий момент
Pta2t Р2а% да2
Мт у„—— — 4-уы (1 +н) -
и на соответствующую этой схеме загружения поперечную силу
<2 V/i/’ifli 4-yftPfflt I-yfa (I + н) gaa. (7.5)
В формулах (7.4) и (7.5) yfi и yf2 принимают аналогично при-
веденным для расчета основной плиты; величина Т/з(1 + )1) =
= 1,3-1,5= 1,95; аг, а2-, а3 см. на рис. 7.1, б.
Воздействие вертикальной подвижной нагрузки на плиту в тех
случаях, когда ее расчетный пролет перпендикулярен оси пути,
принимается 2К-2-140 = 280 кН/м пути; в поперечном направле-
нии нагрузка через баласт распределяется на ширину В=2,7+Н
или В=2,74-2 Н, но не более чем на ширину балластного корыта
(И — толщина балласта под шпалой, 2,7 м — длина шпалы).
Два значения В соответствуют двум принимаемым в расчет уг-
лам распространения давления через балласт: 26°34' и 45°. Так
как распределяющая способность балласта зависит от его состоя-
ния и может меняться в указанных границах, то в расчетах при-
174
(7.4)
ним а ют значение В, которое дает большое значение определяемого
воздействия (момента, поперечной силы и т. п.).
Нагрузка от подвижного состава на 1 м2 плиты для двух край-
них значений В при //=0,35 м соответственно:
2-140 2 - 140
* 2,7+2 • 0,35 =^кН/й-, - ЛИ.вкН/м*.
Тротуарные консоли рассчитывают на временную равномерно
распределенную нагрузку (от веса балласта, шпал, рельсов, уло-
женных на тротуарах при ремонте пути) интенсивностью 10 кН/м2
с коэффициентом надежности yi=1,1 по собственному весу кон-
соли.
В балочных ребристых пролетных строениях железнодо-
рожных мостов консоли плиты и тротуары рассчитывают анало-
гично указанному выше способу для плитных пролетных строе-
ний.
Для двухблочных пролетных строений, в которых оставляют
свободный шов между блоками, плиту между блоками можно рас-
считывать как консольную, находящуюся под воздействием нагру-
зок />,, P2nq (рис. 7.1,в).
Для участка плиты шириной 1 м нагрузка от подвижного со-
става будет <7=91,8 кН/м. Усилия определяют по формулам для
расчета консоли.
В случае замоноличивания стыка плиты или в двухребристых
блоках плита работает в более сложных условиях — как упруго
защемленная по двум сторонам.
Степень защемления характеризуется сопротивлением ребра
кручению и изгибу. Согласно рекомендации Технических указаний
по расчету балочных плит проезжей части мостов (ВСН 58-61)
расчетные моменты в плитах надо принимать в зависимости от ко-
эффициента П1 (табл. 7.1). Поперечную силу Q допускается опре-
делять как для свободно опертой балки пролетом, равным рас-
стоянию между балками в свету.
Таблица 7.1
Сечение Расчетный момент в однопролетиых плитах при
п,<30 30<n,<cl00 п,>100
Опорное В середине пролета — 0,8Л1с Ч0,5М0 —0.65Afo -|-О,бЛ1о —0.5Л1в -|-0.7Л4о
Примечание. Величину Лк определяют как для свободно опертой
равным расстоянию между балками в свету.
балки пролетом.
175
Момент Afo с учетом динамического коэффициента и коэффи-
циента надежности:
+У/2-^- 1-Уп(>+н)-у- =
~ (l.iP1+1.3P8)/»+lt95^L (7.С)
„ п (1.1Р1+1.3Р2)1 Ч1
Поперечная сила Q=---------------£------4- ьн»— . (7.7)
Для расчета на выносливость формулы принимают вид:
(р>+р8)/ 5_gL
2 2
Для расчета на трещиностойкость в формуле для определения
Мо надо исключить динамический коэффициент, равный 1,5.
Коэффициенты перехода от Мо к расчетным моментам (см.
табл. 7.1) действительны также для расчетов на трещиностой-
кость.
На основании полученных расчетных усилий подбирают сече-
ние плиты и поперечную арматуру. Плита одновременно служит
частью сечения главных балок (ребер) и ее толщину обычно опре-
деляют с учетом участия в работе главных балок как сжатой
зоны.
Усилия в разрезных главных балках (ребрах) определяют по
формулам для расчета прямоугольных сечений на прочность, вы-
носливость и трещиностойкость. Для неразрезных балок расчет-
ные усилия определяют путем загружения постоянной и эквива-
лентной временной нагрузками соответствующих линий влияния.
7.2. Основные положения расчета автодорожных пролетных
строений
Плнту проезжей части железобетонного пролетного
строения рассчитывают на сосредоточенные усилия, возникающие
от пропуска автотранспортных средств в виде полос АК (см.
п. 3.3), а также от тяжелых одиночных нагрузок (НК-80 и НГ-60).
Если пролетное строение имеет плиту без швов, продольные
балки и диафрагмы, то плиту рассчитывают как балочную, опер-
тую по двум сторонам. При этом расстояние между соседними ди-
афрагмами (рис. 7.2, а) должно быть l2^2li, а рабочим пролетом
плиты будет меньший — /1. Если /2<Ji, то плиту считают опертой
по контуру и рассчитывают по специальным таблицам.
176
Рис. 7.2. Схема к расчету плиты про-
езжей части и поперечных балок (ди-
афрагм) автодорожных мостов
Усилие от колеса Р (рис. 7.2, б), передаваясь поверхности полот-
на на площадке со сторонами fco и а0, распределяется далее под
углом 45°. На уровне поверхности железобетонной плиты оно дей-
ствует уже на площадку со сторонами:
^ = ^+2//; в1=а0+2//. (7.10)
Усилие от колеса, расположенного в середине пролета, вовле-
кает в работу участок плиты шириной
o=flo-|-2//+//3, но ие менее 21/3. (7.11)
При расположении колеса у опор плиты усилие распределяет-
ся в направлении, перпендикулярном к пролету плиты на ширину,
определяемую по формуле (7.12), но не менее 1/3 и не более полу-
ченной по формуле (7.11)
д=До+2Я-Ь2х, (7.12)
177
где Н — полная толщина слоя покрытия;
* — расстояние от опоры до сосредоточенного груза Р, являющегося рав-
нодействующей давления от колеса (см. рис. 7.2, б).
Для расчета плиты выделяют полосу шириной 1 м. На эту по-
лосу приходится нагрузка P/а. По длине пролета плиты эта на-
грузка занимает участок длиной bi. Наибольший расчетный изги-
бающий момент в плите как в простой разрезной балке
Af0= (У^пк+УМ’н+УМ') -у- 4--*^ (1 -Ж (/—у). (7.13)
где gw, ga — постоянные «агрузки от веса слоев покрытия на 1 м2 плиты;
g—то же от собственного веса плиты на 1 №;
у/пи — коэффициент надежности по весу покрытия ездового полотна и
тротуаров;
у/в — го же по весу выравнивающего, изоляционного и защитного сло-
ев;
у/п — то же по весу плиты;
У/вр— го же по временной нагрузке;
1+р—динамический коэффициент по временной нагрузке.
В плитах, свободно опертых на поддерживающие их балки,
расчетный изгибающий момент принимают равным Мо.
В тех случаях, когда плита жестко связана с поддерживаю-
щими ее балками, необходимо учитывать влияние опорных защем-
лений. В пролетных строениях без диафрагм плита проезжей час-
ти работает также на поперечное распределение нагрузки, поэто-
му в ней могут возникать изгибающие моменты обоих знаков, что
требует проверки сечения плиты в середине ее пролета и у опор
как на положительный, так и на отрицательный моменты. В мос-
тах с диафрагмами плиту в середине пролета рассчитывают толь-
ко На положительный изгибающий момент, а у опор — на отрица-
тельный. Расчетные значения изгибающих моментов для относи-
тельно тонких плит (hn/h<.l/4) при отсутствии диафрагм можно
приблизительно принимать: в середине пролета Afcp=0,5Afo и
Afcp=—0,25Afo; на опорах Afon=—0,8Afo и ЛГоп=0,25Л!о.
Поперечная сила в плите (см. рис. 7.2, б):
Q=O,5Z (Yfmigiw+YfitfiH-YfngHlVBP ОЖ РЬу^, (7.14)
где yt — ординаты линии влияния поперечной силы под грузами;
at—рабочая ширина плиты по формулам (7.11) и (7.12) при расстоянии
от груза; остальные обозначения прежние.
В консольных плитах (рис. 7.2, в) изгибающие моменты и по-
перечные силы определяют, учитывая, что сосредоточенное усилие
от колеса Р, приложенное на площадке со сторонами а0 и Ьо, пе-
редается:
в корне консоли (с длиной свеса с) на ширину
ц = а0+2//4-с; (7.15)
вдоль консоли на длину bt=b0+H.
178
Доля нагрузки, приходящаяся на консоль, составит
Р.-Рс/Ь,
а расчетный изгибающий момент в корне консоли
Af- (Yfn^Tix+Yf.^l Vfrg)-y- +Т/вр(1Ч Р)/эс8/(2а61). (7.16)
Наибольшая поперечная сила в корне консоли
Q~“ (Y/™₽hk+Y/ngn+Yfng) c+y/bp О+Н) Peltate). (7.17)
По полученным расчетным усилиям подбирают сечения плиты
проезжей части.
Усилия в балках проезжей части железобетонных мо-
стов (второстепенных продольных балках или поперечных бал-
ках — диафрагмах) можно приближенно определять, как в мно-
гопролетных неразрезных балках. Тогда наибольший и наимень-
ший расчетные изгибающие моменты в середине одного из сред-
них пролетов многопролетной балки (см. рис. 7.2, а) могут быть
приближенно определены по формулам:
Afmax^0,05(Y/11Kff1,K + Y,HgH+Y/IIg) /'f 4 0 7yfBp (1+р) Ме; I
A^mln = 0,05 (gnx + gn + J?) Yfno1*^\ —О,3у/В|> (1 i I1) А10. |
В формулах (7.18):
7И0—изгибающий момент в балке, полученный н предположении, что
она работает как простая разрезная;
у/ non =0,9 — пониженный коэффициент надежности по всем видам вертикаль-
ных нагрузок; остальные обозначения приведены выше.
Расчетные изгибающие моменты на промежуточных опорах
балки:
А^тах 0.08 (У'пкЯпкЧ V/Iitfn I Yfug) /?—0.9yfBp (1 + Н) Л10; |
Afmin =• —0.08 (gIIK+gB + g) YfnoiJj+0,02у/Вр (1+p) Mo. j
На крайней опоре наибольшие и наименьшие изгибающие мо-
менты можно принимать равными половине соответствующих мо-
ментов на промежуточных опорах (см. рис. 7.2, а).
Однопролетные поперечные балки рассчитывают как свободно
опертые, проверяя их опорные сечения на половину расчетного из-
гибающего момента в пролете с обратным знаком.
Поперечные силы в балках проезжей части можно определять,
как в простых разрезных балках.
По полученным усилиям подбирают сечения балок проезжей
части. В середине пролета, где изгибающие моменты положитель-
ны и плита попадает в сжатую зону, расчетные сечения балки при-
нимают обычно тавровыми.
179
При расчете опорных сечений, работающих на отрицательный
момент, плита попадает в растянутую зону и расчетное сечение
балки принимают прямоугольным.
Главные балки разрезных пролетных строений рассчиты-
вают по наибольшим изгибающим моментам и поперечным силам,
возникающим в них от постоянной и временной нагрузок.
Нагрузку, приходящуюся на главные балки от собственного
веса конструкции, можно считать передающейся на них поровну.
Для получения расчетной временной нагрузки на одну главную
балку необходимо определить для нее коэффициент попе-
речной установки. Этот коэффициент показывает, какая
часть от расчетных полос временной нагрузки, находящихся на
проезжей части, передается на главную балку. Во многих случаях
коэффициент поперечной установки для железобетонных мостов
можно определить исходя из предположения, что пролетное строе-
ние в поперечном направлении работает как жесткая конструкция.
Тогда при действии на пролетное строение любой нагрузки дефор-
мации его в поперечном направлении будут происходить по зако-
ну плоскости (риё. 7.3, а), и давления на отдельные балки можно
считать пропорциональными их прогибам 61 и 62. Действие на про-
летное строение сосредоточенного усилия Р=1 с эксцентриситетом
е относительно оси моста можно заменить силой Р=1 и момен-
том М—Ре=1, приложенным на оси пролетного строения. Цент-
рально действующее усилие Р=1 распределяется на все главные
балки поровну и на каждую из них передается усилие Vtp...VKP=
180
= \/п, где п — количество главных балок (рис. 7.3, б). Усилия, пе-
редаваемые на главные балки от действия момента, будут пропор-
циональны их расстояниям а от оси пролетного строения, т. е.
где ink — номера главных балок в поперечном
сечении пролетного строения (рис. 7.3, в).
Из условия равновесия
M-e^ZVittat—— £а2
ak
Отсюда усилие, приходящееся на k-ю главную балку, от дей-
ствия момента
Ха2/
где в суммирование должны войти расстояния а,- до всех главных
балок пролетного строения.
Полное усилие, приходящееся на k-ю балку от действия экс-
центричного единичного груза (рис. 7.3, г),
1 । еак
Vk — УУкм — -I -------(7.20)
n п Го®
Чтобы определить коэффициент поперечной установки, надо по-
строить линии влияния усилий, действующих на отдельные балки.
Линия влияния (на крайнюю балку) при движении груза, равно-
го единице, поперек пролетного строения построена на рис. 7.3, д.
Эту линию легко получить по двум точкам. Например, при распо-
ложении груза над рассматриваемой балкой
(7.21а)
а при расположении груза над противоположной крайней правой
балкой (балка 4 на рис. 7.3, д)
1
п
(7.216)
При симметричном расположении главных балок относительно
оси моста a4=at.
Чтобы получить коэффициент поперечной установки для рас-
сматриваемой балки, надо загрузить построенную линию влияния
временной нагрузкой (см. рис. 7.3, д). Усилие, передающееся бал-
ке, вызывается действием сосредоточенных грузов 0,5Р от тележек
и распределенной нагрузки 0,5V. Следовательно,
WQH- УКд, 1
} (7.22)
Kz=0.5Xjt. Ка^O,5ES,by. J
181
От загрузки тротуара толпой усилие на рассматриваемую бал-
ку
Р* - Чт^Ус = ЧтКт. (7.23)
здесь у— ординаты линнн влияния под грузами и полосами;
Ь— ширина полосы, распределенной нагрузки;
Кл — коэффициент поперечной установки тележек автомобильной нагруз-
ки;
К/1 — то же для полос распределенной нагрузки с учетом коэффициента
сочетания S;
ут — нагрузка от толпы на 1 м2 тротуара;
с— ширина тротуара;
Ус — ордината линии влияния, соответствующая середине загружаемой
ширины тротуара;
Кт — коэффициент поперечной установки для толпы.
При расчетах конструкции мостов на прочность и устойчивость
должны рассматриваться два случая воздействия автомобильной
нагрузки АК:
первый, предусматривающий невыгодное размещение на проез-
жей части (в которую не входят полосы безопасности) числа по-
лос нагрузки, не превышающего числа полос движения (рис. 7.4,а);
1«2
второй, предусматривающий при незагруженных тротуарах не-
выгодное размещение на всей ширине мостового полотна (в кото-
рое входят полосы безопасности) двух полос нагрузки (а на одно-
полосных мостах — одной полосы нагрузки).
Оси крайних полос нагрузки АК должны при этом, находиться
не ближе 1,5 м: в первом случае — от кромки проезжей части*, во
втором — от ограждения ездового полотна.
При расчетах конструкции на выносливость и по предельным
состояниям второй группы следует рассматривать только первый
случай воздействия нагрузки АК.
Как правило, наиболее загруженными в обоих случаях оказы-
ваются крайние балки, которые и рассчитывают, а все остальные
балки принимают часто такой же конструкции.
Коэффициент поперечной установки определяют для каждого-
вида действующей нагрузки. Так, линию влияния усилия А, дей-
ствующего на крайнюю балку пролетного строения (см. рис. 7.4,а)^
получим в случае симметричного расположения в поперечном на-
правлении одинаковых главных балок по ординатам:
। а2 । fl2
п Ь 2Sa2 6 2
2 2 (7.24)-
1 С1 1 °1
й = " 2Хп’ ~ 6 2(о?+4+а£)
где п —число балок в поперечном сечении;
at — расстояния между симметричными балками.
Коэффициент поперечной установки для временной автомо-
бильной нагрузки определяют по ординатам линии влияния уси-
лия А под грузами и полосами нагрузки с учетом коэффициента
сочетаний St для нагрузки на второй и последующих полосах дви-
жения (см. рис. 7.4, а) н выражениям (7.22)—(7.23):
Кд=0,52^—0.5 1
Кд =0,5lSi£/=0,5 (l/s+l/i+l/e+l/e+^+l/e)!- j
Для толпы на тротуаре коэффициент поперечной установки
а для колесной нагрузки НК-80 (рис. 7.4, б)
Кт = 0,5 (</а+</б) С, Кс = 0,5 (Уп+Уа).
Получив коэффициенты поперечной установки для наиболее
нагруженной балки, определяют расчетные усилия. Для этого
строят линии влияния усилий в характерных сечениях балки
183
Рис. 7.5. Схемы загружения нагрузками линий влияния усилий в балке
(рис. 7.5) и определяют площади <о положительных и отрицатель-
ных участков линий влияния. Усилия в балке находят от каждо-
го из сочетаний временной нагрузки: автомобильная нагрузка и
толпа; колесная нагрузка. Так, для первого сочетания расчетные
усилия в балке можно вычислить по формулам:
184
М^л = Мг_г - (Vf«gn+VpmFiiK-I- Yp.g) ®+V/П (14- V-УРКл (ffi+!/s) +
+ YfBp(' l-B) 1Тр,р<7т/<тЫ.
Qr , =Q2_2 = Q3_3=(Vfiigirl-YfnKg..K-l-Vjng) (<oi+<->2) l-Vfo (I + »‘)x (7 26)
хГКд xUft+l^H VfopO+p) VKA ifi-l-Yfnp^TKiW!.
а при расчете иа тяжелую одиночную нагрузку (НК-80 или НГ-
60):
Mt- J ^=A12-2 = (Vfi<&i 1 V/iiKffnK 1-Vfng) “ Ь (> 4 p) РКсЪу. I
^11^22 Q3_:, -(Vh^u l-VfiiKffiiK-l-V/ng) (<o*+co»)-|- (1 -1-H) PKcLy, p7-27)
где у/и; Yfm<; у/ш Y/«p—коэффициенты надежности по постоянным и временным
нагрузкам;
gv; gn«; g — интенсивности постоянной нагрузки от веса подготови-
тельного. выравнивающего, гидроизоляционного слоев,
слоя покрытия, приходящегося на балку, и собственно-
го веса балки;
со; о*|; сог — площади участков лнннн влияния усилий со своими
знаками;
i+ц —динамический коэффициент;
V н Р — характеристики нагрузки АК;
Р — усилие от тяжелой одиночной нагрузки;
£.</=.</ 4~р24-рз4-р* — сумма ординат линий влияния усилий под осями ко-
лесной нагрузки при наиболее невыгодном ее располо-
жении в каждом случае загружения.
Вместо усилия Р иа ось тяжелых одиночных нагрузок (НК-80
или НГ-60) можно по справочному приложению 6 к СНиП 2.05.03-
84 принять равномерно распределенную нагрузку, которую нужно
умножать на площадь линий влияния со для М или coi для Q вме-
сто Yy. Эта нагрузка будет разной для разных линий влияния и
длины их загружения.
По полученным расчетным изгибающим моментам и попереч-
ным силам подбирают сечения главных балок, определяют необхо-
димую продольную арматуру, рассчитывают хомуты и отогнутые
стержни.
Вопросы для самопроверки по гл. 7
I. Какое сечение плиты принимают расчетным в плитных пролетных строе-
ниях?
2. Как определяют изгибающий момент в консоли плиты железнодорожного
плитного пролетного строения?
3. Как рассчитывают плиту ребристого железнодорожного пролетного строе-
ния?
4. Какое распределение временной нагрузки принимают при расчете плиты
автодорожных пролетных строений?
5. Как определяют коэффициент поперечной установки при расчете автодо-
рожных пролетных строений?
1Я5
Глава 8
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БОЛЬШИХ РАМНЫХ, АРОЧНЫХ
И ВАНТОВЫХ МОСТАХ
8.1. Рамные мосты
В рамных железобетонных мостах пролетное строение жестко
соединено с опорами, что позволяет облегчить пролетные строения
(ригели рам) и уменьшить их высоту. Опоры рамных мостов, на-
оборот, работают более интенсивно, воспринимая как сжимающие
усилия, так и значительные изгибающие моменты. Вследствие это-
го опоры — стойки рамных мостов — приходится сильно армиро-
вать и это дает возможность делать их сравнительно небольшого
сечения. Поэтому путепроводы и эстакады, в которых желательно
меньше загромождать опорами подмостовое пространство, часто
имеют рамную конструкцию.
Рамы мостов возводят обычно двухшарнирными или бесшар-
нирными. Шарниры устраивают в местах сопряжения стоек с фун-
даментами. Бесшарнирные рамные мосты применяют при хороших
грунтах в основании фундаментов, когда нет опасности осадки
опор. Осадка опор вызывает в раме большие дополнительные на-
пряжения, поэтому при слабых грунтах переходят на двухшарнир-
ные рамы, меньше реагирующие на осадку опор. Однако шарниры
усложняют конструкцию и производство работ, поэтому, если
грунтовые условия позволяют, всегда стремятся сделать рамы
бесшарнирными.
Рамные мосты делают как монолитными, так и сборными из
заранее изготовленных элементов.
Монолитные мосты применяли для небольших пролетов 1=154-
4-30 м при высоте ригеля h= (7124-’/зо)1 и ширине стоек Лс=Ув4-
4-Ую) Я. Поскольку такие пролеты могут быть легко перекрыты
сборными разрезными балками, монолитные рамные мосты малых
пролетов строят сейчас чрезвычайно редко.
Рамно-неразрезные мосты с пролетами 18—33 м осуществляют
из сборных балочных конструкций, предусматривая устройство
при омоноличивании жесткого узла соединения ригеля со стойка-
ми. Такое решение для пролетов до 63 м разработано с использо-
ванием в качестве ригелей плитно-ребристой конструкции (ПРК).
Узел сопряжения ригеля со стойками, расположенными под каж-
дой главной балкой, осуществляют путем замоноличивания в ок-
нах балки мощных арматурных выпусков из стоек и сваркой за-
кладных дезалей.
Рамные мосты больших пролетов (84—147 м) возводят навес-
ной сборкой или навесным бетонированием подобно балочным не-
разрезным или консольным мостам. В результате получаются Т-
186
образные рамы с жесткой заделкой опоры в основании. Концы
консолей омоноличивают между собой (рис. 8.1, а) или соединяют
шарнирно в серединах пролетов (см. рис. 4.4, г), создавая рамно-
неразрезную или рамно-консольную систему. Если на концы кон-
солей Т-образных рам установить балочные подвесные пролетные
строения, то получают статически определимую рамно-балочную
систему (см. рис. 4.4, в). Высота балок в середине пролета авто-
дорожных мостов рамно-консольной или рамио-неразрезиой систе-
мы составляет (‘/«о-^-'/боН, на опоре — (‘Лг^-’/гоИ, где I — пролет
между осями опор. Аналогичные соотношения сохраняются и для
рамно-балочных систем (рис. 8.1,6). Высота подвесного пролетно-
го строения зависит от его длины 1\ (как в разрезных балках).
В поперечном сечении небольшие рамно-консольные и рамно-
балочные мосты могут быть собраны из отдельных двутавровых
блоков (рис. 8.1, в), соединенных в поперечном иаправлеиии диа-
фрагмами и со сборной плитой проезжей части, уложенной по бал-
кам. Иногда устраивают лишь две главные балки (рис. 8.1, д) с
мощными диафрагмами и сборной плитой.
Рамные мосты больших пролетов собирают из блоков короб-
чатого сечения. Между ними укладывают сборные плиты проез-
жей части (рис. 8.1, г) или плита образуется верхней полкой и
консолями самих блоков (рис. 8.1, е).
Ряс. 8.1. Схемы мостов с Т-образнымн рамами
187
Напрягаемую арматуру в консолях Т-образных рам распола-
гают по верхнему поясу или в пазухах коробчатых или двутавро-
вых блоков аналогично арматуре неразрезных пролетных строе-
нии. Устанавливают и натягивают арматуру в процессе уравно-
вешенного монтажа блоков. Чтобы монтажная масса блоков бы-
ла примерно одинаковой, приопорные блоки с большой высотой
делают меньшей длины. В небольших рамно-подвесных пролетных
строениях весь консольный блок выполняют в виде одного монтаж-
ного элемента.
Для удобства монтажа у сборных блоков обычно делают выс-
тупы, попадающие в проемы соседних блоков, а во время монта-
жа каждый блок прижимается к ранее смонтированному натяже-
нием арматуры, анкеруемой в монтируемом блоке. Иногда для
этой цели используют монтажные тяжи, которые снимают после
натяжения основной рабочей арматуры.
Если в середине пролета Т-образных рам расположен шарнир
или подвесное пролетное строение, то вся арматура консолей про-
исходит по верхнему поясу, так как они работают только на отри-
цательные моменты. При монолитном соединении в середине про-
лета и превращении системы в неразрезную необходима постанов-
ка небольшого числа пучков арматуры в нижней зоне примерно
в средней трети или четверти пролета.
Анкерные закрепления напрягаемой арматуры, проходящей в
пазухах, устраивают в специальных приливах под верхней плитой
блока. Пучок арматуры проходит открыто в пазухе, затем загиба-
ется и идет в трубке через тело блока. Пучок натягивают н анке-
руют во внутренней полости блока. Такая конструкция усложняет
опалубку блоков и вызывает неудобства при натяжении армату-
ры. В последнее время широко применяют расположение напря-
гаемой арматуры в закрытых каналах. Эту арматуру размещают
аналогично арматуре неразрезных пролетных строений (см.
рис. 6.19, е, з) в верхней плите, заводя ее в ребра сборных блоков
для уменьшения поперечных сил в конструкции. Анкеры армату-
ры располагают в ребрах или в приливах у ребер под верхней
плитой.
Опоры рамно-неразрезных, рамно-консольных или рамно-ба-
лочных мостов больших пролетов возводят, как правило, массив-
ными, так как они воспринимают изгибающие моменты и гори-
зонтальный распор от пролетных строений. В опорах из монолит-
ного бетона устанавливают вдоль граней опоры вертикальные
стержни рабочей арматуры диаметром 22—32 мм, заходящие в
ригель и фундамент опоры и воспринимающие изгибающие момен-
ты. Иногда опоры делают сборно-монолитными из бетонных или
железобетонных блоков. В таких опорах сжимающие напряжения
от собственного веса должны быть больше, чем напряжения от
188
изгиба. Если достигнуть этого не удается, устанавливают верти-
кальную предварительно напряженную арматуру.
В рамных мостах небольших пролетов применяют сборные
конструкции опор, обеспечивая заделку стойки в ригель и фунда-
мент с помощью выпусков рабочей арматуры стойки и их замоно-
личивания в окнах, оставляемых в конструкции ригеля и фунда-
мента, а также сваркой закладных частей.
8.2. Арочные мосты
В железобетонных мостах арочной системы основными несущи-
ми элементами служат своды или арки. Свод представляет собой
криволинейную плиту, ширина которой значительно больше ее
толщины. Арка — это кривой брус, поперечный размер которого
обычно меньше его высоты. Так как арки (своды) в основном ра-
ботают на сжатие, в них наиболее эффективно может быть исполь-
зован бетон высоких марок.
Пролетные строения арочных мостов всегда легче и экономич-
нее балочных. Однако передача распора опорам требует в боль-
шинстве случаев значительного развития фундаментов и увеличе-
ния расхода материалов и трудовых затрат на опоры, в особенно-
сти на крайние (устои), воспринимающие односторонний распор.
Поэтому арочные мосты обычно целесообразны при хороших
грунтах и сравнительно небольшой высоте опор. Железобетонны-
ми арками или сводами перекрывают пролеты от 50—80 м и более;
современные арочные мосты имеют пролеты до 300 м.
Основные системы арочных мостов. По статической схеме ароч-
ные пролетные строения можно разделить на распорные и безрас-
порные. В распорных арочных системах арки или своды через
свои пяты передают опорам не только вертикальные давления, но
и распор, в безраспорных распор воспринимает затяжка,
благодаря чему пролетное строение передает опорам только вер-
тикальные давления.
Арочные мосты могут иметь езду поверху (рис. 82, а) или же
пониженную езду (рис. 8.2, б). В отдельных случаях проезжую
часть устраивают в уровне пят арок. Выбор уровня проезжей час-
ти определяется условиями проектирования продольного профиля
мостового перехода, связанного для судоходных рек с размещени-
ем требуемого подмостового габарита. Более экономичны по объ-
ему бетона обычно пролетные строения с ездой поверху, в которых
проезжая часть опирается на свод или арки с помощью надароч-
ных стоек, а при езде понизу ее подвешивают к аркам подвесками.
Арки (своды) мостов могут быть бесшарнирными, двухшар-
нирными и трехшарнирными. Бесшариирные арки (своды)
наиболее просты по конструкции, одйако при просадках и смеще-
189
Рис. 8.2. Основные системы железобетонных арочных мостов:
1 — надарочныс стойки: 2 - - арка; 3 — конструкция проезжей части; 4 — подвески;
Б — жесткая арка; 6 — гибкая затяжка; 7 — гибкая арка; 8 — жесткая затяжка; V —
наклонные подвески
ниях опор, изменениях температуры, усадке и ползучести бетона в
них возникают дополнительные усилия. Поэтому бесшарнирные
арочные мосты нельзя применять при слабых грунтах, а также в
районах с резкими колебаниями температуры. Двухшарнир-
ные арки в меньшей степени подвержены указанным дополни-
тельным усилиям, но конструкция их несколько усложняется на-
личием шарниров. Трехшарнирные арки не испытывают этих
дополнительных усилий, поэтому их применяют в автодорожных
мостах, когда возможны просадки или смещения опор, а также
большие колебания температуры. Трехшарнирная система удоб-
на также в мостах, монтируемых из готовых полуарок.
Бесшарнирные арки обладают большей жесткостью, чем арки
с шарнирами. Наименее жестки трехшарнирные арки; линия про-
гиба их к тому же имеет перелом в замковом шарнире, что осо-
бенно нежелательно для. мостов под железную дорогу.
Очертание оси арок (сводов) принимают возможно близким к
кривой давления от расчетной нагрузки. Стрелу подъема арок
(сводов) назначают от Vs до'/и пролета в зависимости от местных
условий. Отношение стрелы подъема f арки к пролету I называют
пологостью арки. Чем меньше отношение f/Z, тем больше распор,
а также дополнительные усилия и изгибающие моменты от изме-
нений температуры, ползучести, усадки бетона и смещений опор.
190
В безраспорных системах, называемых также комбинирован-
ными, затяжка может быть в виде элемента, способного восприни-
мать только растягивающее усилие; арки же работают на сжатие
и изгиб. Такую систему называют жесткой аркой с гиб-
кой затяжкой (рис. 8.2, в). Возможно решение с затяжкой в
виде жесткой балки, способной работать на изгиб. В этом случае
арка должна быть гибким элементом (криволинейным или поли-
гональным), работающим на осевое сжатие; такую систему назы-
вают гибкой аркой с жесткой затяжкой (рис. 8.2, г). Существует
система с жесткой аркой, гибкой затяжкой и наклонными подвес-
ками (рис. 8.2, д), которые уменьшают изгибающие моменты в
арке и позволяют сделать ее более легкой.
Рис. 8.3. Железобетонные арочные мосты со сводами н дисковые мосты:
I . - свод; 2 — надсводная стенка; 3 — плита проезжей части; 4 — рабочая арматура
свода; 5 — распределительная арматура; 6 — хомуты; 7 — коробчатый свод; 8 - над-
сводные стойки; 9 - - арочный диск
191
Арочные мосты со сводами. В арочных мостах с ездой поверху
часто применяют один нли несколько параллельных сводов, под-
держивающих надсводную конструкцию. Если пролетное строение
имеет один свод, то ширину его делают равной полной ширине
моста или несколько меньшей ее (рис. 8.3, а). Применяя два па-
раллельных свода (рис. 8.3; б) или несколько, можно получить бо-
лее экономичное решение. При пролетах 60—80 м своды делают
сплошного сечения, армируя их продольными стержнями, изогну-
тыми соответственно очертанию свода. Перпендикулярно к основ-
ным стержням ставят распределительную арматуру. Верхнюю и
нижнюю арматурные сетки свода связыват хомутами (см.
рис. 8.3,а). Толщину сплошных сводов принимают (’/м-^’/вдН
При больших пролетах рационально устройство пустотных короб-
чатых сводов (см. рис. 8.3, б). Благодаря сосредоточению материа-
ла по краям сечения (в верхней и нижией плитах) коробчатый
свод работает на изгиб рациональнее сплошного. Высоту короб-
чатых сводов принимают С/цН-'/соИ Надсводное строение состоит
из поперечных стенок (см. рис. 8.3, а) или отдельных надсводных
стоек (см. рис. 8.3, б), поддерживающих проезжую часть. При уст-
ройстве надсводных стенок плиту проезжей части можно непо-
средственно опереть на них. При надсводных стенках они под-
держивают плиту с помощью продольных и поперечных балок.
Вблизи замка плита проезжей части примыкает к своду или
сливается с ним; мостовое полотно поддерживается непосредст-
венно сводом.
В арочных пролетных строениях со сплошными или коробча-
тыми сводами проезжая часть в средней части пролета может от-
сутствовать. Таким решением со сводами своеобразной облегчен-
ной конструкции являются мосты из арочных дисков (рис. 8.3, в).
В арочных дисках плиту проезжей части объединяют для совмест-
ной работы с нижней криволинейной плитой и продольными стен-
ками как единое коробчатое сечение. При небольших пролетах
сводов нижней плиты может не быть, тогда арочный диск имеет
простое ребристое сечение. Чаще всего арочный диск имеет ко-
робчатое сечение в средней части пролета, а ближе к опорам про-
езжая часть отделяется и выключается из совместной работы, диск
же имеет ребристое сечение с нижней криволинейной плитой (см.
рис. 8.3, в). Идея о выполнении арками функции надарочногр
строения доведена до. полного завершения в конструкции диско-
вых арочных пролетных строений (рис. 8.4), нашедшей в СССР
применение в многопролетном железнодорожном мосту через пой-
му большой реки.
Мосты из арочных дисков и дисковые мосты делают трехшар-
нирными во избежание больших дополнительных напряжений от
изменения температуры, деформаций опор, усадки и ползучести
€етона.
192
о8н
Рнс. fi.4. Конструкция дисковых арочных пролетных строений
Мосты с отдельными арками. В таких мостах основными несу-
щими элементами служат арки, сечение которых делают прямо-
угольным, а при больших пролетах — двутавровым или коробча-
тым. Высоту сечения арок принимают от ‘До ДО */во пролета. В мос-
Рнс. fi.5. Конструкция монолитных арочных мостов с отдельными арками:
/ - шов в проезжей части; 2 — распорки между арками; 3 — шарниры в иадарочиых
стойках; 4 — арка; 5 — надарочныс стойки; 6 — свинцовый лист; 7 — водоиспроницасман
мастика; в — осевой стержень шарнира; 9 — стальной балансирный шарнир
7 Зак. 567
193
тах с ездой поверху число арок в поперечном сечении зависит от
ширины моста. Расстояние между арками составляет обычно от
2—3 до 5—6 м. При езде понизу и пониженной езде пролетное
строение имеет две арки, расстояние между которыми определя-
ется шириной габарита проезда по мосту. Арки связывают между
собой распорками, чтобы обеспечить жесткость и устойчивость
пролетного строения в поперечном направлении (рис. 8.5, а). Арми-
руют арки продольными стержнями, идущими вдоль их верхней и
нижней поверхностей. Продольную арматуру охватывают хому-
тами.
Надарочная конструкция (рис. 8.5, в) аналогична мостам со
сводами.
Конструкцию проезжей части в мостах с отдельными арками
обычно по длине пролета устраивают со швами, чтобы предотвра-
тить появление дополнительных напряжений в ней и в надароч-
ных стойках от совместной работы с арками. Значительные допол-
нительные напряжения могут возникнуть в коротких стойках, бли-
жайших к замку. На концах этих стоек обычно устраивают шар-
ниры, превращая их в так называемые качающиеся стойки
(см. рис. 8.5, а) не воспринимающие изгибающих моментов благо-
даря шарнирам.
В случаях когда имеется в виду совместная работа проезжей
части с арками, в проезжей части швов не устраивают, получая
комбинированную систему в виде арки с балкой жесткости.
При пересечении глубоких лощии или рек с быстрым течением,
когда нельзя устроить подмости для бетонирования арок или мон-
тажа их из отдельных блоков, иногда применяют жесткую арма-
туру в виде металлических арочных ферм. Эти фермы собирают на
весу, подвешивают к ним опалубку и бетонируют. После отверде-
ния бетона металлические фермы служат арматурой арок.
Шарниры в двух- и трехшарнирных арках обычно делают
стальными.
В арках небольших пролетов (до 30—50 м) могут быть приме-
нены простейшие шарниры из стальных листов или свинцовых про-
кладок (рис. 8.5, б), обеспечивающих взаимный поворот сопрягае-
мых частей. Ширину листов или прокладок принимают около */<—
*/з высоты сечения арки. Через шарнир пропускают продольные_
стержни, служащие для восприятия поперечных сил.
Наиболее совершенны шарниры из стального литья из двух
подушек-балансиров, шарнирно сопрягающихся между собой
(рис. 8.5, г). В местах передачи давлений от шарниров бетон уси-
ливают сетками.
Пролетные строения арочных мостов сооружают полностью
сборными или устраивают сборное надарочное строение с моно-
литными арками. В полностью сборных арочных мостах арки мон-
тируют из готовых блоков. Удобно монтировать арки из двух по-
194
Рис 8.6. Конструктивные элементы сборных ароччых мостов:
/ - - готовый блок-полуарка; 2 — рамы надарочиого строения; 3 - сборные элементы
проезжей части: 4 — надсводная стенка; S — ригель; 6 — швы между блоками; 7 — бл<жн
арки; 8 - - арка; 9 - иадарочиая стойка; 10 — продольный прогон
луарок (рис. 8.6, а), которые готовыми доставляют в пролет. Усло-
вия доставки и подъемные механизмы ограничивает масса блоков
полуарок и пролет (до 40—60 м). Однако доставка полуарок на
плаву позволяет применить такую конструкцию при пролетах до
150 м. Если установка готовых полуарок невозможна, то арки мон-
тируют из более мелких блоков (рис. 8.6, б), которые устанавли-
вают на временных подмостях или кружальных фермах и после
омоноличивания всех швов включают в работу раскружаливани-
ем. Возможна также сборка полуарок из отдельных блоков на бе-
регу с последующей доставкой их на плаву в пролет.
Надарочное строение возводят сборным из стоек, поперечных
стенок или рам, поддерживающих элементы проезжей части.
По надарочным стойкам укладывают ригели, на которые опи-
рают плитные или ребристые (рис. 8.6, в) элементы проезжей ча-
сти. Стойки и ригели надарочной части могут быть объединены в
рамные блоки (см. рис. 8.5, а). При надарочном строении с попе-
речными стенками на них устанавливают ригель, поддерживаю-
щий опирающиеся на него блоки проезжей части (см. рис. 8.5, б).
Применяют также надарочное строение, в котором по стойкам ук-
ладывают продольные балки (прогоны), а по ним — блоки проез-
жей части (рис. 8.5, г). В конструкциях сборного надарочного
строения желательно использовать типовые элементы простых ба-
лочных пролетных строений.
Арки с затяжкой. В арочных пролетных строениях с ездой по-
низу распор арок передается на специальные элементы — затяж-
ки. В отношении воздействия на опоры пролетное строение являет-
ся балочным. Арки с затяжками могут быть трех видов: жесткие
7* 195
Рис. Я.7. Виды статических схем арок с затяжками. Типы проезжей часта
с гибкими затяжками (рис. 8.7, а), гибкие с балками жесткости
(рис. 8.7, б) и жесткие с жесткими затяжками (рис. 8.7, в).
Изгибающие моменты возникают в арках и затяжках всех ви-
дов, так как шарниры в конструкции не устраивают. Однако если
жесткость затяжки мала по сравнению с жесткостью арки (при от-
ношении моментов инерции арки и затяжки не менее 80), то изги-
бающие моменты в затяжке настолько малы, что ими можно пре-
небречь и считать, что затяжка работает только на растяжение.
Наоборот, если высота сечения арки, а следовательно, и момент
инерции его незначительны по сравнению с высотой и моментом
инерции сечения затяжки, то можно пренебречь изгибающими мо-
ментами, возникающими в арке, и считать, что она работает на
центральное сжатие.
Если моменты инерции арки и затяжки отличаются друг от
друга не так резко, как было сказано выше, то изгибающие момен-
196
ты возникают как в арке, так и в балке жесткости. Приближенно
можно считать, что момент распределяется между аркой и балкой
пропорционально их жесткости.
Гибкая арка с балкой жесткости имеет то достоинство, что
жесткие балки удобно использовать для монтажа арок, уложив
сначала с помощью кранов крупные элементы балок на неболь-
шое число временных опор в пролете. Можно также собрать про-
летное строение на берегу и подать его в пролет целиком на пла-
вучих опорах или продольной и поперечной надвижкой. Кроме то-
го, для восприятия изгибающих моментов можно развивать высо-
ту балки жесткости без значительного ухудшения внешнего вида
моста.
Наиболее экономичными являются пролетные строения с же-
сткой аркой и жесткой затяжкой. Правильно выбирая соотноше-
ния между жесткостями арки и затяжки с учетом оптимального
расхода материалов, способа производства работ по сооружению
моста и архитектурных требований, можно получить конструкцию,
обладающую преимуществами обеих вышеописанных разновидно-
стей арок с затяжками.
Снизить изгибающие моменты в арках и затяжках можно, при-
менив наклонные подвески (рис. 8.7, г). Получаемая в этом случае
экономия материалов до 10—15 % достигается, однако, ценой ус-
ложнения конструкции.
При проектировании пролетных строений в виде арок с жест-
кими затяжками учитывают совместную работу затяжек с
проезжей частью. Если проезжая часть (в виде плиты или плиты
с ребрами) жестко соединена с поперечными балками, имеющими
жесткое соединение с затяжками (рис. 8.7, д), то вся проезжая
часть будет работать на растяжение вместе с затяжками.
В сборных мостах можно применить при сохранении попереч-
ных балок, присоединяемых к подвескам, проезжую часть в виде
балочных плит, укладываемых на поперечные балки сверху (этаж-
ное расположение) и имеющих одну неподвижную и одну подвиж-
ную опорную части в каждой панели (рис. 8.7, е).
Аркам придают возможно меньшую высоту сечения, чтобы их
жесткость в вертикальной
плоскости, была минимальной
и на арки не передавалось су-
щественных изгибающих мо-
ментов от общей деформации
пролетного строения. Затяжку
изготавливают в виде высокой
балки (балки жесткости), рас-
считанной на действие про-
дольного усилия распора сов-
местно с изгибающими момен-
Рис. fi.fi. Детали арок с затяжкой:
/ — гибкая арка; 2 — жесткая затяжка;
3 — поперечная балка
197
тами. Сечение балки жесткости при малых пролетах делают пря-
моугольным, а при больших пролетах — двутавровым (рис. 8.8,6)
или коробчатым. Так как в балках жесткости возникают изгибаю-
щие моменты двух знаков, то арматуру располагают как поверху,
так и понизу.
Для восприятия главных растягивающих напряжений ставят
также хомуты и отогнутые стержни (рис. 8.8, а).
При гибких затяжках отделяют затяжку от проезжей ча-
сти, например, расположив ее на поперечных балках без связи с
ними (рис. 8.7, ж) или передавая распор на проезжую часть, ко-
торую выполняют в виде затяжки — плиты (рис. 8.7, з).
Гибкую затяжку делают железобетонной или металлической.
Раньше железобетонные затяжки армировали круглыми стальны-
ми стержнями, надежно закрепленными на концах гайками, пере-
дающими усилия торцам пролетного строения через стальные по-
душки. В современных конструкциях применяют более совершен-
ное армирование затяжек высокопрочными предварительно на-
пряженными стальными проволочными пучками или кручеными
канатами. Металлические затяжки устраивают из профильного ме-
талла, двутаврового, двухшвеллерного или коробчатого сечения, а
подвески — из предварительно напряженного железобетона или из
круглой стали. Концы стальных подвесок закрепляют в арках и
поперечных балках проезжей части с помощью гаек и стальных
прокладок.
К внешне безраспорным можно отнести также мосты арочно-
консольной системы (см. рис. 4.5, 6), у которых железобетонное
пролетное строение состоит из полуарок, соединенных попарно за-
тяжками, расположенными в уровне замков. В середине пролета
консольные смежные полуарки соединяют обычно шарниром, че-
рез который может передаваться только поперечная сила. В такой
системе на опоры передаются большей частью вертикальные уси-
лия, а распор — только от временной нагрузки. Пролеты таких
систем от 90 до 120 м.
8.3. Вантовые мосты
Железобетонные мосты вантовых систем применяют для пере-
крытия больших пролетов до 300—350 м. Обычно их возводят на
пересечении глубоких рек, устьев рек, морских заливов и проли-
вов, где сооружение опор сложно и дорого. Вантовые мосты соору-
жают также в городах, так как они имеют хороший внешний вид
(рис. 8.9, а).
Вантовый мост имеет железобетонные опоры — пилоны, к ко-
торым прикреплены металлические ванты из канатов или пучков
параллельных проволок (рис. 8.10, а). Пилоны работают в основ-
198
о
Рис. 6.9. Железобетонный вантовый мост через р. Днепр в г. Киеве (построен в
1963 г.):
а — внешний вид центрального пролета; б — схема моста
ном на сжатие, ванты — на растяжение. Ванты поддерживают же-
лезобетонную балку жесткости, по которой и осуществляется дви-
жение транспорта. Благодаря прикреплению балки жесткости к
вантам во многих точках она работает с меньшими изгибающими
моментами и может быть выполнена относительно малой строи-
тельной высоты.
Высоту пилонов /У вантовых мостов принимают равной
(’/б-т-’/з)/, где ! — центральный пролет моста (рис. 8.9, б). Боко-
вые пролеты А= (0,54-0,8) I.
Расстояния между точками прикрепления вант к балке жестко-
сти могут в различных схемах изменяться в широких пределах от
а= (54-10) м до а= (504-60) м. В зависимости от частоты распо-
ложения вант изменяется высота h балки жесткости, которую
почти всегда принимают постоянной по длине пролета. Обычно
Л= (Vs4-‘/2o)a или Л= (‘/мН-’/юоН- Ванты располагают с углом на-
199
клона а к горизонтали не менее 30°, так как в противном случае в
них возникнут большие усилия, а их жесткость сильно уменьшится.
Системы расположения вант весьма разнообразны. Ванты мо-
гут выхЪдить из одной точки пилона (см. рис. 8.9, а) или распола-
гаться параллельно, подходя к пилону на разной высоте
(рис. 8.10, б). Ванты могут выходить из одной точки на балке же-
сткости (рис. 8.10, в) или из.разных точек пилона и с разным на-
клоном (рис. 8.10, г). Иногда вантовые мосты сооружают с одним
несимметрично расположенным пилоном (рис. 8.10, д). Такая схе-
ма часто имеет преимущества при строительстве мостов в больших
городах.
В большем пролете однопилонного моста могут быть установ-
лены обычные опоры, причем ближайшую к вантам целесообразно
расположить на расстоянии Qi ~ (1 -т-2) а.
200
Пилон вантового моста может быть наклонным к вертикали
под углом 0=104-20°, чтобы воспринять на себя часть горизон-
тального усилия от вант основного пролета (рис. 8.10, е).
Вантовые мосты в своем большинстве работают как системы с
воспринятым распором, когда горизонтальные составляющие уси-
лий в вантах передаются на балку жесткости (см. рис. 8.10,а,б).
На опоры в этом случае пролетное строение передает только вер-
тикальные усилия.
Возможно крепление вант и в устое автодорожного моста, осо-
бенно в однопилонной схеме (см. рис. 8.10, е). Здесь балка жест-
кости упирается в один из устоев, передавая на него горизонталь-
ное усилие.
Балку жесткости вантового моста выполняют коробчатой или
П-образной (см. рис. 8.8) конструкции, чтобы улучшить ее работу
па кручение от временных нагрузок и воздействия ветра.
Балку жесткости подвешивают на ванты (в поперечном на-
правлении) по ее краям на отдельные пилоны (см. сечение А—А
на рис. 8.10) или по оси моста (см. сечение Б—Б на рис.8.10). Для
большей жесткости в поперечном направлении пилоны возводят
рамной конструкции (см. сечение В—В на рис. 8.10). Конструиру-
ют и армируют балки жесткости и пилоны по правилам конструи-
рования железобетойных элементов с учетом специфики их рабо-
ты в вантовых мостах.
Вопросы для самопроверки по гл. 8
1. Какие статические схемы свойственны железобетонным рамным мостам?
2. Каковы преимущества и недостатки рамиых мостов?
3. Каковы статические схемы арочных мостов?
4. Какие особенности отличают пролетные строении из арочных дисков?
5. Какие существуют виды арок с затижками?
6. Какова конструкции мостов арочно-консольиой системы?
7. Каковы особенности вантовых мостов?
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ОПОРЫ мостов
Глава 9
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО КОНСТРУКЦИИ ОПОР МОСТОВ
9.1. Виды опор для железнодорожных и автомобильных мостов
Опоры мостов служат для восприятия и передачи основанию
постоянных нагрузок (собственный вес опор, давление грунта и
пролетных строений), временных вертикальных нагрузок от под-
вижного состава и их воздействий, к которым относятся давление
грунта от поезда или автотранспортных средств, центробежные
силы и торможение или сила тяги. Кроме этого, на опоры могут
действовать прочие временные нагрузки — давление ветра и льда.
Все эти нагрузки в определенных сочетаниях не должны вызывать
в опорах напряжений, осадок и перемещений, превышающих до-
пустимые по СНиП 2.05.03-84. От прочности опор во многом зави-
сят прочность и надежность моста в целом.
Стоимость опор с фундаментами составляет 50—60 % общих
затрат на все сооружение. Поэтому конструкции опор должны быть
экономичными и отвечающими требованиям индустриальных ме-
тодов строительства мостов. При проектировании промежуточных
опор (быков), которые располагаются в руслах или поймах рек,
необходимо учитывать водные и ледовые условия реки, что отра-
жается на форме подводной части опоры. Береговые опоры (ус-
тои), кроме прямого назначения — восприятия нагрузки от про-
летного строения, работают как подпорные стены и обеспечивают
надежное сопряжение моста с земляной насыпью подхода, исклю-
чая случаи просадок пути непосредственно перед устоем.
По конструкции опоры могут быть массивными бетонными и
легкими железобетонными. Для железнодорожных мостов приме-
няют как те, так и другие, а для автодорожных — преимуществен-
но легкие железобетонные. По способу возведения различают мо-
202
нолитные, сборно-монолитные и сборные конструкции опор. Для
долговечности сооружения большое значение имеют не только ус-
тойчивость опор и надежность оснований под ними, но и качество
материалов, применяемых в опорах, и выполнение правил ухода
за ними.
Капитальные опоры строят из бетона, бутобетона, камня и же-
лезобетона. Бетон для изготовления бетонных конструкций приме-
няют со средней плотностью 2200—2500 кг/м3 и классом по проч-
ности на сжатие не ниже В20. Блоки облицовки опор на реках с
ледоходом при расположении мостов в районах со средней темпе-
ратурой воздуха наиболее холодной пятидневки минус 40 °C и вы-
ше выполняют из бетона класса по прочности не ниже В35, а за-
полнение полостей сборно-монолитных опор — бетоном класса
В20. Марка бетона опор по морозостойкости F для надводных и
подземных частей сооружения должна быть от 100 до 300 в зоне
переменного уровня воды, в зависимости от климатических усло-
вий — от 100 до 400.
Бетон блоков облицовки опор железнодорожных и совмещен-
ных мостов через реки с ледоходом при толщине льда более 1,5 м
и в районах с особо суровыми климатическими условиями должен
иметь марку по морозостойкости 500. Для изготовления деталей
и основных конструкций опор обычно применяют железобетон. Он
особенно незаменим для сборных конструкций при индустриаль-
ном изготовлении мостов. Использование железобетона определи-
ло разработку новых конструктивных форм опор, отличающихся
от старых меньшим объемом кладки, облегчением и ускорением
возведения.
9.2. Типовые конструкции монолитных и сборных опор
Конструкции опор железнодорожных мостов. Виды береговых
опор (устоев) зависят от системы моста, положения опоры в мос-
товом переходе, высоты насыпи подходов и характера водотока.
Широкое применение находили ранее устои массивного типа
(рис. 9.1, а), с обратными стенками (рис. 9.1, б), тавровые
(рис. 9.1, в) и обсыпные (рис. 9.1, г), применявшиеся при высоте
насыпи соответственно до 6, 8, 12, 18 м и более.
Массивные устои имеют большие размеры по фасаду моста,
весьма значительные объемы кладки н поэтому в последние годы
их редко применяют.
Устои сборно-монолитной конструкции осуществляют из желе-
зобетонных контурных блоков с заполнением внутренней полости
монолитным бетоном (рис. 9.2). Значительное снижение расхода
материалов, повышение уровня сборности обеспечиваются приме-
нением свайных стоечных и рамных конструкций устоев. Малые и
203
Рис. 9.1. Конструкции монолитных береговых опор:
/ — фундамент: 2 — дренаж; 3 — обратная стена; 4 — шкафная стенка; 5 - полферыен-
ная площадка; 6 передняя стенка: 7 балластное корыто; в — тротуарная консоль:
S -- закладной щит; 10 — тело устоя; // — железобетонное крыло
средние мосты с пролетами до 15—20 м, а также путепроводы и
эстакады строят преимущественно индустриальными способами с
опорами в виде сборных свайных и столбчатых конструкций.
В распространенных сборных железобетонных конструкциях
свайно-эстакадных (рис. 9.3) и стоечно-эстакадных (рис. 9.4) же-
лезнодорожных мостов опоры на 90—95 % сооружают из элемен-
тов промышленного изготовления, которыми являются сваи, стой-
ки, насадки, шкафные и фундаментные блоки (рис. 9.5). Так, на-
пример, свайные опоры для пролетных строений длиной 6 м при
высоте насыпи 2—5 м применяют состоящими из четырех призма-
тических забивных свай сечением 35 x35 и 40x40 см (рис. 9.6,а).
Для пролетных строений длиной от 9,3 до 16,5 м при высоте насы-
пи от '3 до 6 м — из шести свай (рис. 9.6, б), а под пролетные стро-
ения 23,6—34,2 м — из восьми свай (рис. 9.6, в). Высота насыпи
при этом может быть увеличена до 8,0 м.
Сваи или стойки таких устоев сверху объединяют насадкой с
подферменной площадкой (рис. 9.7, а, б). На концевых опорах-
устоях поверх плиты подфермеиной площадки располагают шкаф-
ной блок (см. рис. 9.3 и 9.4), который сопрягает мост с насыпью
подходов. Нижние концы стоек закрепляют в специальных отвер-
стиях, предусмотренных в блоках фундамента (рис. 9.7, в). Сваи
204
и стойки изготавливают как из
обычного, так и преднапря-
женного железобетона с ис-
пользованием бетона классов
по прочности В22,5; В25; ВЗО.
Разновидностью свайного
устоя является устой, изобра-
женный на рис. 9.8. Он имеет
монолитный ростверк, осно-
ванный на 12 призматических
или девяти сваях-оболочках и
применяемый под пролетные
строения до 34,2 м при высоте
насыпи до 10 м. В тех случаях,
когда забивка свай затрудни-
тельна (скальные или плотно-
глинистые грунты), устраива-
ют стоечные устои на фунда-
ментах стаканного типа на ес-
тественном основании. Они со-
стоят из четырех стоек сече-
нием 80X50 см для пролетных
строений от 9,3 до 16,5 м
(рис. 9.9, а) и из шести стоек
такого же сечения для реб-
ристых пролетных строений
от 23,6 до 34,2 м (рис. 9.9, б).
Высота насыпи соответствен-
но до 9,0 и 15,0 м.
В отдельных случаях при
большой мощности слабых
Рис. 9.2. Устой из контурных блокон:
/ — контурные блоки; 2 — монолитный
Рис. 9.3. Опоры свайно-эстакадного железнодорожного моста:
а — устой; б — промежуточная опора;
/ — железобетонная свая; 2 — насадка устоя; 3 — шкафной блок устоя; 4 — насадка быка
205
206
Рис. 9.6. Спайные устои Ленгнпротрансмоста
грунтов и недостаточности длин свай применяют свайные основа-
ния с ростверком с расположением на нем плиты стаканного типа
для установки стоек. Для пролетных строений длиной от 23,6 до
34,2 м и высоты -насыпи до 17—20 м применяют стоечные опоры с
наклонным расположением стоек как вдоль, так и поперек моста
(рис. 9.10). Рамный устой применяют для пролетных строений до
16,5 м и высоты насыпи 8—10 м (рис. 9.11) преимущественно для
путепроводов.
За последние годы при проектировании опор железнодорожных
мостов получают широкое применение столбчатые устои, которые
для пролетных строений длиной от 6,0 до 16,5 м и высотой насыпи
от 2 до 5 м состоят из четырех столбов (рис. 9.12, с, б), для про-
летных строений от 23,6 до 34,2 м — из шести столбов (рис. 9.12,в).
Диаметр столба 80 см, длина определяется исходя из условий
h =4,0 м и йэ=6,0 м, которые уточняются при привязке проекта к
Рис. 9.7. Сопряжение свай и стоек:
t — свая нлн стойка; 2 — насадка; 3 — арматурные выпуски; 4 — пространство, запол-
няемое бетоном; 5 — блок фундамента
207
Рис. 9.8. Устой на монолитном рост-
верке:
/ — крылья со шкафной частью: 2 - ро
стперк: 3 сван
конкретным условиям. Отклоне-
ние столбов допускается по высо-
те 50 мм, в плане — 30 мм. От-
клонения от проектных размеров
шкафных блоков и насадок до-
пускаются по длине 10 мм; вы-
соте — 5 мм; ширине — 10 мм.
Промежуточные опоры (бы-
ки). Опоры железнодорожных
мостов массивного типа (рис.
9.13, а, б) состоят из подфермен-
ной площадки (подферменника).
тела опоры и фундамента. Фун-
даменты выполняют мелкого и
глубокого заложения преимуще-
ственно на искусственных осно-
ваниях в виде забивных свай,
железобетонных оболочек или
опускных колодцев. Высотой опо-
ры называется расстояние от вер-
ха опоры до обреза фундамента;
размер опоры по фасаду опреде-
ляет ее ширину, а размер поперек моста — длину. Обрез фунда-
мента обычно назначают на 0,5 м ниже уровня меженных вод и
не менее 0,25 м нижней поверхности льда. Толщина подферменни-
ка для массивных опор больших мостов должна быть не менее
0,5 м из бетона более высокой марки, чем тело опоры, с армиро-
ванием горизонтальными арматурными сетками. Тело опоры мо-
жет иметь уширение книзу с уклоном от 30: 1 до 40: 1.
В настоящее время опоры обычно устраивают с вертикальными
20В
209
Рнс. 9.14. Формы поперечного сече-
пня подводной части промежуточных
стандартизации блоков сборных опор, облегчает конструкцию опа-
лубки, дает возможность применения «скользящей» опалубки, пере-
мещаемой вверх по мере бетонирования. Очертание промежуточ-
ных опор в плане назначают исходя из условий протекания воды
под мостом и характера ледохода. Речные и пойменные опоры в
пределах глубины воды должны иметь обтекаемую форму
(рис. 9.14). Этим условиям соответствует очертание опор с заост-
рением или закруглением носовой и кормовой частей, а также в
виде круга.
При наличии на реке значительного ледохода, особенно на ре-
ках в условиях сурового климата, носовая часть опоры должна
иметь заостроенную форму под углом 60°. В случаях когда на опо-
ры будет воздействовать сильный ледоход (толщина льда больше
1 м и скорость его движения 2—2,5 м/с), опоры могут устраивать
с режущей гранью (с водорезом) с уклоном 10: 1 (см. рис. 9.13, б).
Верх водореза располагают на 1 м выше уровня высоких вод. В
пределах уровня ледохода сопряжение граней опоры следует де-
лать по цилиндрической поверхности радиусом 0,75 м. На реках
в районах, где среднесуточная температура воздуха наиболее хо-
лодного месяца выше минус 20 °C, речные опоры выполняют из бе-
тона без специальной защиты.
При температуре ниже минус 20°С и на реках, вскрывающих-
ся зимой, промежуточные опоры в пределах зоны переменного
уровня ледохода облицовывают бетонными или железобетонными
блоками высотой не менее 40 см. При этом толщина швов не долж-
на превышать 1,5 см. Прочность на сжатие материала облицовки
не менее 59 МПа. Соединение железобетонных стоек с массивной
частью опор и фундаментов осуществляют бетонируемым стыком
с взаимным выпуском арматуры. Опоры мостов, расположенных
на суходолах или в путепроводах, устраивают прямоугольного
очертания с сечениями ярусов в плане (по типовому проекту)
2,5 X 3,0, 3,6 X 3.6 и 4,5 X 4,0 м.
На водотоках нижний ярус до уровня высоких вод выполняют
обтекаемой формы.
Сборно-монолитные типовые опоры выполняют из железобе-
тонных контурных блоков высотой 70 см 10 типоразмеров массой
до 3 т (рис. 9.15). Армирование блоков выполняют из арматуры
класса А-П диаметром 8—10 мм, бетон класса В35 при темпера-
туре наружного воздуха выше, минус 40°C и класса В45 — при
температуре ниже минус 40°С. Внутреннюю полость заполняют бе-
тоном класса В20. Размеры и очертания ярусов такие же, как и у
210
Рис. 9.15. Сборно-монолитная кроме- Рис. 9.16. Сечения сборно-монолитных
жуточная опора из контурных опор:
блоков а — замкнутого коробчатого типа; О —
из двутавровых блоков; в — из тавровых
блоков
массивных опор, и применяют их для пролетных строений полной
длиной от 16,5 до 34,2 м.
Для пролетных строений больп
меняют сборно-монолитные опоры
вого и двутаврового очертаний
(рис. 9.16). Кроме того, блоки
могут быть замкнутого и короб-
чатого типа. Каждая из конструк-
ций, отвечая основным требова-
ниям долговечности, экономичес-
кой эффективности, индустриаль-
ное™ производства, обладает и
серьезными недостатками. Так,
в блоках с замкнутым контуром
возникают трещины в связи с
разницей в температурно-усадоч-
ных деформациях наружных и
внутренних слоев кладки, а так-
же за счет различной их влаж-
ности. Кроме того, замкнутые по
юй длины с ездой понизу при-
с контурными блоками тавро-
Рис. 9.17. Деталь сборио-моиолитпой
опоры из исармироваииых блоков
211
контуру блоки трудно применять для различных размеров опор,
так как они могут быть неоправданно завышены или недопустимо
занижены.
Блоки коробчатой и двутавровой форм дают возможность изме-
нять длину опоры, оставляя ширину ее неизменной. Тавровые
блоки в отличие от предыдущих видов контурных блоков обеспе-
чивают проектирование разных по размерам опор, хотя число мон-
тажных элементов возрастает, а следовательно, увеличивается
трудоемкость сооружения опоры в целом. Разработана конструк-
ция бетонных блоков (рис. 9.17), где металл используется только
на строповочные петли и составляет от 8 до 22 кг на 1 м3 бетона.
Швы выполняются на клею.
Разработана также конструкция опор из контурных блоков вы-
сотой 1,5 м и толщиной 0,7—1,0 м (рис. 9.18, а). Форма опоры в
плане, обтекаемая с углом заострения 90° и радиусом закругле-
ния 0,75 м, с шагом размеров вдоль оси моста 0,4 м, начиная с
2,4 м; поперек оси моста — 0,3—0,9 м, начиная с 3,4 м. Раскладка
блоков приведена на рис. 9.18, б, в. Блоки применяют прямые, пе-
реходные и концевые. Прямые блоки (рис. 9.19, а) применяют дли-
ной а=1,2; 1,8; 2,4; 3,0 м; шириной 6 = 0,8. Масса блоков от 1,9 до
6,5 т. Переходные блоки (рис. 9.19, б) длиной от 1086 до 2748 мм
имеют массу от 4,3 до 17 т; концевые блоки (рис. 9.19, в) длиной
1160—2433 м — массу от 1,8 до 5,0 т. Горизонтальные швы между
блоками устраивают замкового типа на цементном растворе с уст-
320см
§
85
§
Рис. 9.18. Промежуточная опора из контурных блоков высотой 1,5 м Лентранс-
мостпроекта:
а — общий вил опоры; б — раскладка блоков опоры прямоугольного сечения; в — то же
заостренной формы
212
В)
Арматурные
выпуски
Рис. 9.19. Вилы контурных блоков опор Лснтрансмостпроекта
ройством канавки на верхней постели блока. Применяют такие
опоры для пролетных строений полной длиной до 110 м.
На небольших реках с толщиной льда до 0,3 м и суходолах
применяют свайно-эстакадные мосты с небольшими пролетами.
Свайные опоры таких мостов состоят из железобетонных свай, же-
лезобетонной плиты со сквозными отверстиями с уложенными на
них насадками — подферменными площадками, в целом называе-
мыми оголовками (рис. 9.20). По фасаду такие опоры могут быть
однорядными и двухрядными, для железнодорожных мостов обыч-
213
Рис. 9.21. Виды столбчатых и стоеч-
ных промежуточных опор железнодо-
рожных мостов
по применяют двухрядное расположение. Сваи забивают в грунт
на глубину не менее 4 м от линии размыва. Высота таких опор
определяется длиной свай и не превышает 5—6 м, а размеры про-
летных строений — от 6 до 16,5 м.
Опоры мостов свайно-эстакадного типа широко применяют в
северо-восточных районах нашей страны, они с успехом заменяют
земляное полотно на заболоченных участках местности. Столбча-
тые опоры (рис. 9.21, а, б) могут состоять из двух или четырех
столбов диаметром 80 см или из оболочек разных диаметров 1,6—
2,4—3,0 м. Такие опоры могут иметь телескопическую форму. В
пределах колебания воды оболочки заполняют бетоном; осталь-
Рис. 9.22. Опоры с предварительно .
напряженной арматурой расположен-
ной:
о — в закрытых каналах; 6 — в откры-
тых каналах
ную часть — песком. Стоечные
опоры из четырех или шести вер-
тикальных стоек сечением 40Х
40 см (рис. 9.21, в) применяют
для пролетных строений от 6,0 до
16,5 м при высоте опоры от 2 до
6 м. Наклонное расположение
двух стоек сечением 80X50 см
(рис. 9.21, а) позволяет приме-
нять пролетные строения до
34,2 м, а применение четырех или
восьми стоек того же сечения —
увеличить размер пролетных
строений до ПО м при высоте
опор до 12 м (рис. 9.21, д).
К недостаткам свайных, сто-
ечных и столбчатых опор отно-
сится повышенный расход арма-
214
туры, использование в одной опоре элементов, монтажные массы
которых отличаются в 3 раза и более, недопустимость их примене-
ния в руслах постоянных водотоков и при наличии ледохода. Кро-
ме рассмотренных конструкций опор, применяют сборные пустоте-
лые опоры с применением предварительно напряженной арматуры.
Их целесообразно применять при сооружении мостов через сухо-
долы, а также в надводной части высоких опор (рис. 9.22).
К преимуществам таких опор относятся максимальное исполь-
зование свойств бетона, значительное снижение объема кладки, но
наличие большего количества горизонтальных швов вызывает зна-
чительную неравномерность распределения напряжений и может
служить причиной появления трещин. Поэтому разработаны кон-
струкции с вертикальным членением.
Опоры мостов под автомобильную дорогу. Устои бывают мас-
сивные, сборно-монолитные и сборные. Массивные устои балочных
мостов имеют различную конструкцию в зависимости от высоты
насыпи и при пролетах более 39—40 м. В случае если конусы на-
сыпи не должны выходить под крайние пролетные строения, уст-
раивают устои с обратными стенками или откосными крыльями
(рис. 9.23, а). В городских мостах, где нежелательно заведение
конуса насыпи в пролет, применяют устои в виде уголковой контр-
форсной стенки с уступом для опирания пролетного строения
(рис. 9.23, б).
Такие устои применяют при высоте насыпи до 10 м. Откосные
стенки заходят в конусы насыпи не менее чем на 1 м. Ширину
шкафной стенки монолитного устоя назначают не менее 0,5 м, а
нижнюю часть устоя — в пределах 0,3—0,4 его высоты. При высо-
те насыпи более 8—10 м применяют обсыпные устои, если по ус-
ловиям обеспечения отверстия моста возможно заведение конуса
в пределах части размера крайнего пролета (рис. 9.23, в, г). Дли-
Рис. 9.23. Виды массивных устоев балочных мостов:
насыпь подхода и конус насыпи; 3 — тело устоя; 3 — откосные стенки (крылья);
4 — контрфорсные стенки; Б — продольные отдельные стенки
215
ну устоя поперек оси моста определяют в зависимости от габарита
проезжей части.
Сборные устои простейшей конструкции устраивают на желе-
зобетонных сваях или стойках. При высоте насыпи до 3 м приме-
няют одностоечные устои (рис. 9.24, а), а при высоте насыпи до
6 м — двухстоечные (рис. 9.24, б). Стойки имеют квадратное,
прямоугольное сечения с наименьшим размером 25 см. Наиболь-
ший размер сечения стоек 75 см. Насадки, которыми объединяют-
ся стойки, назначают высотой (толщиной) не менее 1,16, где b —
наибольший размер (диаметр) сечения стойки. На такую же ве-
личину заводят стойки в фундаменты.
Устои с одним рядом свай (рис. 9.24, в) применяют при высо-
те насыпи до 2 м и с двумя рядами (рис. 9.24, а) — при большей
высоте насыпи и пролетах балок до 40 м. При создании насыпи
подхода из хорошо уплотненных грунтов пролетные строения дли-
ной до 12,0 м можно опереть на устои лежневого типа, располо-
женные непосредственно в теле этой насыпи (рис. 9.24, д).
В мостах с консольными пролетными строениями устои могут
не устраиваться, а сопряжение с насыпью осуществляется непо-
средственно. Однако такое сопряжение часто вызывает просадку
насыпи перед мостом, что усложняет эксплуатацию его.
Рис. 9.24. Сборные устои мостон;
— крыло; 2 — шкафная стенка с подфсрыснной площадкой
216
д)
Рис. 9.25. Типы промежуточных опор антодорожиых мостов
Промежуточные опоры средних и больших автодорожных мос-
тов имеют много общего с промежуточными опорами железнодо-
рожных мостов, но отличаются более легкой конструкцией. Опоры
монолитной и сборно-монолитной конструкций (рис. 9.25, а, б, в)
в настоящее время выполняют с двухконсольным ригелем сверху.
При сильном ледоходе часть опоры, подверженную воздействию
высокой воды и льда, делают обтекаемой формы, а верхнюю над-
водную часть — прямоугольной или в виде столбов с двухконсоль-
ным железобетонным ригелем сверху. Ригель, как правило, сбор-
ный с продольным или поперечным членением. Такие опоры при-
меняют при пролетах более 50—60 м и большой высоте опор или
на реках с интенсивным ледоходом при толщине льда более 1 м
и скоростью течения более 2 м/с.
Для ускорения строительства опор и индустриализации их из-
готовления разработаны конструкции разных типов сборно-моно-
литных опор с облегченной частью выше УВЛ из железобетонных
217
и
д)
Рис. 9.26. Свайные промежуточные опоры автодорожных мостов:
/ - насадка: 3 — сваи опора; 3 — стойкщ 4 — нижняя насадка; 5 — ледорезные сваи;
6 — железобетонные плнты облицовки; 7 — бетон для объединения свай
218
столбов (рис. 9.25, г, д). Свайные и стоечные (гибкие) опоры ши-
роко применяют в настоящее время. Для сборных мостов через
малые водотоки наиболее часто применяют однорядные или двух-
рядные опоры из-за их простоты и экономичности (рис. 9.26, а, б).
Однорядные опоры пригодны для пролетов не более 15 м, а
двухрядные — не более 20 м. При использовании опор этого типа
в многопролетных мостах предусмотрено деление их на односек-
ционную, двухсекционную и многосекционную схемы, в которых
секции отделены друг от друга спаренными (температурными)
опорами (рис. 9.26, д). Длина каждой секции не более 50—60 м.
На реках с ледоходом при толщине льда более 0,3 м однорядные
опоры защищают с верховой стороны забивкой одной или несколь-
ких ледорезных свай, усиленных металлическими уголками
(рис. 9.26, в), отделенных от насадки опоры упругой прокладкой.
При толщине льда до 1,0 м свайные опоры защищают специаль-
ной облицовкой из железобетонных плит толщиной 14 см
(рис. 9.26, г).
Опоры этого типа применяют при высоте: однорядных — до
5—6 м, двухрядных — до 6—8 м. При сложности забивки свай в
путепроводах и эстакадах применяют стоечные опоры, стойки ко-
торых опираются на гибкие тонкие железобетонные плиты или
раздельные башмаки, а также на массивные фундаменты из моно-
литного бетона. Столбчатые опоры из железобетонных оболочек
применяют для балочных мостов с пролетами до 30—40 м. Эти
опоры удобны тем, что работы по их возведению производят с по-
верхности воды без устройства временных островков и перемычек.
Опоры балочно-неразрезных мостов по конструкции мало от-
личаются от опор балочно-разрезных мостов. Они имеют меньшие
размеры подферменных площадок по фасаду моста в связи с рас-
положением только одной опорной части, а следовательно, эконо-
мичнее опор разрезных мостов. Но балочно-неразрезные пролет-
ные строения более чувствительны к осадкам фундаментов опор,
что может вызвать перераспределение напряжений и нежелатель-
ные деформации пролетных строений, поэтому опоры таких мос-
тов располагают только на вполне надежных основаниях, исклю-
чающих сколько-нибудь существенные осадки.
Другой особенностью опор балочно-неразрезных мостов явля-
ется возможность применения подвижных опорных частей с анти-
фрикционными прокладками из фторопласта. В арочных мостах
распорной системы, в которых передаются горизонтальные усилия
(распор), как правило, опора развивается в сторону действия это-
го распора. Так, например, при пролетах до 30—40 м и большей
стреле арок опоры мало отличаются по размерам от опор балоч-
ных мостов. При больших пролетах и малой стреле свода опоры
мостов устраивают с учетом положения кривой давления (см.
рис. 9.1, д).
219
9.3. Фундаменты опор
Всякое сооружение опирается на грунтовые напластования и
передает им давление от собственного веса и действующих на него
внешних нагрузок. Для передачи и распределения этого давления
на грунт устраивают фундамент. Так как поверхностные слои
грунтов, как правило, имеют малую несущую способность и перио-
дически подвергаются промерзанию, оттаиванию и размыву теку-
щей водой, то фундамент заглубляют до более прочных слоев
грунта. Толщину грунта, воспринимающую давление от фунда-
мента сооружения, называют основанием. Несущая способность
грунтов основания зависит от их структуры и физических свойств.
Классификацию грунтов основания принимают согласно ГОСТ
25.100—82. Основания и фундаменты мостов и труб проектируют
в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83, СНиП 11-17-77 и
СНиП П-7-81. В мостах фундаменты опор и их основания — от-
ветственные элементы сооружения, от качества и надежности ко-
торых в большей степени зависят долговечность моста и безопас-
ность его эксплуатации. В тех случаях, когда грунт не может слу-
жить основанием для опоры, применяют другой тип основания.
Во многих случаях для одних и тех же условий типы фунда-
ментов и основания могут быть различными. Тогда путем сопо-
ставления и сравнения между собой вариант опоры при различ-
ных фундаментах выбирают оптимальный. Фундаменты на естест-
венном основании могут быть мелкого заложения (до 6 м в откры-
тых котлованах) и глубокого.
Подошву фундамента располагают в зависимости от характе-
ра грунтов, но, как правило, не меньше, чем на 1 м ниже поверх-
ности грунта или дна реки, а при набухающих грунтах, т. е. кро-
ме скальных, гравелистых и крупнопесчаных, на глубину не менее
0,25 м ниже глубины промерзания. При вероятности размыва дна
реки подошву фундамента закладывают ниже отметки возмож-
ного размыва на глубину в зависимости от грунта основания.
При действии на опору больших сил и наличии в основании
слабых грунтов возникает необходимость устройства глубокого
фундамента или усиления основания. Наиболее экономичны в та-
ких случаях свайные фундаменты. По условиям передачи давле-
ния на грунт различают сваи-стойки, проходящие через слои сла-
бых грунтов и опирающиеся своими концами на прочную породу,
и висячие сваи, передающие давление главным образом за счет
трения своих боковых поверхностей о грунт. По материалу сваи
различают деревянные, бетонные, железобетонные и металличе-
ские.
Деревянные сваи изготавливают из бревен хвойных пород диа-
метром 24—30 см и применяют в случаях небольших нагрузок. Во
избежание загнивания деревянные сваи (за исключением свай де-
220
Рис. 9.27. Железобетонная свая:
цельная арматура; 2 - хомуты; 3 — строповочные петли
ревянных мостов) срезают ниже самого низкого уровня воды не
менее чем на 0,5 м. Нижний конец сваи длиной 1,25—1,5 диамет-
ра заостряют в виде трех- или четырехгранной пирамиды, а при
забивке в гравелистые грунты или грунты, содержащие твердые
включения, острие снабжают стальным башмаком. Верх сваи сре-
зают строго перпендикулярно ее оси. Для защиты головы сваи от
раскалывания и размочаливания ударами молота ее стягивают
стальным кольцом-бугелем. Иногда забивают сваи в виде пакетов
из трех или четырех бревен, стянутых болтами.
Широкое применение получили железобетонные призматиче-
ские сваи (рис. 9.27), обладающие большей грузоподъемностью,
долговечностью и надежностью. По сечению они могут быть квад-
ратными или прямоугольными с размером стороны от 30 до 50 см.
Длина свай — от 6 до 16 м, в отдельных случаях достигает 20—
30 м. При длине более 10 м целесообразно применять преднапря-
женные железобетонные сваи. Бетон для изготовления свай при-
меняют класса по прочности не ниже В20, а для предварительно
напряженных — не ниже В35.
Продольную арматуру свай из обычного железобетона выпол-
няют из стали класса A-II марок ВСт5сп2 и 18Г2с, 20ХГ2Т,
20ХГ2Ц. Продольная арматура сваи состоит из четырех или вось-
ми стержней гладких или периодического профиля диаметром 16—
25 мм или высокопрочной проволоки класса В-П. Хомуты делают
Рис. 9.28. Конструкции стыков свай-оболочек
221
в виде отдельных стержней или непрерывной спиральной армату-
ры диаметром 6—8 мм с шагом 5 см на концах свай и 10—20 см
в пределах ее средней части. Для переноса и установки сваи две
строповочные петли располагают на расстоянии 0,2 длины сваи.
Для предварительного напряжения применяют иногда арматуру
из стержней периодического профиля.
Сваи-оболочки представляют собой железобетонные трубы диа-
метром 0,4—3 м и длиной 6—12 м при толщине стенок 8—12 см,
изготовленные методом центрифугирования или бетонирования в
вертикальном положении в виброформе. Звенья оболочек соединя-
ют между собой болтовыми или сварными стыками. При болтовых
стыках (рис. 9.28, а) торец звена снабжают стальными фланцами,
к которым приваривают концы продольной арматуры; сварные
стыки (рис. 9.28. б) устраивают путем сварки внахлестку арма-
турных выпусков с последующим бетонированием промежутка
между торцами звеньев.
Оболочки диаметром 0,4—0,6 м делают с закрытым концом в
виде наконечника. Оболочки большего диаметра погружают с от-
крытым нижним концом. В целях повышения несущей способности
свай-оболочек можно в нижней части ее устраивать уширение спо-
собом разбуривания или камуфлетирования с помощью взрыва
заряда ВВ у острия сваи.
Головы свай заделывают в ростверк на глубину не менее чем
на двойную толщину сваи без учета толщины бетона, уложенного
подводным способом, а сваи-оболочки диаметром больше 0,6 м —
иа глубину не менее 1,2 м. Можно заводить головы свай на глу-
бину не менее 15 см при условии, что из свай выпущена и задела-
на в ростверк арматура длиной от 20 до 40 ее диаметров.
Сваи в уровне подошвы ростверка отстоят друг от друга на
расстоянии (в свету) не менее 1,5 толщин свай, а в уровне ост-
рия — не менее трех. От края ростверка грань сваи должна на-
ходиться на расстоянии не менее 0,25 м. Для свай-оболочек
расстояние в свету в плоскости подошвы ростверка должно быть
не менее 0,5 м. Ростверк армируют стержнями, расположенными
в уровне его подошвы между сваями, а также сетками над голо-
вами свай.
Глубину забивки свай назначают с учетом несущей способно-
сти свай и уточняют на месте пробной забивкой, но не менее 4 м.
Положение ростверка низкого и высокого (рис. 9.29, а, б, в) опре-
деляется глубиной воды, характером грунта русла реки. При рас-
положении в грунте подошва ростверка должна быть опущена не
менее чем на 0,25 м ниже глубины промерзания во избежание пу-
чения и перемещения опоры. Для рек с ледоходом подошву рост-
верка нужно опускать ниже уровня низкого ледостава на толщину
льда плюс 0,5 м.
222
Кроме рассмотренных ви-
дов свай, при строительстве
мостов применяются различ-
ные специальные сваи, позво-
ляющие передавать большие
давления на глубоко залегаю-
щие слои грунта, например,
буровые сваи как без ушире-
ния, так и с уширением у ее
подошвы. Буровые сваи уст-
раивают путем пробуривания в
грунте скважины, которую за-
полняют бетоном. В зависи-
мости от вида грунтов буровые
сваи устраивают с применени-
ем обсадных труб или без них.
В первом случае обсадные тру--
бы извлекают по мере бетони-
рования сваи (рис. 9.30п), во
втором — в скважину подают
глинистый раствор, связываю-
щий стенки скважины и удер-
живающий их от обрушения.
Для приготовления глинис-
того раствора применяют бен-
тонитовые глины, обладающие
высокой тиксотропией, т. е.
способностью густеть в состояв
ми при перемешивании. Для повышения несущей способности бу-
ровые сваи уширяют до диаметра 3 м при диаметре ствола 1—
1,2 м (рис. 9.30,6). Пробуренную скважину заполняют бетоном.
При необходимости армирования сваи арматурный каркас опус-
кают в скважину до ее бетонирования.
Каркас снабжают деревянными или бетонными брусками для
обеспечения необходимого защитного слоя. В скважины, заполнен-
ные глинистым раствором, бетонную смесь подают по бетонолит-
ной трубе, нижний конец которой должен обязательно находиться
в бетоне. При этом глинистый раствор вытесняется и может найти
повторное применение. Для устройства буровых свай используют
различные механизмы отечественного и зарубежного производст-
ва, которые могут погружать и извлекать обсадные трубы и обе-
спечивать сооружение свай значительных диаметров при большой
глубине.
При необходимости заложения фундамента, а также при слож-
ных геологических условиях, затрудняющих устройство открытого
котлована, и при невозможности или нецелесообразности примене-
223
Рис. 9.31. Виды фундаментов на опускных колодцах и деталь конструкции ножа
ния свайного основания или оболочек бывают рациональны опуск-
ные колодцы. Их изготавливают из бетона и железобетона или
сразу на всю высоту, или с постепенным наращиванием по мере
опускания (рис. 9.31,а), которое обеспечивается действием собст-
венного веса и за счет выработки грунта на дне под стенками ко-
лодца.
После достижения проектной отметки внутреннее пространство
колодца заполняют бетонной смесью (рис. 9.31, б) или устраива-
ют в нижней части бетонную подушку, а в верхней — железобетон-
ную плиту, на которой возводят тело опоры (рис. 9.31, в). Глубина
погружения колодцев до 30 м и больше. Не рекомендуется приме-
нять их в плывунах, при наличии препятствий в виде валунов,
стволов деревьев и прослоек твердых пород.
224
Очертание колодца в плане определяется формой и размерами
тела опоры, свойствами грунтов. В зависимости от размеров ко-
лодца в плане его стенки усиливают перегородками (рис. 9.31, г).
Нижнюю часть колодца — его нож — скашивают для облегчения
погружения (рис. 9.31, д), а в отдельных случаях усиливают окай-
мляющей конструкцией (рис. 9.31, е). При глубине погружения до
10 м боковые стенки колодцев делают вертикальными постоянной
толщины.
При большей глубине наружные поверхности стенок целесооб-
разно делать с уступами (см. рис. 9.31, б). Уменьшить силы тре-
ния между колодцем и грунтом можно путем подведения к ножу
и наружным поверхностям стенок воды или глинистого раствора
(тиксотропная рубашка). На внутренних поверхностях колодца
делают горизонтальные пазы, которые обеспечивают лучшую связь
с бетоном, а также создают возможность превращения опускного
колодца в кессон. На сухих местах колодцы опускают непосредст-
венно с грунта, а в речной части — со специально отсыпанного
островка.
9.4. Конструкции деталей опор
Подферменные площадки, являющиеся оголовками массивных
опор, распределяют давление от пролетных строений на нижележа-
щую кладку опоры. Ее выполняют из бетона класса по прочности
не ниже В22.5 и армируют сетками из арматуры класса А-П диа-
метром 12—14 мм (рис. 9.32, о). Для стока воды на подфермен-
ных площадках устраивают наклонные поверхности — сливы с
уклоном 1 : 10 и карнизы по периметру со свесом относительно бо-
ковых поверхностей устоя не менее 10 см.
Подферменный камень (тумбу) также армируют сетками, ко-
торые устанавливают по ее высоте через 8—10 см. Высота камня
над сливом должна быть не менее 15 см. Ригели опор автодорож-
ных мостов армируют отдельными стержнями или сварными кар-
касами (рис. 9.32, б)« Переходная плита — устройство в автодо-
рожных железобетонных мостах всех систем. Она предотвращает
просадки насыпи и обеспечивает плавное движение автомобилей
при въезде на мост с большой скоростью движения.
Переходные плиты опирают одним концом на выступ в торце
консольного пролетного строения моста, не имеющего устоев, или
на устой моста, а другим концом на поперечный железобетонный
лежень, расположенный в теле насыпи (рис. 9.33). В поперечном
направлении переходная плита состоит из отдельных блоков ши-
риной 1—1,5 м, прикрепленных на выступе устоя металлическими
штырями. Под плиту и лежень отсыпают щебеночную подготовку.
За лежнем можно укладывать еще одну промежуточную плиту,
которая обеспечивает плавность въезда автомобилей на мост.
225
Рис. 9.32. Армирование подферменной площадки и ригеля опоры
Более индустриальным видом переходной плиты является кон-
сольная конструкция (рис. 9.33), жестко соединенная с устоем. Ко-
нус насыпи у устоя и основание для переходных плит отсыпают из
крупного или среднезернистого песка. Верхнюю часть устоев с бо-
Рис. 9.33. Сопряжение моста с на-
сыпью:
I — пролетное строение; 2 — устой ди-
ванного типа; S — переходные плиты;
4 — лежень: 5 — щебеночное основание;
6 — дренирующая засыпка: 7 — насыпь
подхода
Рис. 9.34. Навесная железобетонная
тротуарная консоль иа опоре:
/ — опора; 2 — плита тротуара; 3 —
консоль
226
Рис. 9.35. Дренаж:
/ щебень; 2 камень со щебнем: 3 - лоток из глниы
новых сторон ограждают бортиками, которые располагают так,
чтобы их верхняя полость находилась на уровне подошвы
шпал.
Бортики служат для предотвращения осыпания балласта и при-
крепления тротуаров и перил (рис. 9.34).
Конструкция навесных металлических или железобетонных
тротуарных консолей аналогична консолям пролетных строений.
Для отвода воды из-за устоя, которая, насыщая грунт, может вы-
звать пучение, применяют дренажи в виде лотка из глины, запол-
ненного камнем и щебнем (рис. 9.35).
При определении размеров свайного ростверка выполняют сле-
дующие требования: расстояние между сваями и вертикальными
гранями ростверка не менее 25 см, а при сваях-оболочках диамет-
ром более 2 м — не менее 10 см. Сваи заделывают в ростверк (вы-
ше слоя бетона, уложенного подводным способом) или в железо-
бетонную насадку (ригель) на длину не менее периметра призма-
тической сваи и 1,2 м для свай диаметром 0,6 м и более. Допуска-
ется заделка свай в ростверке с помощью выпусков арматуры дли-
ной не менее 30 диаметров стержней при арматуре периодическо-
го профиля и 40 диаметров — при гладкой арматуре.
Сваи при этом заводят в ростверк, насадку—на длину не ме-
нее 10 см.
Армирование ростверка назначают из расчета не менее 10 см2
арматуры на 1 м ростверка. Прочность раствора для заделки свай
или свай-оболочек в скважинах, пробуренных в скальных грунтах,
принимают не ниже 9,8 МПа, а в остальных грунтах — не менее
4,9 МПа. Обрез фундамента при его расположении в пределах ко-
лебания уровня воды или льда снабжают фаской размером 30X
ХЗО см. а фундаменту придают обтекаемую форму. Засыпаемые
грунтом поверхности устоев защищают гидроизоляцией, которая
должна быть водо-, био-, тепло-, морозо- и химически стойкой. Вы-
полняют ее в виде битумных лаков и мастик.
8* 227
Вопросы для самопроверки по гл. 9
I. Какие существуют виды промежуточных опор (быков) и береговых опор
(устоев) железнодорожных мостов?
2. Какие существуют виды промежуточных опор (быков) и береговых опор
(устоев) автодорожных мостов?
3. Чем определяются условия их применения?
4. В чем заключается различие в конструкциях опор балочных, балочно-ие-
разрезных и арочных мостов?
5. Какие существуют основные виды фундаментных опор?
6. Какие существуют типы свайных фундаментов и в каких условиях при-
меняют каждый из пнх?
7. В чем заключаются особенности конструкций опор в районах с суровым
климатом?
Глава 10
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПОР МОСТОВ
10.1. Определение основных размеров опор
Для расчета опор необходимы их размеры. Размеры верхней
части устоев железнодорожных мостов назначают с учетом требо-
ваний надежного сопряжения устоя с наоыпью: вершина конуса
(см. точку А на рис. 10.1, а) должна заходить за заднюю грань
устоя не меньше 0,75 м при высоте насыпи не больше 6 м и на 1 м
при высоте насыпи больше 6 м; возвышение уровня подошвы рельс
над вершиной конуса на дорогах 1 и II категорий составляет 0,9 м,
а III категории — 0,6 м, откос конуса должен находиться ниже
подферменной площадки (точка Б) не менее чем на 0,6 м; точка С
пересечения откоса конуса с передней гранью устоя должна быть
выше уровня высоких вод не меньше чем на 0,5 м.
В автодорожных мостах возвышение уровня дорожного полот-
на над вершиной конуса (точка Л) практически отсутствует. Об-
щую длину' устоя определяют исходя из высоты Н устоя (или час-
ти его высоты при обсыпных устоях) и уклона конуса насыпи. Так,
например, длину устоя (см. рис. 10.1, о) при разности отметок то-
чек А и С h и глубине шкафа k можно определить следующим об-
разом: Lv'= (75-г-ЮО) +Л1.5-k см.
Одним из основных размеров опор являются размеры подфер-
менной площадки по фасаду (вдоль) моста и поперек него. Длина
подферменной площадки вдоль моста зависит от размеров пролет-
ных строений, подферменников (тумб) и опорных частей. Подфер-
менник должен быть таким, чтобы от граней плит опорных частей
до края подферменника расстояние п было не меньше 15—20 см
(рис. 10.1, б), расстояние а от граней подферменника до края под-
ферменной площадки не меньше 15 см при пролетах от 15 до 30 м,
228
не меньше 25 см при пролетах от 30 до 100 м и не меньше 35 см
при пролетах выше 100 м.
Расстояние b между осями опорных частей определяют по фор-
муле:
Ь 0,5 (£,—/,)+0,5 (£—Z) + e.
Наименьшая ширина подферменной площадки вдоль оси моста
d, dt
A^b+-^+-^+2n+2a,
где Li, L— полные длины пролетных строений, опирающихся па опору;
Ii, I — расчетные пролеты этих пролетных строений;
е— расстояние между концами пролетных строений для железобетон-
ных пролетных строений до 42 м равно 5 см, а для стальных про-
летных строений — от 10 до 15 см;
di, d— размеры плит опорных частей.
Размер тела промежуточной опоры вдоль моста определяют,
вычитая из величины А размеры двух свесов (карнизов), равные
10 см каждый. Длина подферменной площадки поперек моста D
зависит от числа балок или ферм, устанавливаемых на опору, и
расстояния между ними. Расстояние от грани подферменника до
края подферменной площадки С при прямоугольном ее очертании
Рис. 10.1. Схема для определения
размеров опор
229
в плане назначают равным 20—50 см в зависимости от вида опор-
ных частей. Если подферменная площадка имеет закругленную
форму, то размер С увеличивают до размера, численно равного
половине ширины А подферменной площадки вдоль моста.
В случае опирания двух балок или ферм на опору прямоуголь-
ного очертания наименьший размер D определяют по формуле:
D —• т -|- 2п-|- 20,
где В —расстояние между осями опорных частей большего из опирающихся
пролетных строений;
т — размер нижней плиты опорной части большего пролетного строения;
и— расстояние от края плиты опорной части до края подфермеиной пло-
щадки.
Размер тела опоры поперек моста определяют также вычита-
нием из величины D размеров двух карнизов, равных 20 см. Наи-
меньшая высота подферменника равна 15 см; при разных пролет-
ных строениях, опирающихся на опору, разность строительных вы-
сот компенсируют за счет высоты тумб.
10.2. Определение сил, действующих на опору
Согласно СНиП 2.05.03-84 расчет опор проводят по двум груп-
пам предельных состояний: по первой группе — по несущей спо-
собности оснований, устойчивости фундаментов против опрокиды-
вания и сдвига, устойчивости фундаментов при действии сил мо-
розного пучения грунтов, прочности и устойчивости конструкции
фундаментов; по второй группе — по деформациям оснований и
фундаментов (осадкам, кренам, горизонтальным перемещениям),
трещиностойкости железобетонных конструкций фундаментов.
Если фундаменты расположены в легко насыщающихся водой
грунтах (песках, супесях, илах), то в расчетах учитывают взвеши-
вающее действие воды той части опоры, которая расположена ни-
же уровня поверхностных и подземных вод. Все нагрузки и воз-
действия определяют в сочетании, отличающемся наибольшей ве-
роятностью одновременного их совпадения.
Основные из этих нагрузок следующие: постоянные нагрузки
(собственный вес конструкций, горизонтальное давление грунта от
веса насыпи, гидростатическое давление воды, воздействие от
предварительного напряжения, усадки и ползучести бетона и осад-
ки грунта), временные нагрузки от подвижного состава и пешехо-
дов (вертикальная нагрузка, горизонтальное давление грунта от
подвижного состава, нагрузки от центробежной силы, ударов под-
вижного состава, торможения или силы тяги), а также прочие
временные нагрузки (давление ветра, льда и др.).
При определении собственного веса опоры используют предва-
рительно назначенные размеры отдельных частей ее, а вес пролет-
230
Рис. 10.2. Эпюры горизонтального давления:
о. б от веса грунта; в от железнодорожного подвижного состава на опоры; /, 2, 3 —
слои грунта
ных строений берут из типовых проектов. При этом учитывают вес
постоянных смотровых приспособлений, линий связи и электропе-
редачи, трубопроводов. Для балочных пролетных строений норма-
тивную нагрузку от собственного веса Рс принимают равномерно
распределенной.
Нормативную нагрузку от веса мостового полотна Рып на дере-
вянных поперечинах без тротуаров принимают равной 6,9 кН/м
пути, при двух тротуарах с металлическими консолями и железо-
бетонными плитами настила — 12,7 кН/м пути. При железобетон-
ных безбалластных плитах без тротуаров нормативная нагрузка
16,7 кН/м пути, с двумя тротуарами — 22,6 кН/м пути. Норматив-
ное опорное давление от собственного веса и мостового полотна
разрезных балочных пролетных строений определяют по формуле
ю (/’б I Р»„) 1Р
----------2------ ’
Нормативное значение интенсивности горизонтального давле-
ния грунта от веса насыпи на уровне нижней поверхности рассмат-
риваемого слоя (рис. 10.2, о) определяют по формуле
Ph Vnhxrn,
где у„ — нормативный удельный вес грунта засыпки, кН/м3, принимаемый при
типовом проектировании равным 17,7 кН/м3;
h*—высота засыпки, считая от подошвы рельсов или верха дорожного по-
лотна до рассматриваемого слоя, м;
Тп — коэффициент бокового давления грунта засыпки опор мостов, опреде-
ляемый по формуле rn=tgs(45°—), где <р — нормативный угол
внутреннего трения в градусах, принимаемый при засыпке из песчано
го грунта 35®.
Равнодействующую горизонтального давления грунта засыпки
при глубине заложения фундамента до 3 м определяют по фор-
муле
Fh = -±-РьЛхЬ= -^ynh2xbie^- -2-),
где Ъ — приведенная (средняя по высоте hx) ширина опоры в плоскости задних
граней, иа которую распределяется давление грунта, м.
231
Плечо равнодействующей Fh от подошвы фундамента (рассмат-
риваемого слоя) Z= — hx. При глубине заложения фундамента
более 3 м (рис. 10.2, б) равнодействующую нормативного горизон-
тального давления каждого t-ro слоя (снизу) грунта, расположен-
ного ниже естественной поверхности земли, определяют по фор-
муле
Fi — Y.Mi (hi I
где Vi — удельный вес грунта рассматриваемого слоя;
nt —толщина рассматриваемого слоя, м;
ф/
т< = tg’(45 — — ) — коэффициент бокового давления грунта для i-слоя;
<р,- — нормативное значение угла внутреннего трения слоя грунта;
Ло. — приведенная к удельному весу грунта засыпки общая толщина слоев
грунта, лежащих выше верхней поверхности рассматриваемого слоя.
Например, для нижнего (первого) слоя приведенная толщина
. у*л* : yA i уЛ
"" 7.
Плечи равнодействующих давлений Л, Fz, F:i, .... Fi от нижней
поверхности рассматриваемого слоя определяют по формуле:
h^ 1ч I 3Aflf
1 3 hi | 2/iw ’
Например, для первого слоя
z hj h, , 3/iul
' 3 ht | 2Л.,, '
Нормативную временную вертикальную нагрузку от подвижно-
го состава и пешеходов Nv определяют по данным загружения про-
летного строения эквивалентной равномерно распределенной на-
грузкой V.
Опорное давление от нормативной временной нагрузки от под-
вижного состава
И' 1Н)/р
Нормативное горизонтальное давление грунта от транспортных
средств определяют исходя из эпюры распределения этого давле-
ния, которое затухает книзу и имеет криволинейную форму
(рис. 10.2, в). На основе принятой схемы распределения давления
грунта получены формулы равнодействующих сил давления и то-
чек их приложения.
Для однопутных устоев железнодорожных мостов равнодейст-
вующие прямолинейных и криволинейных частей эпюры опреде-
ляют по формуле
232
F = F1+F8 = 2,7Pt,T„ftl+PvTn6 (аЛ-аА).
где Pv = VI'2J—усилие от вертикальной (нагрузки;
hi—высота, в пределах которой площадь давления грунта имеет
переменную ширину, м;
Ь—ширина однопутного устоя, м;
тп — коэффициент нормативного горизонтального давления, опреде-
ляемый так же, как и для горизонтального давления грунта.
Плечи относительно низа каждого участка эпюры соответст-
венно:
, ь Л, .
Zj • -: л ; z2 -
2 ha—Ajai
a, ai, Ij и gi определяют по табл. 1 приложения СНиП 2.05.03-84.
На автодорожных мостах давление грунта от транспортных
средств в случае расположения стенки опоры перпендикулярно
направлению движения от каждого ряда колес или гусениц рас-
пределяется на площадь размером cXb, где с — длина соприка-
сания вдоль оси моста колес или гусениц с покрытием проезжей
части: для колес тележек нагрузки АК — 0,2 м; для колес авто-
мобильной нагрузки АБ — по табл. 10 п. 2.13 СНиП 2.05.03-84; для
колесной нагрузки НК-80 — 3,6 м; для гусеничной нагрузки
НГ-60 — 5,0 м; b — ширина между внешними гранями колес или
гусениц.
. Нормативную ледовую нагрузку (в килоньютонах) от движу-
щихся полей льда определяют по наименьшему значению из фор-
мул:
при прорезании опоры льдом
Ft ^iRznht.
Рис. 10.3. Схемы действия сил:
а на промежуточные опоры; б — на устои;
1—1 — разбивка тела опоры на простые фигуры
233
Таблица 10.1
Нагрузка и воздействия
Собственный пес опоры Л/оп
Опорное давление от веса
пролетного строения и мосто-
вого полотна NM
Опорное давление от веса
пролетного строения и мосто-
вого полотна Л/П1
Горизонтальное давление
грунта Fh
Опорное давление от времен-
ной подвижной нагрузки Nn на
меньшем пролете
Опорное давление от времен-
ной подвижной нагрузки Niri на
меньшем пролете
Горизонтальное давление
грунта от транспортных средств
Временная нагрузка на устое
^Ветровая нагрузка на опору
и пролетное строение FBt и FBa
Ветровая нагрузка на под-
вижной состав FB3
Давление льда F„
Примечание. I — расчетная схема предусматривает расчет на действие вертикаль-
ных сил; II — на вертикальное н наибольшее значение горизонтальных нагрузок; 111 —
вместе с вертикальными силами иа наибольшие горизонтальные воздействия поперек оси
моста.
при остановке ледяного поля опорой
1,253cf V^ARzn,
где и фа—коэффициенты формы, определяемые по табл. 2 приложения
10 СНиП 2.05.03-84;
Я.п=Я„Кп;
—сопротивление льда раздроблению, кПа; в начальной стадии ледо-
хода — 735 кПа, при наивысшем уровне ледохода — 441 кПа;
Кп—климатический коэффициент, определяемый по табл. 1 приложе-
ния 10 СНиП 2.05.03-84;
b—ширина опоры на уровне действия льда, м;
t — толщина льда, м;
v—скорость движения ледяного поля, м/с;
А —площадь ледяного поля, м2, которую при отсутствии натурных
данных определяют по формуле Д = 1,75Р, где I—пролет, м.
234
Схемы действия сил на опоры приведены на рис. 10.3.
Эти нагрузки и воздействия принимают в наиболее невыгод-
ных их комбинациях (расчетных схемах). Основные расчетные
схемы загружения (I, II, III) при расчете опор могут быть пред-
ставлены в табл. 10.1.
10.3. Проверка прочности и устойчивости опор
Прочность и трещиностойкость массивных частей опор прове-
ряют в сечениях, в которых резко меняется ширина или длина
опоры. В устоях такими сечениями являются плоскость в уровне
верха подферменной площадки, места изменения размеров тела
устоя, а также плоскость по обрезу фундамента.
В промежуточных опорах чаще всего таким сечением является
переход от ригеля к стойкам, стоек к фундаментам и обрез фунда-
мента.
При расчете опор действующие усилия и возникающие момен-
ты определяют отдельно вдоль и поперек моста, а не суммируют
их. Характер работы опор—внецентренное сжатие. В зависимости
от эксцентриситета е0 приложения равнодействующей всех верти-
кальных сил относительно центра тяжести сечения могут быть два
случая внецентренного сжатия: случаи малого эксцентриситета
(рис. 10.4 а), если Sbc: Sf)O^0,8, и случай большого эксцентриси-
тета S6c:Sl>n<0,8. Здесь Sbr и 5Ьо — статические моменты площади
соответственно сжатой зоны Аь и всего сечения Ль относительно
менее нагруженной его грани, определяемые по формулам:
Sbc=A'be-, Sb0 = Abe.
Рис. 10.4. Расчетные схемы опоры
235
Расчет по первой группе предельных состояний производят на
прочность материала при коэффициентах надежности по нагруз-
ке для постоянных нагрузок у/>1, если эти нагрузки увеличивают
расчетное воздействие (например, собственный вес опоры при рас-
чете прочности кладки по обрезу или прочности грунтового осно-
вания), и у/=0,9, если уменьшают расчетное воздействие (тот же
собственный вес конструкции при проверке опоры на устойчивость
против опрокидывания). Прочность нормальных сечений внецент-
ренно сжатых бетонных элементов прямоугольного сечения (рис.
10.4, б) проверяют по формуле
XNe—Rbbx (h—0,5x).
Тавровые сечения при х>й/ (рис. 10.4, в) проверяют по ус-
ловию:
ХЛ'е < Rt>bx (Л—0,5x) + ₽6 (b'f—b) (Л—0.5Л,) hf.
Центрально сжатые элементы (см. рис. 10.4, а) рассчитывают
по формуле
где 2W— сумма вертикальных сил;
Ав — площадь расчетного сечения;
<р — коэффициент понижения несущей способности при сжатии с продоль-
ным изгибом, который определяется по гибкости элемента t илн от-
ношению геометрической длины 1С к наименьшему размеру сечения Ь,
т. е. 1„/Ь, где lc=Hk. Здесь Н — свободная длина элемента, a k—
коэффициент, характеризующий жесткость заделки концов элемента
и равный 0,7.
По табл. 36 и 37 п. 3.55 СНиП 2.05.03-84 определяют коэффи-
циент ф. При малом эксцентриситете расчетную проверку прочнос-
ти проводят по формуле
где е — эксцентриситет силы N относительно менее нагруженной грани сечения.
При прямоугольном сечении < ^ь'
При большом эксцентриситете (см. рис. 10.4, б) —г < Rt>.
Ч>Аь
здесь е0 = ЕМ/ХЛ;
h — длина сечения;
Аь— площадь сечения сжатой зоны бетона;
ЯМ— сумма моментов всех сил относительно центра тяжести расчетного
сечения.
236
Прочность грунтового основания в фундаментах мелкого зало-
жения проверяют по формуле
2W ЕЛ1
Ц — расчетное сопротивление грунта, которое, определяют по
формуле:
Я= 1.7 {₽„ [ 1 + Л, (6—2)1 (d-3)).
где Ro—условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое по табл. 1—3 при-
ложения 25 СНиП 2.05.03-84;
Ь —ширина (меньшая сторона или диаметр) подошвы фундамента, м (при
ширине опоры более 6,0 м b принимается равной 6,0 м);
d —глубина заложения фундамента, м;
T — осреднснное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, рас-
положенного выше подошвы фундамента.
Несущая способность грунтового основания должна удовлет-
ворять условию:
для нескальных грунтов
для скальных грунтов
ycRc
и Ртах— среднее и наибольшее давления подошвы фундамента, кПа;
R и Rc — расчетные сопротивления иескальных и скальных грунтов, кПа,
определяемые по приложению 24 СНиП 2.05.03-84;
Т„ — коэффициент надежности по назначению, равный 1,4;
ус— коэффициент условий работы, принимаемый для иескальных
грунтов равным 1,0, а для скальных - 1,2.
После проверки напряжений по подошве фундамента опреде-
ляют положение равнодействующей нагрузок по отношению к цен-
тру тяжести площади подошвы фундамента в виде отношения
эксцентриситета к радиусу ядра сечения е0/г. Так, для устоев же-
лезнодорожных мостов при расчете на действие постоянных и
временных нагрузок ео/г=О,6, малых автодорожных мостов—1,2,
больших и средних мостов — 1,0. Для промежуточных опор желез-
нодорожных и автодорожных мостов edr= 1,0.
Радиус ядра сечения определяют следующим образом r=W/Ab,.
где W — момент сопротивления подошвы фундамента для менее
напряженной грани.
Расчет свайных оснований заключается в определении несущей
способности сваи в зависимости от характера ее работы, а также
свайного фундамента как условно массивного, кроме случаев од-
норядного размещения свай и в отдельных случаях при многоряд-
ном их расположении, но опирании на скальные грунты.
237
Проверку устойчивости опоры против опрокидывания (М„ —
момент опрокидывающих сил) производят по следующей формуле:
М„ «г — М7,
Уч
где т —.коэффициент условий работы, который принимают при опирании кон-
струкции на отдельные точки: в стадии строительства — 0,95; в ста-
дии постоянной эксплуатации — 1,0; при проверке сечений бетонных
конструкций фундаментов на скальных грунтах основания — 0,9; па
песчаном основании — 0,6;
у'п — коэффициент надежности по назначению принимают при расчете в ста-
дии строительства равным 1,0 и в стадии постоянной эксплуатации —
1.1-
Силы, вызывающие опрокидывание, принимают с коэффициен-
том надежности по нагрузке у/>1,0; удерживающие силы для пос-
тоянных нагрузок — т/< 1,0; для временной вертикальной нагруз-
ки от подвижного состава у/=1,0; Mz— момент удерживающих сил
относительно той же точки.
Проверку устойчивости опоры против сдвига (скольжения) про-
изводят по формуле (QT — сумма проекций сдвигающих сил)
Qr^—^—Qz,
Vn
где Qz — удерживающая сила, определяемая по следующей формуле: Ож=ЕДОф,
ф — коэффициент трения кладки о поверхность грунта, равный для
грунтов с омыливающейся поверхностью (глинистые известняки, слан-
цы) и глин: а) во влажном состоянии — 0,25; б) в сухом состоянии —
0,30; для суглинков и супесей — 0,30, песков — 0,40, гравелистых н
галечниковых грунтов — 0,50; для скальных грунтов с нсомыливаю-
щейся поверхностью — 0,60; т—коэффициент условий работы, рав-
ный 0,9.
10.4. Расчет опор на строительные и монтажные нагрузки
Расчет опор на строительные нагрузки производят с целью
проверки прочности сечений опор и их устойчивости на сочетания
согласно п. 2.1 СНиП 2.05.03-84. Строительные нагрузки учитывают
совместно с нагрузками № 1—6 (постоянные нагрузки), № 12, 13
(ветровая и ледовая нагрузки), № 15, 16 (температурные воздей-
ствия и воздействия морозного пучения грунта). Кроме указанных
нагрузок, к монтажным нагрузкам, создающим сочетания, отлич-
ные от тех, на которые производят основной расчет опор, относят
вес подмостей, кранов, работающих людей, инструментов, мелкого
оборудования, односторонний распор и др.
Нагрузки, возникающие при изготовлении и перевозке элемен-
тов, принимают по проектным данным с учетом принятых условий
производства работ и требований СНиП III-4-80. Невыгодное со-
четание строительных нагрузок создает нессимметричное размеще-
238
ние кранов с монтируемыми элементами при монтаже рамно-иераз-
резных систем железобетонных мостов. Нагрузки от крана, вес
поднимаемых грузов и вес подвижной стрелы принимают с дина-
мическим коэффициентом, равным 1,10 и 1,20.
В случае использования опор для навесной уравновешенной
сборки пролетных строений проверку прочности опор и анкеров,
необходимых для прикрепления блоков пролетных строений, про-
изводят с учетом коэффициента надежности по нагрузке, который
определяют по формулам:
0.1
при одной консоли I |- , ио ие меиее 1.038;
0,1
для другой консоли 1— , но нс более 0,962,
где z — число блоков, устанавливаемых с каждой стороны.
Другим случаем монтажного силового воздействия на опоры
может быть нагрузка от тягового усилия лебедок при надвижке
пролетных строений. Расчет элементов железобетонных конструк-
ций на действие усилий, которые возникают при их перевозке, про-
изводят с учетом динамического коэффициента для собственного
веса элементов, равного 1,6 при перевозке автотранспортными
средствами, и 1,3 — при перевозке по железной дороге. Проверь
.прочности и устойчивости опор по первой группе предельных сос-
тояний на действие строительных нагрузок производят по тем же
расчетным формулам, что и расчет на действие основных сил, но с
коэффициентами надежности по нагрузке согласно табл. 17 СНиП
2.05.03-84.
10.5. Примеры расчета опор
Необходимо рассчитать промежуточную опору автодорожного путепровода
и береговую опору железнодорожного моста с применением основных данных
СНиП 2.05.03-84.
Пример I. Промежуточная опора автодорожного путепровода состоит из
двух железобетонных стоек круглого сечения диаметром 1,6 м на раздельных
бетонных фундаментах размером 1,2X3,4Х3,4 м (рис. 10.5). На опоре располо-
жены железобетонные типовые пролетные строения из балок длиной 1=24 м;
габарит Г-8, временная вертикальная нагрузка АН, расчетное сопротивление
грунта (крупнозернистый плотный песок) по данным бурения /?гр=0,54 МПа.
Проверочный расчет опоры проводится и двух сечениях — по обрезу н подош-
ве фундамента по I и III схемам загружении при наличии временной нагрузки па
двух смежных пролетных строениях вдоль и поперек моста (см. табл. 10.1).
По первой схеме загружения постоянная нагрузка на опору составит от соб-
ственного веса главных железобетонных балок с коэффициентом надежности по
нагрузке у/ = 1,1 (п. 2.10, СНиП 2.05.03-84) согласно данным типового проекта
М=2122,8 кН от веса тротуаров (у/=1,1), перил и дорожного покрытия (р=
= 1,5) соответственно М>=376,8 кН и Аз=618 кН. Постоянная нагрузка от про-
летных строений будет /V„=X/V(=2122,8-1-376,8-1-618 =3117,6 кН.
239
Рис. 10.5. Расчетная схема промежу-
точной опоры
Опорное давление от временной
вертикальной нагрузки АП слагает-
ся нз опорного давления Nt, от дей-
ствия тележки, одна нз осей которой
расположена над рассчитываемой
опорой, н опорного давления Nv от
равномерно распределенной нагруз-
ки интенсивностью V:
Р-24Ч-Р-22.5
=-------£-------
V/=
9,81-11-46,5
24
1,26 = 263.2
кН.
Здесь Р — давление иа ось те-
лежки, равное 9,81 11 кП, н коэффи-
циент надежности по нагрузке для
тележки
10,7.2.24.1,2.1,6
2 2
табл. 14 СНиП 2.05.04-84).
Опорное давление от равномерно
распределенной нагрузки при загру-
женин двух пролетов
Здесь V — интенсивность равномерно распределенной нагрузки 0,98 К=
=0,98-11 = 10,7 кН/м;
у/ — коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,2 (табл. 14 СНнП
2.05.03-84);
Si — коэффициент, учитывающий давление от второй полосы, равное 0,6
от давления первой полосы движения. В целом 5= 1,6.
Динамический коэффициент от автомобильной нагрузки
1 4- ц= Н-4”^- = * ! = *.15 (п.2.22 б СНнП 2.05.0.3-84).
Общее опорное давление от временной нагрузки Л/«р= (W*+A/«) (14-р) =
= (263.2 + 493,1)1,15 =870 кН.
Объем железобетона опоры выше обреза фундамента 55,1 ма и удельный вес
железобетона 23,5 кН/м3; объем бетонной кладки фундамента 40 м3 и удельный
вес 21,6 кН/м3. Собственный вес опоры выше обреза фундамента при у/=1,1:
Wi=55.1 -23,5-1,1 — 1424,1 кН;
фундамента ^2=40-21,6-1,1=949,6 кН.
Сумма всех вертикальных енл, действующих в сеченнн по обрезу фундамен-
та обеих стоек, Аоф=31 17,6+870+1424.1 =5412,7 кН, в сечении по подошве,
фундамента Лпф=3117,6+870+ 1424,1 +949,6=6361.7 кН.
Расчетная тормозная нагрузка
7’=0.5-10,7у/1р=0,5-10.7-1,2-24=155.2 кН;
у/ — коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,2 (табл. 14 СНнП
2.05.03.-84).
240
Момент от тормозной силы в уровне обреза фундамента, если плечо силы Т
равно 6,4 м (см. рнс. 10.3):
«„=155,2-6,4=993,3 кН-м;
в сечении по подошве фундамента
«„=155,2-8,4=1303,7 кН-м.
Для проверки напряжения в бетоне под железобетонными стойками в плос-
кости обреза фундамента определяем: площадь сечения
, гоР 3,14-1,63 л
Д ~ — О кД'
момент сопротивления сечения
= 0,40 мз.
32
Напряжения в бетоне стоек
А'оФ «то 5412,7
°О,> Лоф * Гоф "" 2-2,02
0^x 2582,3 кН/M3; omin = 99,l кН/м3.
I (апряженне по подошве фундамента соответственно при
! -1340,7 ±1241.6;
Лпф = 2-3,43 = 23,1 м« и «7„ф=
= 13.08 м3;
Опф —
^1±_^_=275.6+ 99,7 МПа:
^пФ Ч^пф 23,1 13,08
Отах ==375,3 кН/м3=0,375 МПа <0,54 МПа;
Omln= I75-» кН/м3 = 0.17 МПа <0.54 МПа.
Проверка устойчивости опоры против опрокидывания. Опрокидывающий
момент равен моменту от тормозной силы, т. е. Л4„=Л4ТП= 1303,7 кН/м.
Удерживающий момент определяют путем пересчета значений вертикальных
усилий, так как коэффициенты надежности по нагрузке следует принять мень-
шими единицы (п. 1.40 СНиП 2.05.03-84):
Мг= ^^117,6+ 424,1+949,6)9 (4450,2+ 772,9) =
-8879,2 кН м;
Ми<— Мг-, 1303,7 <4^- 8879,2; 1303,7 кН-м<6457,6 кН-м.
Следовательно, требования устойчивости против опрокидывания выполнены.
Проверка устойчивости опоры против скольжения при ф=0.40 (и. 7.14
СНиП 2.05.03-84). Сдвигающая сила Qr=T.
Удерживающая сила с коэффициентами у/, меньшими единицы,
_ Г (3117,6+1372+ 949,6)0,9 927,51,0 3 _
1.1 1.2
= 0,4 (4450.2+ 772,9) =2089,2 кН;
241
т 0,8
Qr < — Qz, 155,2 < -j-y 2080,2.
155,2 кН < 1519,4 кН.
По третьей схеме загружения при интенсивности давления ветра Fa=
= 1,77 кПа ветровое давление на пролетное строение высотой /Лц>=1,63 м и
полной длиной /=24 м:
FI=Fb//Ilp=/y/T],
где у/— коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,5;
т] —коэффициент сочетания, равный 0,25 (п. 22 СНиП 2.05.03-84);
F| = 1,77-1,63-24-1,5-0,25=25,9 кН.
Ветровое давление на опору при площади ее по фасаду выше уровня грун-
та, равной 6,4-1,6=10,24 м2. F2=Ffc-10,24.
Т,Т]=1,77-10,24 1,5,0,25=6,8 кН.
Момент от полного давления ветра относительно подошвы фундамента М=
= F,h, + F2h2= 25,9-9,92+ 6,8-5,4 = 293,6 к! 1 -м.
Собственный вес опоры и вес пролетного строения
W=3117,6+1372+949,6=5439,2 кН.
Момент сопротивления подошвы фундамента относительно оси у—-у:
Напряжение по подошве фундамента:
М
Лпф " Wy
5439,2 293,6
23.1 + 57,6
235,4 + 5,09 МПа;
Оп.ах=241,3 кН/м2=0,24 МПа < 0,54 МПа;
Omin =229,5 кН/м2=0,22 МПа < 0,54 МПа.
Пример 2. Береговая опора (устой) железнодорожного моста состоит из
четырех железобетонных стоек круглого сечения диаметром 0,8 м, поддерживаю-
щих шкафной блок с ростверком-плитой и опертых иа фундамент высотой 2 м
и площадью ЛПф=7-4=28 м2 (рис. 10.6). На устои опирается типовое пролет-
ное строение 1р = 15,8 м и высотой 1,9 м; временная вертикальная нагрузка С14.
Необходимо определить напряжение по подошве фундамента. Расчетное сопро-
тивление грунта (скала трещиноватая) J?rp=0,49 МПа.
Постоянная нагрузка: вес пролетного строения, приходящийся иа устои,
Д'1=765,2 кН по данным типового проекта; собственный вес плиты-фундамента
М2= 1206,6 кН, четырех стоек М3=353,2 кН, плиты ростверка Nt=392,4 кН
и шкафного блока с балластом между его крыльями 1VS=716,1 кН. Всего пос-
тоянная нагрузка N=765,2+1206,6+353,2+ 392,4+ 716,1 =3433,5 кН.
Момент сопротивления площади подошвы фундамента П>’пф= —-—=32,7 м*.
6
Момент от постоянных вертикальных сил относительно центра тяжести се-
чения по подошве фундамента (см. цт на рис. 10.6):
М„=—(716,1 -2,3 +392,4-1,5+353,2-0,7+765,2-0,6) =-2933.2 кН-м.
Равнодействующая горизонтального давления грунта насыпи при глубине
заложения фундамента менее 3 м Fn==~ Yft2*fon'Y/=0,5-15,712,42-3,6-0,27 X
Х1,4= 1642,5 кН. Здесь йд=12,4 м — высота насыпи; у =15,7 кН/м3 — удель-
242
Рис. 10.6. Расчетная схема устоя
ный вес грунта насыпи; 5=3,6 м — средняя по высоте ширина опоры; тп =
<рп
=tg2 (45е—— )=0,27 — коэффициент бокового давления грунта; ч>п=35°;
2q>
у/=1,4 — коэффициент надежности по нагрузке (п. 2.10 СНнП 2.05.03-84).
Момент от постоянных нагрузок относительно центра тяжести МР =
= —2933,2+1642,5-4,13=3850,3 кН-м.
Давление ма грунт по подошве фундамента от постоянных сил
о=-^- JWp_=_34332£ + ^850,3_
Ю'пФ 28 32,7
от.«=240,3 кН/м2=0,24 МПа < 0,49 МПа;
0min=4,9 кН/м2=0,004 МПа < 0.49 МПа.
Опорное давление от временной нагрузки на пролетном строении находят по
формуле
Wc=0,51poy/(l +р).
1,25 (п.2.23 СНиП 2.05.03-84);
10
' ’ \ 50 )'
10
Ч-^=* •
У=219,3 кН/м — эквивалентная равномерно распределенная нагрузка при
длине загружения Х=/Р=15,8 м и а=0; W,=0,5-15,8-219,3-1,25-1.28=
=2772 кН.
Момент от временной нагрузки относительно ц.т.:
М.----------------------2772-0,6=—1663.2 кН-м.
243
Тормозная сила от временной нагрузки на пролетном строении Т=0,1 У1₽у/=
=0,1 -219,3-15,8-1.2=346,5 кН. Момент от тормозной силы в сторону пролета
Мт=346,5-10,5=3638,1 кН-м.
Общий расчетный момент от постоянных и временных нагрузок М =
= —2933,2—1663,2+3638,1=958,1 кН-м.
Сумма вертикалышх сил М=3433,5+2772=6205,5 кН.
Давление на грунт по подошве фундамента:
,6±Ю.7М[Ь;
Omex=254,3 кН/м2=0,25 МПа < 0.49 МПа;
Отт=88,9 кН/м*=0,08 МПа < 0,49 МПа.
Проверка опоры па устойчивость против опрокидывания.
Опрокидывающий момент Ми=1642,5-4,13+ 3638,1 = 10421,6 кН-м.
и
Удерживающий момент MZ=M —>
где а — ширина фундамента, равная 7,0 м;
Л/ — сумма вертикальных сил, определяемая согласно п. 1.40 СНиП 2.05.03-
84 с коэффициентами надежности по нагрузке, меньшими единицы. Поэтому тре-
буется пересчитать значение вертикальных сил:
3433 - 09 , 2772-1,0
Л/ =---—-----1---—— - 4965,8 кН;
Мг 4965,8— 17380 кН-м;
2
Ми < Мг ; 10421,6 < 17380.
V/i М
10421,6 < 12640 кН-м.
Проверка опоры на устойчивость против скольжения. Сдвигающее усилие
Qr=F„ +7=1642,5+346,5= 1989.0 кН.
Удерживающее усилие
О^.ф^-3433’5'0,9- h j 0.6 (2809.24-2165.6) 2984,8 кН,
где 0,9 и 1,0 — коэффициенты надежности по нагрузке, меньшие и равные 1,0
при определении удерживающих сил согласно п. 1.1.40 СНяП 2.05.03-о4;
1,1 и 1,28 — те же коэффициенты при расчете на прочность;
Qr < — ЮР» < 44" 2984.7;
Vn М
1989 кН <2149,1 кН.
Вопросы для самопроверки к гл. 10
1. Как определяют размеры подферменных площадок опор?
2. Как определяют силы, действующие иа опору и каковы расчетные схемы
сил?
3. Как производится проверка прочности и устойчивости опор?
4. В чем заключается расчет опор на действие строительных и монтажных
нагрузок?
244
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МОСТЫ
Глава 11
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
11.1. Область применения и основные особенности металлических
мостов
К металлическим мостам относят мосты, имеющие металличес-
кие пролетные строения, а опоры из бетона и железобетона. Не
исключена возможность устройства в особых условиях и опор из
металлических элементов (в виадуках, путепроводах).
Металл — наиболее совершенный материал, применяемый для
современных строительных конструкций. Благодаря высокой проч-
ности строительных сталей стальными пролетными строениями
можно перекрывать значительно большие пролеты, чем железобе-
тонные (свыше I км).
Применяемые в СССР системы и конструкции металлических
мостов отличаются рациональностью и экономичностью. Сталь-
ные пролетные строения могут быть балочные, арочные, рамные,
висячие и комбинированные; по расположению уровня проезда —
с ездой поверху, пониженной ездой и ездой понизу, а в конструк-
тивном отношении — со сплошными главными несущими
конструкциями (балками, рамами, арками) и со сквозными (ре-
шетчатыми). Наиболее широкое применение получили балочные
пролетные строения. Находят применение пролетные строения, у
которых стальные главные балки несущей конструкции объедине-
ны с железобетонной плитой для совместной работы под нагруз-
кой. Такие конструкции называют сталежелезобетонными.
Металлические пролетные строения обладают рядом преиму-
ществ по сравнению с пролетными строениями из других материа-
лов — высокая иидустриальность изготовления конструкций на
заводах, удобство монтажа конструкций, который можно выпол-
нять независимо от времени года с применением навесной и полу-
навесной сборки, продольной и поперечной надвижки, возможность
перекрытия больших пролетов при сравнительно небольшом соб-
ственном весе конструкций, наиболее благоприятные возможности
245
восстановления конструкций в случаях их повреждения, а также
относительная простота усиления конструкции в случае необходи-
мости. Основными недостатками металлических пролетных строе-
ний являются высокий расход прокатного металла, значительные
эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью периоди-
ческой окраски конструкции.
Экономические преимущества металлических мостов проявля-
ются больше с увеличением пролетов. Однако индустриалыюсть
изготовления и быстрые темпы монтажа часто оправдывают при-
менение металлических мостов с пролетами более 27 м для желез-
нодорожной нагрузки и более 60 м для автомобильной.
В каждом конкретном случае материал для пролетных строе-
ний выбирают путем технико-экономического сравнения вариан-
тов с учетом необходимости экономии металла.
Металлические пролетные строения железнодорожных мостов
широко применяют для перекрытия пролетов 55 158 м в виде
балочно-разрезных сквозных ферм, а для пролетов 33—66 м — в
Рнс. 11.1. Стальные пролетные строения:
I — поперечные связи; 2 — главная балка; 3 — продольные связи; 4 — мостовое полот-
но; 5 — ребра жесткости; 6 — опорные частя; 7 — портальное заполнение; 8 — железобе-
тонная плнта проезжей чести; 9 — главная ферма
246
виде разрезных балок со сплошной стенкой. Для автодорожных
мостов металлические пролетные строения различных стати-
ческих систем обычно применяют при пролетах больше 60 м.
Основными несущими конструкциями служат главные балки,
имеющие сплошную вертикальную стенку или главные фермы.
Фермы состоят из отдельных элементов, работающих, как прави-
ло, на осевые усилия, за исключением безраскосных ферм и ферм
с жестким нижним или верхним поясом, элементы которых воспри-
нимают также и изгибающие моменты. Применяют сквозные фер-
мы при езде поверху и сплошные балки при езде понизу.
При езде поверху в однопутных железнодорожных пролетных
строениях ставят две главные балки или фермы, а в автодорожных
их количество определяют технике-экономическим и расчетами с
учетом габарита проезда, перекрываемых пролетов и других фак-
торов. При езде понизу пролетное строение, как правило, имеет
две главные фермы.
Главные балки и главные фермы (рис. 11.1) соединяют между
собой продольными и поперечными связями, обеспечивающими
пространственную неизменяемость и жесткость пролетного строе-
ния и воспринимающими горизонтальные поперечные нагрузки.
Минимально необходима одна система продольных связей и по-
перечные связи над опорами (рис. 11.1, а). Для повышения жест-
кости пролетного строения, обеспечения лучшего сопротивления кру-
чению и уменьшения свободной длины сжатых элементов обычно
ставят дополнительно вторую систему продольных связей, а также
поперечные связи не только над опорами, но и в пролете. В авто-
дорожных объединенных пролетных строениях одну систему свя-
зей обычно заменяют железобетонная плита (рис. 11.1, б) или
сплошной стальной лист, представляющие собой элементы конст-
рукции проезжей части. В пролетных строениях с ездой понизу
(рис. 11,1, в, г) опорные поперечные связи устраивают в виде
портального заполнения, очертание которого принимают с учетом
габарита подвижного состава.
11.2. Сталь для мостов
Современные строительные конструкции изготавливают из про-
катной стали, содержащей от 0,1 до 0,25 % углерода. При таком
количестве углерода сталь хорошо поддается механической обра-
ботке. обладает вязкостью, пластичностью и способностью свари-
ваться. Увеличение содержания углерода повышает прочность и
предел текучести стали, но делает ее хрупкой, ухудшает сваривае-
мость и увеличивает трудоемкость механической обработки.
Сталь выплавляют в мартеновских или конвертерных печах. В
зависимости от способа выплавки различают кипящую и спокой-
247
ную сталь. Спокойной называют сталь, в которой при остыва-
нии обеспечено твердение без выделения пузырьков газа. Такая
сталь имеет высокую плотность и однородное строение. В кипя-
щей стали при остывании продолжается выделение газов, кото-
рые в виде пузырьков задерживаются в ней. На стенках этих пу-
зырьков выделяются сера и фосфор, которые при прокатке
превращаются в тонкие прослойки, вредно влияющие на качество
стали. Поэтому для мостов желательно применение спокойной
стали. Значительно лучшие механические качества имеет сталь,
получаемая введением в нее при выплавке (легированием) добавок,
увеличивающих ее прочность. В качестве легирующих добавок
применяют хром (X), кремний (С), никель (Н), медь (Д), марга-
нец (Г), ванадий (Ф) и другие элементы. В обозначениях марок
низколегированных сталей, например 15ХСНД, первые цифры
показывают среднее количество углерода в сотых долях процента,
а буквы — наличие легирующих добавок более 0,3%.
В мостах применяют стали с добавками в небольших количест-
вах, т. е. низколегированные, марок 10ХСНД-2, 15ХСНД-
2, 14Г2АФД-14, 14Г2АФД-12, 15Г2АФДпс-14, 15ХСНД-40 и др.
Эти стали хорошо свариваются, что обеспечивает индустриаль-
ность изготовления металлических конструкций.
Существенное значение при выборе материала и марок сталей
имеют климатические условия в месте возведения металлического
моста. Если наименьшие температуры в районе строительства вы-
ше минус 40 °C, то к металлу не предъявляют специальных требо-
ваний по хладостойкости, тип исполнения его обычный. Если в
районе строительства температуры ниже минус 40°C, материал
должен иметь устанавливаемую нормами хладостойкость, для тем-
ператур от минус 40 до минус 50 °C — исполнение северное А, а для
температур ниже минус 50°C — северное Б.
Для изготовления элементов стальных мостов в основном слу-
жит прокатная сталь стандартного сортимента.
Листовая сталь служит основным видом металла для из-
готовления мостовых конструкций. Она выпускается в виде тол-
столистовой и универсальной (широкополосной) стали. Листовую
сталь прокатывают между двумя валками, поэтому она имеет не-
ровные кромки, которые приходится строгать. Универсальную
сталь (рис. 11.2, а) прокатывают между четырьмя валками, бла-
годаря чему она имеет чистые кромки, не требующие обработки.
Угловая сталь бывает с полками одинаковой (равнобокий уголок)
или разной (неравнобокий уголок) ширины (рис. 11,2, б). Двутав-
ровые балки различают: обыкновенные с высокой стенкой и не-
широкими полками (рис. 11.2, в) и широкополочные двутавры
(рис. 11.2, г), имеющие значительно большую поперечную жест-
кость. Швеллерная сталь корытного профиля (рис. 11.2, д) в со-
временных мостах применяется в небольшом объеме. Кроме этих
248
профилей металла, в мостах встречаются и другие — стальные
горячекатаные трубы, рифленая сталь (с ребристой поверхностью),
волнистая сталь и т. п. Для висячих и вантовых мостов применя-
ют стальные витые канаты и пучки из параллельных проволок.
Для стыков элементов металлических мостов применяют высо-
копрочные болты типа ПО с соответствующими гайками и шайба-
ми; для опорных частей — стальное литье из стали марок 25Л,
ЗОЛ, 35Л, 20ГЛ и 20ФЛ; для шарниров, катков, болтов-шарниров
и прокладных листов под катки — сталь марок Вст5сп2, ЗОГ, 35Г,
40ХНМА и др.
В сварных конструкциях мостов необходимо, чтобы механичес-
кие свойства сварных швов были не ниже, чем основного металла.
Это требует применения электродов, соответствующих виду свари-
Таблнца 11.1
Марка стали Вид прокате Толщина (полки). Нормативное сопротивление, МПа Расчетное сопротивле- ние. МПа
Предел текучести ^Уп Временное сопротив- ление по пределу текучести RV по времен* противле- нию Ru
16Д Любой До 20 235 370 215 340
16Д > 21-40 225 370 205 340
16Д > 41—60 215 370 195 340
15ХСНД > 8-32 340 490 295 415
15ХСНД Листовой 33-50 330 470 285 400
юхснд Любой 8-15 390 530 350 470
10ХСНД Листовой 16—32 390 530 350 470
юхснд > 33—40 390 510 350 450
15ХСНД-40 > 10—40 390 530 350 470
15Г2АФДпс 4-32 390 540 355 490
14Г2АФД » 4—50 390 540 355 490
249
Таблица 11.2
Напряженное состояние Условное Расчетные сопротивления
Растяжение, сжатие и изгиб: по пределу текучести Ry Ry=Rynhim
по временному сопротивлению Ru Ru—Ryn/fm
Сдвиг Rs fls-0.58 Rynlfm
Смятие торцовой поверхности (при наличии пригонки) Rp Rp=Runlym
Смятие местное в цилиндрических шарни- рах (цапфах) при плотном касании ReP Rep—0,5 Run/Ут
Диаметральное сжатие катков (при сво- бодном касании в конструкции с ограничен- ной подвижностью) Red Red—® *25 Runtym
Растяжение в направлении толщины про- ката толщиной до 60 мм Rth Rih~^p^ RunlVm
ваемой стали, а также флюсов, обеспечивающих нормальный про-
цесс сварки.
Для защиты от ржавления (коррозии) металлические мосты
покрывают стойкими красками. Имеются также стали, не требую-
щие окраски благодаря их свойству покрываться под влиянием
атмосферных воздействий тонким стойким слоем. Эти стали пока
еще мало используются в СССР. Известны случаи применения
Таблица 11.3
" ' значение предела текучести) 1 Коэффициент | надежности | по материалу ут
ГОСТ 380—71* [ВСтЗ] ГОСТ 19281—73 н ГОСТ 19282—73 1,05
(до 380 МПа(
ГОСТ 19281-73 и ГОСТ 19282—73 (свыше 380 МПа] 1.10
ГОСТ 6713—75* [16Д1 ГОСТ 6713—75 (15ХСНД] 1,09 1,165
ГОСТ 6713—75 (10ХСНД и 15ХСНД-401 1,125
250
Таблица 11.4
Гибкость элемента Коэффициент д> для центрально сжатых элементов нз сталей мерок элементе X Коэффициент <р для центрально сжатых элементов нз сталей марок
16Д 15ХСЦД 10ХСНД. БХСИД-40, 14Г2АФД. 1БГ2АФДПС 16Д 1БХСНД 10ХСНД, БХСНД-40. 14Г2АФД, 1БГ2АФДПС
0 0,93 0,93 6,93 по 0.49 0,35 0,30
10 0,92 0,92 0.92 120 0,43 0,30 0,26
20 0,90 0,90 0,90 130 0.38 0,27 0,23
30 0,88 0,88 0,88 140 0.34 0,24 0,21
40 0,85 0,85 0,84 150 0.31 0,22 0,19
50 0,82 0,80 0,79 160 0.28 0,20 0.17
60 0,78 0,74 0,73 170 0,25 0,18 0,15
70 0,74 0,67 0,63 180 190 0,23 0,16 0,13
80 0,69 0,58 0,53 0,21 0,15 0,12
90 100 0,63 0,56 0,48 0,40 0,43 0.35 200 0,19 0,13 0,11
алюминиевых сплавов, отличающихся небольшим удельным весом.
Однако эти сплавы очень дороги и опыт строительства из 1 них мос-
тов пока невелик.
Нормативные и расчетные сопротивления проката приведены в
табл. 11.1. Расчетные сопротивления стали при других видах па-
Таблица 11.5
Элементы конструкций Предельная гибкость стержневых элементов
железнодо- рожных и пешеходных автодорожных и городских
Сжатые н сжато-растянутые элементы главных 100 120
ферм; стойки опор; растянутые элементы поясов глав- ных ферм Растянутые элементы главных ферм, кроме поясов; элементы, служащие для уменьшения расчетной длины 150 150
150
Сжатые элементы продольных связей главных ферм н продольных балок, а также тормозных связей 130
Растянутые элементы продольных связей главных 130 180
ферм н продольных балок, а также тормозных связей Распорки поперечных связей, пояса ферм попереч- 100 100
ных связей пои наличии продольных связей только в зоне растянутых поясов балок
Прочие элементы поперечных связей:
на опоре 130 150
в пролете 150 150
Ветви составного сжатого или сжато-растянутого 40 40
элемента
Ветви составного растянутого элемента 50 50
251
пряженного состояния определяют по формулам, приведенным в
табл. 11.2. Расчетное сопротивление растяжению Rm высокопроч-
ной стальной проволоки, применяемой в пучках и канатах из па-
раллельно уложенных проволок, определяют по формуле Rm=
=0,637?un, где Run — наименьшее временное сопротивление про-
волоки разрыву по ГОСТам или ТУ. Значения коэффициентов на-
дежности уш по материалу приведены в табл. 11.3. Расчетный
модуль упругости прокатной стали и литья £=2,06-10® МПа, мо-
дуль сдвига 6=0,78-10® МПа, модуль упругости пучков и канатов
из параллельно уложенных оцинкованных проволок £=2,01 X
Х10® МПа, модуль упругости канатов одинарной свивки и закры-
тых несущих канатов зависит от кратности свивки каната.
При расчете сжатых элементов металлических мостов учиты-
вают влияние продольного изгиба, вводя коэффициент <р пониже-
ния несущей способности (коэффициент продольного изгиба), за-
висящий от гибкости 1 рассчитываемого элемента (табл. 11.4).
Гибкости стержневых элементов не должны превышать зна-
чений, приведенных в табл. 11.5.
11.3. Способы соединения элементов металлических
пролетных строений
252
Сварка широко распространена на заводах по изготовлению
элементов, применяют ее и в монтажных условиях. Сварные соеди-
нения выполняют преимущественно автоматической или полуав-
томатической электрической дуговой сваркой с помощью сталь-
ных электродов. Наилучшего качества сварки достигают при
сварке под слоем флюса.
Сварные соединения разделяют на рабочие, передающие
усилия, и связующие для сплачивания совместно работающих эле-
ментов, не передающих друг другу каких-либо усилий. Соединяют
сваркой элементы встык, внахлестку и с накладками. При соеди-
нениях встык сварной шов связывает торцы соединяемых элемен-
тов (рис. 11.3, о), и прочность его принимают не ниже прочности
металла соединяемых элементов. При соединениях внахлестку
применяют угловые (валиковые) швы. Если такой шов расположен
нормально действию усилия (рис. 11.3, б), его называют лобовым,,
если же параллельно передаваемому усилию — фланговым (рис.
11.3, в).
Расчетные сопротивления сварных соединений при различных
напряженных состояниях определяют по формулам, приведенным
в табл. 11.6.
Соединение элементов на заклепках ранее широко применя-
лось при заводском изготовлении пролетных строений и их мон-
таже. Заклепка представляет собой круглый стержень с наштам-
пованной на одном его конце закладной головкой (рис. 11.3, г).
Таблица 11.6-
соединения Напряженное состояние Условное Расчетные сопротивле- ния сварных соединений
Стыковые Сжатие, растяжение и изгиб при автоматической, полуавто- матической или ручной сварке с физическим контролем качес- тва: по пределу текучести по времеином>- сопротивле- нию Сдвиг Rwy Rwu Rws Rwy=Ry Rws—Rs
С угловыми швами Срез (условный): по металлу шва по металлу границы сплава Rwf RlBZ Kwi=O ,55Rmun/Yo>m J?W2=0 ,45/?un
Прнмечания. I. Для швов, выполняемых ручной сваркой, значения Ктп прини-
мают равными значениям временного сопротивления разрыву металла шва (см. ГОСТ
9467-75).
2. Для швов, выполняемых автоматической или полуавтоматической сваркой, значения
^vun принимают по разделу СНиП 11-23-81.
3. Значение коэффициента надежности по материалу шва уип1 принимают равным 1.25.
255
Нагретую докрасна заклепку вводят в отверстие, прижимают зак-
ладную головку поддержкой и расклепывают выступающую часть
стержня, образуя из него замыкающую головку. При расклепыва-
нии стержень плотно заполняет отверстие, а остывая, стягивает
соединяемые элементы. В местах, где нельзя сделать выступаю-
щих головок, применяли заклепки с потайной головкой (рис.
11.3, д).
В настоящее время клепаные соединения почти полностью вы-
теснены в заводском изготовлении сварными, а на монтаже —
фрикционными соединениями на высокопрочных болтах. В местах,
где затруднено применение сварных и фрикционных соединений,
применяют обычные болты.
Во фрикционных соединениях высокопрочные болты
(рис. П.З.е) из термоупрочненной стали ставят в отверстие не-
сколько большего диаметра, чем стержень болта, и, натягивая гай-
ки, сильно сжимают соединяемые элементы. Благодаря этому уси-
лия, действующие на соединение, передаются трением, возникаю-
щим между элементами (рис. 11.3,эк). Гайки болтов натягивают
механическими или ручными ключами, имеющими устройства для
контроля прилагаемого крутящего момента. Этим обеспечивается
требуемое натяжение болтов.
11.4. Сведения о~ типовых проектах балочных пролетных строений
железнодорожных мостов
Для балочных разрезных пролетных строений железнодорож-
ных мостов проведена унификация, которой охвачены расчетные
пролеты, длины панелей, высоты балок и ферм, расстояния между
осями балок (ферм) и т. п.
Эта унификация положена в основу типовых проектов пролет-
ных строений разных видов, по которым в основном производится
изготовление и монтаж конструкций.
В типовых проектах, данные по которым приведены ниже, раз-
работаны конструкции балочных разрезных пролетных строений
под один железнодорожный путь для мостов, эксплуатируемых в
районах с расчетной минимальной температурой воздуха до минус
40 °C — обычное исполнение и в районах с низкими температура-
ми: до минус 50 °C — северное А и ниже минус 50°C — север-
ное Б. Расчетная временная вертикальная нагрузка С14. Основные
детали пролетных строений изготавливаются из мартеновской низ-
колегированной стали марок 10Г2С1Д, 15ХСНД и ЮХСНД.
Монтажные соединения на высокопрочных болтах выполнены
из стали марки 40Х.
Железобетонные плиты тротуаров изготавливаются из бетона
класса В27.5 и по морозостойкости марки Г=200 или F=300 вза-
254
Т аблица 11.7
висимости от среднемесячной температуры наиболее холодного
месяца в районе эксплуатации моста.
Сварные пролетные строения с ездой поверху пролетами
18,2 — 33,6 м, с ездой поверху на деревянных поперечинах
разработаны в типовом проекте инв. № 821 (табл. 11.7). Пролет-
ные строения целыюперевозимые состоят из двух сварных балок дву-
таврового сечения, объединенных между собой продольными и по-
Таб л ица 11.8
Масса металла,
ная высота»
Поперечный разрез
Железобе-
о«£ ойз
349
537
3854
4729
5488
5443
9424
8786
200
200
200
200
123
148
198
198
360
219
244
297
255
перечными связями. Для обеспечения устойчивости стенки балок
укреплены двусторонними вертикальными и продольными ребрами
жесткости. Продольные и поперечные связи крестового типа. Про-
дольные связи расположены со смещением относительно верхнего
и нижнего поясов балок. Прикрепление элементов продольных и
поперечных связен осуществляется на высокопрочных болтах.
Пролетные строения с ездой поверху на балласте про-
летами 18,2—55,0 м объединенной (сталежелезобетонной)
конструкции разработаны в типовом проекте инв. № 739 (табл.
11.8). Металлическая часть пролетных строений состоит из двух
сварных балок, объединенных между собой продольными и попе-
речными связями. Железобетонная плита балластного корыта пре-
дусмотрена сборной. Объединение плиты с металлическими балка-
ми разработано в двух вариантах: на гибких и жестких упорах.
Блоки железобетонных плит для всех пролетных строений
унифицированы, они изготавливаются из бетона класса В27.5 мо-
розостойкости марки не ниже /-'=300. Омоноличивание блоков
между собой производится бетоном этой же марки. Разработан
вариант клеевого соединения блоков.
Пролетные строения с ездой понизу с пониженной
строительной высотой пролетами 1 8,2 --33,6 разра-
ботаны в типовом проекте инв. № 563 (табл. 11.9). Пролетные
строения состоят из двух сварных двутавровых главных балок,
возвышающихся над уровнем проезда, связанных между собой
проезжей частью и продольными связями только в уровне нижних
поясов. Проезжая часть состоит из металлических поперечин, двух
продольных балок и расположенных с ними в одном уровне частых
поперечных балок. Продольными связями служат диагональные
Таблица 11.9
Строитель-
ная высота.
Масса металла, м
|8£ й gss sO i: I! 1 & II h I
80 124 44,05 1,38 7,20
82 124 60,17 1.71 9,23
82 132 75,33 2,09 10,66
84 124 103,44 2,50 12,10
256
0*011 3 о СЛ о ъ Э пролет, м
—IS
Z г ft ? тъ IVfe
Й 11 1 it ' 0 IL —П,*5
I i— а, ж. 1 У1 4 ft 4 ё
о 89,07 3 66,91 s СЛ 44,75 33,75 главных w ферм | §
8 у 2 w £ 2 по проезжей I I
части
$ 8 3 .
до инэа .
8 8 8 8 g g 8 коиструк- 8 в. ции в про- ” Е
лете £ 8
5е “
S § g £ 00 00 CO до верха я о опорной ’ 4 площадки ж
1 W p s’ * s a пролетного строения
К5 Cd — Ю bo 2
а £ Й 2 g' s 8 тротуаров, пре- дохранительных и й 5
со 00 00 ’Ll смотровых при- способлеиий
35 ю - •o высокопроч ных болтов
Ъ сп о О СЛ NO CH
СП СО i 8 to Я p s Всего
СО •s) Л. e> CD ъ
Таблица 11.11
258
элементы, соединяющие между собой нижние пояса главной балки
и соседней с ней продольной балкой. Роль продольных связей
между продольными балками осуществляют металлические по-
перечины. Необходимая поперечная жесткость пролетного строения
достигается с помощью высоких вертикальных фасонок, обеспе-
чивающих прикрепление поперечных балок к главным.
Пролетные строения с ездой понизу на поперечинах
со сквозными главными фермами пролетами 33 —
110 м разработаны в типовом проекте инв. № 690 (табл. 11.10).
Пролетные строения состоят из сварных элементов, соединяемых
на монтаже с помощью высокопрочных болтов. Главные фермы
связаны между собой верхними и нижними продольными связями,
а также поперечными связями, расположенными выше железнодо-
рожного габарита. Проезжая часть имеет продольные и поперечные
балки. В конструкции пролетных строений предусмотрена возмож-
ность их навесного монтажа.
Пролетные строения с ездой поверху на поперечинах
со сквозными главными фермами пролетами 44 —
66 м разработаны в типовом проекте инв. № 1062 (табл. 11.11).
Пролетные строения состоят из сварных элементов с монтажными
соединениями на высокопрочных болтах. Главные фермы связаны
между собой крестовыми верхними и нижними продольными свя-
зями, а также поперечными связями. Проезжая часть имеет про-
дольные и поперечные связи. Для каждого из пролетов разрабо-
тан вариант со скошенным опорным узлом для случая опирания
пролетного строения на устой. В конструкции пролетных строений
предусмотрена возможность их навесного монтажа.
Вопросы для самопроверки по гл. 11
1. Какие существуют виды металлических мостов?
2. Какие материалы и сортаменты стали используют для изготовления сталь-
ных пролетных строений?
3. Какие заводские и монтажные соединения применяют при изготовлении
н монтаже металлических пролетных строений?
4. Какие действуют типовые проекты железнодорожных балочных пролет-
ных строений и их особенности?
Глава 12
КОНСТРУКЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЯ
12.1. Конструкция проезжей части мостового и ездового полотна
Конструкция проезжей части металлических мостов восприни-
мает усилия от подвижной нагрузки и передает их главным балкам
или фермам пролетного строения. В состав проезжей части же-
лезнодорожных мостов входят мостовое полотно (рельсы,
259
шпалы, балласт), а также продольные и поперечные балки, желе-
зобетонная или стальная плита и другие элементы конструкции
проезжей части.
Мостовое полотно на деревянных мостовых брусьях (шпалах)
в пролетных строениях с ездой поверху при расстоянии между
главными балками не более 2,2—2,5 м укладывают непосредствен-
но на главные балки (см. рис. 11.1, а), а в пролетных строениях
с ездой понизу — на продольные балки, прикрепленные к попереч-
ным, которые соединяют с главными фермами. Продольные балки
соединяют между собой системой продольных и поперечных свя-
зей. Мостовые брусья (шпалы) укладывают на продольные или
главные балки с устройством врубки глубиной не менее 5 мм и не
более 30 мм и прикрепляют к ним лапчатыми болтами.
До недавнего времени применяли мостовое полотно с тротуа-
рами на длинных поперечинах. Без тротуаров все поперечины име-
ют длину 3,2 м, а при устройстве тротуаров наряду с короткими
брусьями укладывают брусья длиной 4,2 м. В настоящее время
при строительстве металлических мостов, как правило, применя-
ют мостовое полотно с тротуарами на металлических консолях
(рис. 12.1) без удлиненных мостовых брусьев.
При такой конструкции облегчается смена этих брусьев в пе-
риод эксплуатации.
Боковые тротуары с перилами нужны на мостах длиной больше
25 м, а также на всех мостах высотой более 5 м, и кроме того, на
мостах, расположенных в пределах станции, и путепроводах. Тро-
туары на консолях для увеличения срока их службы можно уст-
раивать из железобетонных плит (см. рис. 12.1), которые для
уменьшения веса целесообразно изготавливать из керамзитобето-
на. Укладка контррельсов или контруголков обязательна при мос-
Рис. 12.1. Мостовое полотно железнодорожных мостов с тротуарами на деревян-
ных поперечинах:
1 — лапчатый болт d-22 мм; 2 — доскн 20X3 см; 3 — охранный брус 20X10; 4 — уголок
70X70X6: S -- уголок 160X100X10: 6 — продольная балка; 7 — коитруголок 160X100X14;
в — брус 20X24X320; 9 два уголка 160X100X10; 10 — поперечная балка
260
товом полотне с мостовыми брусьями на всех мостах, полная дли-
на которых превышает 5 м, на всех путепроводах и на всех мос-
тах, расположенных на кривой радиусом меньше 1000 м.
Противоугонные (охранные) брусья предназначены в основном
для обеспечения продольной связи между мостовыми брусьями.
Кроме того, они являются дополнительным к контруголкам сред-
ством, ограничивающим смещение сошедших с рельсов колес. В
местах пересечения с мостовыми брусьями в противоугонных
брусьях делают врубку глубиной 30 мм (см. рис. 12.1) со стыко-
ванием вполлерева. Противоугонные брусья прикрепляют к каж-
дому второму мостовому брусу.
Размеры поперечного сечения мостовых брусьев назначают в
зависимости от расстояния между осями продольных или главных
балок. Если это расстояние не превышает 2 м, принимают типовые
брусья сечением 200 X 240 мм при больших расстояниях в соответ-
ствии с Инструкцией по содержанию искусственных сооружений
(№ ЦП МПС 4363).
Кроме мостового полотна на мостовых брусьях, применяют путь
на балласте с устройством железобетонной или металлической
плиты, а в отдельных случаях (в особенности в очень больших
мостах и при значительном расстоянии между продольными балка-
ми) вместо деревянных мостовых брусьев укладывают металличес-
кие поперечины. Находит применение безбалластное мостовое по-
лотно с креплением рельсов непосредственно к железобетонным
плитам, укладываемым по металлической проезжей части.
Конструкция проезжей части автодорожных мостов сос-
тоит из дорожного покрытия и поддерживающей его конструкции,
опирающейся непосредственно на главные балки или на балки про-
езжей части при большом расстоянии между главными балками
(фермами), в частности, в пролетных строениях с ездой понизу.
Дорожное покрытие на металлических мостах бывает асфаль-
тобетонное или реже цементобетонное. Встречаются и мосты с де-
ревянным настилом, который применяли раньше. Несущую конст-
рукцию проезжей части чаще всего делают в виде железобетонной
плиты. В новейших мостах все шире применяют металлический
настил.
Для отвода волы с проезжей части ей придают поперечный и
продольный уклоны. Воду выводят за пределы моста или спускают
под мост с помощью водоотводных устройств.
Вес конструкции проезжей части составляет большую часть
полной постоянной нагрузки металлических мостов, поэтому об-
легчение проезжей части имеет существенное значение, особенно
для мостов больших пролетов.
Железобетонная плита несущей конструкции проезжей
части может быть монолитной, бетонируемой на месте, или сбор-
ной. Плита опирается непосредственно на верхние пояса главных
261
мостов:
..................................... . __________________ 3 — поперечные
_____ ____________________1 - металлическое ограждение с фасонной планкой;
5 поперечная Палка; 6 продольная балка проезжей части; 7 яояс главной фермы;
8 — тротуарная консоль; 9 — ограждающий элемент; 10 — сборная железобетонная плита;
II — дорожное покрытие; 12 — стальной лист пастила; 13 — продольное ребро металли-
ческого пастила
Рис. 12.2. Конструкция проезжей части автодорожных
/ — монолитная железобетонная плита; 2 — главная балка (ферма);
связи между главными балками: ' --------“—— ”----------- *
5 поперечная балка; 6 п~.п..
балок (рис. 12.2, а) или на балки проезжей части (рис. 12.2, б).
В СССР большее распространение получила конструкция из сбор-
ных плит, требующая укладки на месте лишь небольшого объема
бетона или раствора в швах между блоками и позволяющая вести
работы в зимнее время (рис. 12.2, в). Монолитную плиту бетони-
руют на месте, и для этого требуется специальная опалубка и вы-
полнение на месте арматурных работ. Работы по устройству мо-
нолитной плиты могут быть упрощены и ускорены применением
заранее изготовленных арматурных каркасов и передвижной опа-
лубки, продвигаемой по мере бетонирования плиты.
Поверх железобетонной плиты укладывают дорожное покры-
тие с гидроизоляционным слоем аналогично тому, как это делает-
ся в железобетонных мостах.
Недостаток проезжей части с железобетонной плитой — боль-
шой ее вес (6—7кН/м2). Для уменьшения веса плиты ее можно
делать из легкого бетона на керамзитовом щебне. Керамзитобетон
классов В20—В27.5 имеет плотность около 1,8—1,9 т/м3, т. е. при-
мерно на 20 % меньше обычной плотности бетона. Облегчение воз-
можно также путем устройства на мосту более тонкого водостой-
кого и износоустойчивого покрытия из полимерных материалов.
262
Метал л и чески й настил из листовой стали толщиной 10 -
12 мм укрепляют приваренными к ней снизу ребрами из полосовой
(рис. 12.2, г) или фасонной стали. Сверху на стальном листе ук-
ладывают слой асфальтобетонного или полимерного покрытия.
Листовой настил вместе с продольными его ребрами включают в
работу с главными балками так, что он входит в состав их верх-
них поясов. Металлический настил имеет небольшой вес, но изго-
товление его связано с некоторыми трудностями. Применение его
целесообразно преимущественно в мостах больших пролетов.
Балки проезжей части необходимы в тех случаях, когда
главные балки (фермы) расположены на больших расстояниях
друг от друга. Пролетное строение может иметь только поперечные
балки, поддерживающие железобетонную плиту, или металличес-
кий настил, или также и продольные балки, опирающиеся на по-
перечные (см. рис. 12.2, а). В пролетных строениях с ездой понизу
для уменьшения конструктивной высоты проезжей части продоль-
ные балки обычно располагают в одном уровне с поперечными
(рис. 12.2, в). Сопряжение в одном уровне позволяет опереть же-
лезобетонную плиту как на продольные балки, так и на попереч-
ные.
В местах примыкания ме-
таллических пролетных строе-
ний к устоям и в сопряжениях
отдельных пролетных строе-
ний друг с другом в конструк-
ции проезжей части устраива-
ют деформационные
III в ы.
При небольших перемеще-
ниях, не превышающих 4—
5 см, шов обычно перекрывают
стальным рифленым листом,
прикрепленным одной сторо-
ной к уголку, окаймляющему
железобетонную плиту (рис.
12.3, а). Другой стороной лист
скользит по поверхности тако-
го же уголка, окаймляющего
плиту соседнего пролета. Во-
да, проникающая через шов,
собирается и отводится водо-
сточным лотком. При переме-
щениях, превышающих 5—
6 см, применяют конструкцию
деформационного шва, в кото-
рой перемещение разделяется
Рис. 12.3. Деформационный шов про-
езжей части:
1 — узкий стальной лист; 2 — рифленый
стальной лист, перекрывающий шов; 3 —
окаймляющие уголки; 4 — асфальтобе-
тонное покрытие; 5 — гидроизоляция;
стн: 7 — металлическая главная балка;
в — водоотводный лоток; 9 — болт, за-
крепляющий лист перекрытия шва; 10 —
овальное отверстие: 11 — сварной двутавр
263
на две части (рис. 12.3,6). Шов здесь перекрыт стальным листом,
опирающимся на сварные двутавры, установленные на концах ба-
лок пролетных строений. Лист закреплен на двутаврах болтами,
проходящими сквозь овальные дыры в полках двутавров. Длина
овальных дыр назначена так, чтобы перемещение болта в каждой
из них не превышало половины наибольшего перемещения в шве.
При значительных перемещениях в мостах с очень большими про-
летами применяют более сложные конструкции деформационных
швов.
Ограждения проезжей части на металлических мостах следует
выбирать в зависимости от интенсивности движения. Простейши-
ми ограждениями могут служить тротуарные бордюры, которые
желательно устраивать повышенными. При больших скоростях
движения целесообразно более надежное ограждение в виде же-
лезобетонных угловых элементов (см. рис. 12.2, а) или стальных
фасонных планок, укрепленных на металлических стойках (см.
рис. 12.2, в).
Тротуары металлических мостов устраивают на консолях
железобетонной плиты (см. рис. 12.2, б) или опирают на металли-
ческие консоли (см. рис. 12.2, а, в). Перила обычно делают ме-
таллическими. Перильные стойки закрепляют на концах тротуар-
ных консолей. В городских мостах часто устраивают архитектурно
оформленные перила. Па скоростных .автомагистралях перила
должны возможно меньше задерживать поток воздуха, отбрасы-
ваемый в стороны быстроедущими автомобилями.
12.2. Конструкция пролетных строений с металлическими
сплошными главными балками
Пролетные строения, в которых главными несущими элемента-
ми служат металлические сплошные балки, широко применяют на
современных железнодорожных, автомобильных и городских мос-
тах.
Главные балки таких пролетных строений обычно двутавровые
(рис. 12.4, а) или коробчатые (рис. 12,4, б) со сплошной стенкой
между их верхним и нижним поясами. Как правило, мосты со
сплошными главными балками устраивают с ездой поверху, но в
некоторых случаях целесообразным оказывается пониженное рас-
положение проезжей части, как это предусмотрено, в частности,
для типовых железнодорожных пролетных строений (см. табл.
11.9). Пролетные строения со сплошными балками имеют простую
конструкцию, удобную для изготовления и монтажа. Строительная
высота h их значительно меньше, чем пролетных строений со
сквозными фермами. Поэтому, несмотря на несколько большую
затрату металла по сравнению со сквозными фермами, пролетные
264
Рис. 12.4. Поперечные сечения пролетных строений со сплошными главными
балками:
I двушвровая главная балка; 2 — железобетонная плита проезжей части; 3 продоль-
ные вспомогательные балки; 4 — поперечная балка; 5 — металлический пастил проез-
жей части, входящий в состав коробчатой главной балки; 6 — коробчатая главная балка
строения со сплошными главными балками применяют в железно-
дорожных балочных мостах для пролетов до 66 м, а в автодорож-
ных и городских мостах сплошные балки имеют пролеты 250—
270 м.
Раньше пролетные строения со сплошными балками делали
клепаными. В настоящее время применяют главным образом свар-
ные балки, монтажные соединения которых на обычных или высо-
копрочных болтах. В отдельных случаях устраивают пролетные
строения с цельносварными главными балками со сварными мон-
тажными стыками. Главное преимущество сварных балок — эко-
номия металла за счет отсутствия в них ослабления отверстиями
для болтов. Кроме того, изготовление сварных конструкций сов-
ременными методами менее трудоемко, чем конструкций с соеди-
нениями на болтах. Балочные мосты со сплошными главными
балками могут быть разрезной, неразрезной и балочно-консольной
системы.
В железнодорожных мостах применяют преимуществен-
но балочно-разрезные пролетные строения постоянной высоты, т. е.
с параллельными поясами. Высота главных балок типовых кон-
струкций при пролетах до 33 м (см. табл. 11.7) составляет
'/я- */ю пролета (при езде на поперечинах). Получают все большее
распространение конструкции с железобетонной плитой, включае-
мой в совместную работу с балками, при этом железнодорожные
пути устраивают на балласте. В разрезных балках пролетами 33—
55 м (см. табл. 11.8) высота обычно равна ’/ю—'/is пролета.
В автодорожных и городских мостах пролетные строе-
ния с разрезными балками (рис. 12.5, а) применяют при
пролетах до 40—60 м. Однако уже при пролетах 40—60 м более
экономичны неразрезные системы (рис. 12.5, в, г). Неразрезные
265
Рис. 12.5. Пролетные строения со сплошными балками автодорожных н город-
ских мостов:
1 — металлическая главная балка; 2 — железобетонная плита в сжатой зоне; 3 — желе-
зобетонная плита в растянутой зоне: 1 — напрягаемая арматура
пролетные строения по сравнению с разрезными дают экономию в
затрате металла, а также уменьшение объема промежуточных
опор. Кроме того, благодаря большей жесткости, плавному очер-
танию кривой прогиба под нагрузкой, а также меньшему числу по-
перечных деформационных швов неразрезные пролетные строения
значительно благоприятнее с точки зрения ровности дорожного
полотна на мосту, что очень существенно при больших скоростях
движения автомобилей.
Главные балки разрезных пролетных строений так же, как и в
железнодорожных мостах, почти всегда имеют параллельные
пояса (см. рис. 12.4, а). В неразрезных мостах балки постоянной
266
высоты применяют при пролетах до 60—80 м. Для больших проле-
тов в отдельных случаях целесообразно увеличивать высоту глав-
ных балок над промежуточными опорами, где возникают большие
отрицательные изгибающие моменты. Высоту балок увеличивают,
придавая нижнему поясу ломаное (см. рис. 12.5, в) или криволи-
нейное (см. рис. 12.5, г) очертание. Для изготовления удобнее
конструкция с балками, имеющими на большей части длины пос-
тоянную высоту с увеличением ее лишь на коротких надопорных
участках. Криволинейное очертание нижнего пояса балок удоро-
жает их изготовление, поэтому применяется редко (для мостов
больших пролетов или по архитектурным соображениям).
И е р а з р е з н ы е пролетные строения чаще делают трехпро-
летными или многопролетными. Крайние пролеты неразрезных ба-
лок назначают несколько меньшими, чем средние, принимая от-
ношение /1 : /г равным около 0,7 — 0,8.
Мосты с балочно-консольными пролетными строениями
не имеют преимуществ по сравнению с более жесткими неразрез-
ными мостами. Большое число поперечных швов и значительные
углы перелома кривой прогиба над концами консолей, неблаго-
приятные для движущихся с большой скоростью автомобилей, яв-
ляются существенными недостатками таких мостов. Они находят
применение в тех случаях, когда по геологическим условиям ис-
ключена возможность применения неразрезных пролетных строе-
ний.
Высота главных балок определяется условием достаточной
жесткости пролетных строений под временной нагрузкой, а также
экономическими соображениями. СНиП 2.050.3-84 требуют, чтобы
под нормативной временной нагрузкой прогиб главных балок ав-
тодорожных мостов не превышал 1/400 их пролета. При проекти-
ровании моста высота главных балок часто ограничивается усло-
виями вертикальной планировки мостового перехода, определяю-
щими наибольшую возможную строительную высоту пролетного
строения. В современных автодорожных мостах с разрезными
пролетными строениями высота главных балок составляет */i2—Vis
от пролета. Если в работу металлических главных балок включена
железобетонная плита проезжей части, то их высота может быть
снижена до Vis—‘/го их пролета. В неразрезных и консольных мос-
тах высота главных балок составляет 'Лв—'/го» а при больших - -
может быть доведена в середине пролетов до */зо—‘/so от пролета
и даже менее.
Пролетные строения железнодорожных однопутных мостов ус-
траивают с двумя главными балками (см. рис. 12.1).
Число главных балок в поперечном сечении пролетного строе-
ния автодорожного моста назначают в зависимости от габарита и
конструкции проезжей части, а также от пролета моста.
267
При небольших пролетах балки целесообразно располагать на
расстояниях друг от друга около 2—3 м. В этом случае железобе-
тонную плиту проезжей части можно непосредственно опереть на
главные балки (см. рис. 12.4, а) без дополнительных вспомога-
тельных. Часто расположенные главные балки применяют в тех
случаях, когда пролетному строению надо придать возможно мень-
шую высоту. Для больших пролетов выгоднее меньшее число ба-
лок, но более мощных. Поэтому в мостах больших пролетов, если
только строительная их высота не стеснена, часто устраивают толь-
ко две главные балки, а в широких мостах располагают их на
расстояниях до 6—8 м друг от друга. Плиту проезжей части в та-
ких случаях поддерживают вспомогательными балками — про-
дольными, поперечными или и продольными, и поперечными (см.
рис. 12.4).
В мостах с железобетонной плитой проезжей части получила
широкое применение конструкция пролетных строений, в которой
металлические главные балки объединены для совместной работы
с железобетонной плитой. Такие конструкции называют объеди-
ненными или сталежелезобетонными. При положительных изгиба-
ющих моментах плита попадает в сжатую зону и воспринимает
сжимающие напряжения, в то время как металлические балки в
основном работают на растяжение. Для совместной работы меж-
ду плитой и металлическими балками устраивают специальные со-
единительные элементы. Включение железобетонной плиты в ра-
боту металлических балок увеличивает жесткость пролетного
строения и дает экономию в затрате металла на главные балки до
10—15%; оно наиболее эффективно в разрезных пролетных строе-
ниях, так как плита на всей их длине находится в сжатой зоне
(рис. 12.5, б). В неразрезных и консольных мостах железобетонная
плита может быть тоже объединена для совместной работы с ме-
таллическими балками на участках с положительными изгибаю-
щими моментами.
На участках с отрицательными моментами плита растянута и
должна быть обжата напрягаемой арматурой (рис. 12.5, д) или
искусственным регулированием усилий в системе.
В новейших металлических мостах все чаще применяют про-
летные строения в виде коробчатой конструкции с металлическим
настилом проезжей части в составе несущей конструкции.
Металлический настил, имеющий различную жесткость в двух
перпендикулярных направлениях, называют ортотропным.
Металлические пролетные строения небольшой ширины уст-
раивают в виде одной коробчатой балки с консолями и вертикаль-
ными (см. рис. 12.4, б) или наклонными боковыми стенками. При
большой ширине пролетное строение образуют из двух или нес-
кольких коробок шириной 3—7 м, расположенных на расстояниях
8—14 м друг от друга.
268
Рис. 12.6. Конструкция сварных двутавровых балок:
I — вертикальная стенка: 2 — поясной лист; 3 — продольный стык вертикальной стенки;
4 — второй поясной лист: 5 вертикальное ребро жесткости; е — прокладка, приваренная
только к ребру жесткости: 7 — опорное ребро жесткости; в — горизонтальные ребра
жесткости
Сплошные главные балки мостов имеют в большинстве
случаев двутавровое сечение со сварными болтовыми соединения-
ми проката.
Сварные балки состоят из вертикального листа (стенки) и
приваренных к нему горизонтальных поясных листов. Сварные
швы, прикрепляющие горизонтальные листы к стенке, называются
поясными. При небольшой высоте стенку образуют из одного листа
(рис. 12.6, а), в высоких балках — из двух (рис. 12.6, б) или боль-
шего числа листов, сваренных между собой продольными швами.
Пояса балки желательно делать каждый из одного горизонтально-
го листа. Ширину и толщину этих листов определяют расчетом.
Если требуемая по расчету толщина поясного листа превышает
40—50 мм, то пояс составляют из двух листов (см. рис. 12.6, б),
так как при очень толстой прокатной стали трудно обеспечить
требуемое ее качество. Вторые листы делают несколько меньшей
ширины для удобства размещения сварных швов. Ширина сжатого
пояса не должна превышать 30-кратной его толщины или 80 см,
если пояс не закреплен против потери устойчивости.
По длине балки изменение ее момента инерции обеспечивают
изменением толщины и ширины горизонтальных листов.
Вертикальную стенку сплошных балок делают возможно более
тонкой исходя из работы ее на касательные напряжения. Обычно
26»
Рнс. 12.7. Деталь крепления верти-
кального ребра жесткости к балкам
железнодорожных мостов:
/ уголеж 125X80X10;
2 приторцовка
Рис. 12.8. Конструкция двутавровых
балок с соединениями на болтах или
заклепках:
/ - горизонтальный пояс пой лист: 2 —
вертикальная стенка; 3 - поясной уголок;
4 - стыковая накладка продольного сты-
ка вертикальной стенки; 5 — уголок же-
сткости; 6 — прокладка под вертикальным
уголком жесткости
толщина стенки составляет от '/юо до '/гоо «т ее высоты, но не ме-
нее 10 мм. Устойчивость стенки против выпучивания от потери
местной устойчивости обеспечивают ребрами жесткости.
В сварных балках ребра жесткости из полосовой стали обыч-
но ставят с двух сторон стенки и приваривают к ней сплошными
швами. Концы вертикальных ребер жесткости приваривают к
сжатому поясу балки непосредственно (рис. 12.6, в), а к растяну-
тому — с помощью прокладок, предохраняющих растянутый по-
ясной лист от вредного влияния поперечных сварных швов, иногда
вызывающих даже возникновение трещин в металле. Подкладки
приваривают к поясу продольными швами (рис. 12.6, г) или плот-
но забивают на место и приваривают к ребру жесткости.
В последнее время установлено, что такое прикрепление вер-
тикальных ребер жесткости нельзя применять в конструкциях
главных балок и продольных балок проезжей части железнодорож-
ных мостов с ездой на поперечинах. Непосредственное воздействие
очень большого числа циклов пульсационной нагрузки от прохо-
дящих поездов создает опасность появления трещин в концах швов
и металле стенки.
В связи с этим в действующих типовых проектах в этих балках
предусмотрено устройство ребер жесткости из уголков с прикреп-
лением их на болтах (рис. 12.7).
270
Вертикальные ребра жесткости ставят во всех местах, где на
балку передаются сосредоточенные усилия, и по всей длине балки
на расстояниях, определяемых расчетом стенки на устойчивость
против выпучивания, но не реже удвоенной высоты стенки.
В высоких балках вертикальную стенку в сжатой зоне укрепля-
ют также продольными (горизонтальными) ребрами жесткости.
Особенно важно обеспечить устойчивость стенки на участках, где
одновременно действуют большие сжимающие и касательные на-
пряжения, как, например, в надопорных участках неразрезных и
консольных пролетных строений (рис. 12.6, ж).
В сварных конструкциях всегда стремятся избегать местных
концентраций напряжений, поэтому у концов ребер жесткости де-
лают скосы (см. рис. 12.6, в) или специальные вырезы (см. рис.
12.6, г), предотвращая этим наложение взаимно перпендикуляр-
ных швов. При изменении толщины поясных листов или постанов-
ке дополнительного листа постепенное изменение сечения достига-
ется обработкой более толстого или дополнительного листа с на-
клоном 1 :4 для сжатых и 1:8 для растянутых элементов (рис.
12.6, д, е).
Сплошные балки с болтовыми соединениями проката состоят
из вертикального листа четырех поясных уголков и горизонталь-
ных поясных листов (рис. 12.8, а). Сечение поясных уголков, не-
обходимых для связи горизонтальных листов с вертикальной стен-
кой, принимают по расчету, сохраняя обычно по всей длине балки
один и тот же калибр. Наименьший допустимый размер поясных
уголков 100+100X10 мм. Необходимые изменения момента инер-
ции балки по ее длине обеспечивают за счет различного числа
горизонтальных листов в ее сечении. В мостах больших пролетов
число горизонтальных листов может достигать четырех-пяти и бо-
лее. Толщину горизонтальных листов принимают не более 20 мм.
При клепаных соединениях общая толщина пакета горизонтальных
листов определяется предельной толщиной склепывания, равной
4,5 d, а при применении ударно-пневматической поддержки или
скобы 5,5d, где d — диаметр заклепки. Ширина горизонтальных
листов должна быть не менее (2Ь+6+2х5), где Ь — ширина го-
ризонтальной полки поясных уголков; 6 — толщина стенки, а
5 мм — это минимальный свес листов. В железнодорожных мостах
с ездой на поперечинах наименьшая ширина горизонтальных лис-
тов 240 мм.
Наибольшая ширина горизонтальных листов определяется раз-
мером их свободного свеса (по отношению к ближайшей риске
болтов нли заклепок, прикрепляющих горизонтальные листы к
уголку).
В железнодорожных мостах при укладке мостовых брусьев на
верхние пояса балок один из горизонтальных листов верхнего поя-
са необходимо довести до концов балки.
271
Стык вертикальной стенки, состоящей по высоте из двух или
нескольких листов, перекрывают двусторонними продольными на-
кладками (рис. 12.8, б).
Для обеспечения устойчивости вертикальной стенки ее укреп-
ляют уголками жесткости, как правило, обжимающими стенку с
двух сторон. Вертикальные уголки жесткости обычно наводят на
поясные уголки балки, а на остальном протяжении вертикального
листа под них ставят полосовую прокладку (см. рис. 12.8, б, в).
В местах, где балке передаются значительные сосредоточенные
усилия, торцы уголков жесткости плотно пригоняют к горизон-
тальным полкам уголков.
В случае постановки горизонтальных уголков жесткости их
прерывают в местах пересечения с вертикальными.
В современных автодорожных и городских мостах находят все
большее применение сварные коробчатые пролетные
строения. Вертикальные или наклонные стенки коробок ук-
репляют поперечными и продольными ребрами жесткости против
потери местной устойчивости. Ребра жесткости изготавливают из
полосовой стали, уголков, тавров или элементов замкнутого сече-
ния. Верхний лист, который служит настилом проезжей части и
несет большие сосредоточенные нагрузки от колес автомобилей,
требует наибольшего усиления ребрами. В современных мостах эти
ребра часто делают замкнутого сечения (рис. 12.9, а). Продольные
ребра стенки и нижнего листа могут быть из полосовой (рис. 12.9,
в) или уголковой (рис. 12.9, б) стали.
В конструкции сплошных балок предусматривают устройство
заводских и монтажных стыков. Листовая и уголковая
сталь, прокатываемая заводами, имеет ограниченную длину и поэ-
тому в длинных балках приходится устраивать стыки элементов.
Для вертикальной стенки высоких балок требуются широкие лис-
ты длиной до 8—10 м. Уголки и поясные листы могут иметь длину
до 16 19 м, поэтому в стенке будут стыки чаще, чем в горизон-
тальных листах и поясных уголках.
Рис. 12.9. Поперечное ссчоннс коробчатой балки:
— ортотропный пастил проезжей части; 2 — вырез в поперечном ребре
272
г) д)
Рис. 12.10. Стыки двутавровых балок:
1 сварной шов встык; 2 - двусторонний сварной
шов; 3 односторонний сварной шов с полваркой
корня; 4 — утол 1ЦСННп1Й конец (компенсатор) гори-
зонтального листа; 5 — основная стыковая наклад-
ке вертикального листа; 5 — дополнительная верти-
кальная накладка; 7 — стыковая накладка поясно-
го уголка; 8 — конструктивная прокладка между
уголковой накладкой н поясным листом; 9 — сты-
ковая накладка второго горизонтального листа;
10 то же первого
Для доставки балок с завода на место строительства их раз-
деляют на части, имеющие длину и массу, соответствующие имею-
щимся транспортным средствам и монтажным механизмам.
Стыки, выполняемые на заводе и соединяющие элементы в пре-
делах одного такого монтажного блока, называют заводскими, а
стыки, соединяющие блоки (на строительной площадке), — мон-
тажными. В монтажных стыках перекрывают (соединяют) все
элементы сечения балки, в то время как в заводских может быть
перекрыта только часть элементов, составляющих сечение (на-
пример, одна только вертикальная стенка). Конструкция монтаж-
ных стыков должна обеспечивать прочность соединения, а также
быть удобной для сборки и сболчивания (склепывания, сварки)
при монтаже. Заводские стыки сварных балок делают сварными.
Так как швы, выполненные автоматической, полуавтоматической
и ручной сваркой с применением электродов, имеют прочность,
не уступающую прочности металла свариваемых элементов, то
соединения могут быть сделаны сваркой встык (рис. 12.10, а).
Сварку (рис. 12.10, в) желательно делать двусторонней или одно-
сторонней при условии полного провара корня шва. Монтажные
стыки сварных балок делают болтовыми. Это вызывается тем, что
в монтажных условиях трудно обеспечивать хорошее качество
сварки, особенно при неблагоприятных условиях (мороз, дождь,
ветер). Сварные монтажные стыки поэтому применяют относитель-
но редко.
273
Монтажный стык перекрывают листовыми накладками. Верти-
кальную стенку всегда перекрывают двусторонними накладками,
горизонтальные листы — односторонними (рис. 12.10, б), а при
большой толщине — двусторонними накладками.
Чтобы избежать ослабления сечения сварных балок отверстия-
ми для болтов или заклепок, применяют специальные компенсато-
ры. Принцип устройства компенсаторов заключается в создании
утолщений на концах соединяемых элементов в местах ослабления
их отверстиями. Утолщение обеспечивают наваркой на концы эле-
ментов дополнительных листов или приваркой утолщенных кусков.
Стык сварной балки, в котором горизонтальные поясные листы
имеют приваренные утолщенные концевые участки, возмещающие
ослабление отверстиями сечения горизонтальных и вертикальных
листов, приведен на рис. 12.10, б.
В балках с болтовыми соединениями элементов заводские
стыки необходимы в вертикальной стенке. Стык вертикальной
стенки перекрывают двумя накладками по высоте между поясными
уголками (рис. 12.10, г) или лучше с дополнительными накладка-
ми, установленными поверх уголков и краев основных накладок
(рис. 12.10, д).
Второй тип стыка обеспечивает более полное перекрытие сты-
ка вертикальной стенки.
В монтажном стыке, где стыкуются все элементы сечения бал-
ки, следует применять конструкцию, в которой каждый элемент
перекрыт полностью и непосредственно без передачи
усилия стыковой накладки через промежуточный элемент. В таких
универсальных стыках (рис. 12.10, е) вертикальный лист
перекрыт двумя накладками на всю его высоту. При этом толщина
накладок равна толщине поясных уголков. Прерванные при встре-
че с этими накладками поясные уголки перекрывают уголковыми
накладками, переходящими через накладки вертикальной стенки.
Щели между горизонтальными полками уголковых накладок и по-
ясным листом заполняют прокладками.
Стыки горизонтальных листов для удобства сборки делают по
схеме раздвинутого ступенчатого стыка, в котором первый горизон-
тальный лист непосредственно перекрыт накладкой. Второй лист,
прерванный при встрече с этой накладкой, перекрыт своей нак-
ладкой, проходящей над накладкой первого листа (см. рис.
12.10, е).
12.3. Конструкция сталежелезобетонных пролетных строений
В пролетных строениях объединенной (сталежелезобетонной)
конструкции железобетонная плита воспринимает сжимающие на-
пряжения, а металлические балки работают на изгиб (рис. 12.11,
о)-
274
Рис. 12.11. Элементы объединения железобетонной плиты с металлическими
балками:
/ железобетонная плита; 2 — металлическая балка; 3 — уголковый коротыш; 4 — реб-
ро жесткости; 5 — сварка сопротивлением; 6 — монтажный шов; 7 — закладная часть;
8 — жесткий упор; 9 — высокопрочный болт; 10 — цементная подливка или слой эпоксид-
ного клея
Так как железобетонная плита сильно разгружает верхние по-
яса металлических балок, сечение их обычно делают значительно
меньшим, чем нижних поясов. Железобетонную плиту устраивают
сборной или монолитной. В нашей стране применяют конструкции
преимущественно со сборной плитой (рис. 12.12, о), а за рубежом
распространены с монолитной плитой (рис. 12.12, б, в).
Плиту включают в совместную работу с главными балками или
также и с продольными с балками проезжей части (см. рис. 12.12,
275
Рис. 12.12. Поперечные сечения про-
летных строений объединенной конст-
рукции:
/ — главная балка; 2 продольная
балка проезжей части; 3 — поперечной
5 — окно в железобетонной плите; 6 —
паз в железобетонной плите; 7 — короб-
чатая главная балка; 8 — монолитная
а). Для связи между железо-
бетонной плитой и металли-
ческими балками устраивают
соединительные элементы —
жесткие металлические упоры,
гибкие арматурные выпуски,
металлические закладные час-
ти, высокопрочные болты .
Жесткие металли-
ческие упоры приварива-
ют к верхнему поясу балки
так, что они входят в бетон
плиты и препятствуют ее сдви-
гу по балке. Жесткие упоры
делают из уголков (рис.
12.11,6), укрепляя в необхо-
димых случаях их вертикаль-
ную стенку ребрами жесткос-
ти (рис. 12.11,г). Чтобы луч-
ше передавать сосредоточен-
ные усилия, упор полезно не-
сколько повышать, располагая
его в толще бетона плиты
(рис. 12.11,в); упоры в этом
случае сваривают из листовой
стали. При сборной конструк-
ции железобетонной плиты в
ее блоках делают окна или
пазы, размещенные так, чтобы в них входили жесткие упоры ба-
лок (см. рис. 12.11,а). Заполняя эти окна бетоном, достигают
объединения плиты с балками.
Гибкие арматурные выпуски делают из арматурных
стержней обычно в виде петель (рис. 12.11, е), входящих в бетон
плиты. Приваривать арматурные выпуски к поясу балки на заводе
нежелательно, так как при перевозке их легко повредить. Неу-
добно и трудоемко приваривать их на монтаже, поэтому лучше
приваривать арматурные выпуски к специальным листам (см.
рис. 12.11, е). Такие монтажные элементы надо приваривать или
прикреплять болтами к балке на месте сборки конструкции. За
рубежом довольно распространено объединение плиты с метал-
лическими балками при помощи стальных стержней с головками
(рис. 12.11, д). Эти стержни приваривают на месте монтажа к верх-
нему поясу балки сваркой сопротивления с помощью ручных ап-
паратов.
Металлические закладные части применяют для ус-
корения объединения сборной железобетонной плиты с металли-
276
ческими балками. В этом случае на краях блоков плиты ставят
надежно связанные с арматурой металлические листы так, чтобы
после укладки блоков на балки их можно было удобно приварить
к верхним поясам балок (рис. 12.11, ж). Верхнюю арматуру сосед-
них блоков плиты обычно соединяют сваркой или петлевыми сты-
ками.
Для объединения железобетонных плит с металлическими бал-
ками в настоящее время получили распространение высокопро-
чные болты. Болты ставят в отверстия, сделанные в плите и
поясных листах металлических балок (рис. 12.11, з), и натягивают,
чтобы созданная ими связь сохранилась после окончания дефор-
мации усадки и ползучести бетона плиты.
Железобетонная плита работает совместно с металлическими
балками только на нагрузки действующие после объединения.
Чтобы включить плиту в работу и на собственный вес главных ба-
лок, в объединенных конструкциях применяют искусственное регу-
лирование усилий.
12.4. Конструкция пролетных строений со сквозными балочными
фермами
Для небольших пролетов изготовление и сборка металлических
сквозных ферм сложнее и дороже, чем сплошных, поэтому пролет-
ные строения со сквозными фермами экономически целесообразны
для пролетов больше 60 80 м преимущественно в мостах с ездой
понизу. Для железнодорожных мостов такие пролетные строения
применяют и для меньших пролетов(33 55 м) в тех случаях,
когда их малая строительная высота требуется по условиям про-
филя железнодорожной линии во избежание дополнительных
объемов земляных работ на подходах.
Пролетные строения со сквозными фермами применяют в
большинстве случаев балочно-разрезной или балочно-неразрезной
системы, реже консольные.
Сочетания элементов сквозных ферм должны обеспечивать
Геометрически неизменяемые системы (в предположении шарнир-
ности узлов). Эти сочетания весьма разнообразны и отличаются
взаимным положением поясов и типом решетки. Главные фермы
мостов с ездой поверху и разрезными пролетными строениями
обычно принимают с параллельными поясами и треугольной ре-
шеткой (рис. 12.13. о).
В балочно-разрезных пролетных строениях с ездой по-
низу главные фермы железнодорожных мостов для пролетов 33—
158 м и автодорожных для пролетов 60—100 м принимают с па-
раллельными поясами и треугольной решеткой. Треугольная ре-
шетка может иметь дополнительные стойки и подвески (рис. 12.13,
277
а) г]
Рис. 12.13. Схемы металлических балочных ферм:
I — жесткий ннжннй пояс; 2 — поперечная балка проезжей части; 3 — давления, переда-
ваемые поперечными балками гл
б), из которых примыкающие к верхнему поясу стойки служат для
уменьшения свободной длины сжатого пояса, а примыкающие к
нижнему поясу подвески — для уменьшения длины панели проез-
жей части. Фермы с треугольной решеткой могут быть без стоек
и подвесок (рис. 12.13, в), что упрощает конструкцию узлов, но
увеличивает вдвое длину панели (при тех же высоте ферм и угле
наклона раскосов). При больших пролетах для уменьшения дли-
ны панели без изменения угла наклона раскосов применяют ре-
шетки со шпренгелями (рис. 12.13, г). Шпренгели обычно ставят
внизу, а их подвески продолжают в виде стоек до верхнего пояса,
27Я
с тем чтобы уменьшить его свободную длину. Для уменьшения сво-
бодной длины стоек и подвесок полезно ставить горизонтальные
стяжки.
В разрезных пролетных строениях длиной больше 80—100 м
для автодорожных мостов часто увеличивают высоту главных
ферм в середине пролета, применяя полигональное очертание верх-
него пояса (рис. 12.13, д).
Высоту разрезных ферм железнодорожных мостов принимают
обычно равной '/«—'/io пролета, а автодорожных - 7б—712 про-
лета.
Балочно-неразрезные пролетные строения устраивают
преимущественно двух- или трехпролетными. Большее количество
пролетов применяют редко из-за больших температурных переме-
щений концов ферм. Неразрезные фермы железнодорожных мостов
можно сделать с параллельными поясами (рис. 12.13, е), а если
необходимо увеличить высоту ферм над промежуточными опорами,
это осуществляют путем повышения верхних надопорных узлов
(рис. 12.13, ж) или понижения нижних опорных узлов. Высоту Л
неразрезных ферм в середине пролета обычно принимают 7в—712
пролета, а высоту hi над промежуточными опорами равной (1,24-
4-1,5)Л.
Нагрузку на сквозные фермы железнодорожных мостов пере-
дают в их узлах. При этом все элементы фермы работают на про-
дольные усилия. Конструкция проезжей части состоит из попереч-
ных балок, опирающихся в узлах главных ферм, и продольных ба-
лок, поддерживаемых поперечными. При этом панель проезжей
части оказывается равной панели главных ферм.
Для автодорожных мостов наивыгоднейшая длина продольных
балок проезжей части обычно значительно меньше панели главных
ферм. Если расположить поперечные балки проезжей части с наи-
выгоднейшим для нее шагом d0 (рис. 12.13, и), то опорные давле-
ния поперечных балок, попадая в пределы панелей главных ферм,
вызовут поперечный изгиб пояса, что приведет к необходимости
значительного увеличения его сечения в вертикальной плоскости
(рис. 12.13, з, к).
В фермах с жестким (работающим на поперечный изгиб) поя-
сом можно применять как в главных фермах, так и в конструкции
проезжей части наивыгоднейшие размеры панелей. Кроме того,
жесткий нижний пояс облегчает условия продольной надвижки
пролетного строения при строительстве моста.
Сквозные металлические фермы в недалеком прошлом были
целиком клепаными. В настоящее время их изготавливают, как
правило, из сварных элементов с монтажными стыковыми соеди-
нениями и прикреплениями на высокопрочных болтах. Применение
сварки для монтажных соединений в сквозных фермах сильно за-
труднено из-за сложности прикреплений элементов в узлах и со-
279
Рис. 12.14. Сечения элементов сквозных ферм:
/ соединительные элементы; 2 — крупнокалиберный уголок; 3 — плоскость вертикаль-
пой стенки поясов; 4 — отверстие (перфорации) в листе; 5 — двухдуговой сварочный
автомат; С — кондуктор; 7 - - сварной шов; в — перфорированный лист
пряжений, делающей практически невозможной сварку автомата-
ми и обеспечение высокого качества швов.
Поперечные сечения элементов ферм применяют разнооб-
разные в зависимости от типа заводских соединений, назначения
элемента и ряда других соображений.
С существующих на сети дорог металлических мостах с полно-
стью клепаной конструкцией соединений элементы состоят в ос-
новном из листов и уголков. Раньше в мостах применяли пояса ко-
робчатого (рис. 12.14,0), двойного швеллерного (рис. 12.14,6)
или Н-образного (рис. 12.14, д) сечения с использованием уголко-
вого металла крупных профилей (рис. 12.14, е). Элементы решет-
ки (раскосы и стойки) клепаных ферм имеют двутавровое (рис.
12.14, в), двухшвеллерное’ (рис. 12.14, г) Н-образное (рис.
12.14, з) или трубчатое (рис. 12.14, ж) сечение. Расстояние
между ветвями сечений элементов решетки всегда соответствует
ширине поясов между их вертикальными стенками. Это необходимо
для сопряжения поясов и решетки в узлах.
В современных металлических мостах элементы сквозных ферм
изготавливают преимущественно сварными. Наиболее распростра-
280
йены элементы коробчатого (рис. 12.14, и, л) и Н-образного (рис.
12.14, к) сечений, сваренные из листовой стали. Элементы Н-образ-
ного сечения, простые по конструкции и удобные для изготовления,
применяют в мостовых фермах как для поясов, так и для решет-
ки. Однако сечения в виде корыта, применяемые для горизонталь-
ных поясов фермы, легко засоряются и, несмотря на устройство
дренажных отверстий, в них застаивается вода, что способствует
интенсивному ржавлению металла. Исходя из этого применение
I I-образных сечений в поясах ферм в настоящее время ограничено
для железнодорожных мостов пролетами до 44 55 м. При боль-
ших пролетах для поясов, как правило, применяют коробчатые се-
чения, которые более сложны в изготовлении и монтаже, но нс
имеют указанных недостатков. Изготовление коробчатых элементов
значительно упростилось с применением двухдуговых автоматов,
приспособленных для одновременной сварки двух швов внутри
(рис. 12.14, л) или снаружи (рис. 12.14, н) коробчатого сечения.
Для возможности осмотра, очистки и окраски внутренних поверх-
ностей коробчатых элементов нижний их лист делают перфориро-
ванным, т. е. с овальными отверстиями (см. рис. 12.14, и, л).
Так как усилия в элементах поясов по длине ферм меняются,
то в панелях с большими усилиями сечения увеличивают за счет
добавления листов в вертикальных пакетах при клепаных сечениях
и путем утолщения листов в сварных элементах.
Гибкость элементов сквозных ферм, т. е. отношение их свобод-
ной длины к радиусу инерции сечения, нс должна превышать пре-
дельных значений (см. табл. 11.5). Это необходимо, чтобы элемен-
ты фермы не погнулись при перевозке и сборке, а также пе виб-
рировали при проходе по мосту временной нагрузки.
Элементы, состоящие из двух ветвей, не связанных между
собой сплошным листом, должны иметь соединительные элементы
для объединения ветвей в один жесткий стержень. Особое значе-
ние имеют соединительные элементы в сжатом стержне, где их
применяют в виде решеток (рис. 12.15, а) или планок
(рис. 12.15, б). В современных коробчатых сечениях соединитель-
ным элементом служит перфорированный лист (рис. 12.15, в), ко-
торый обеспечивает наиболее жесткое соединение. Соединительные
решетки тоже дают хорошую связь и их можно применять в сжа-
тых элементах. Кроме соединительных решеток, планок или пер-
форированных листов, ветви стержней связывают поперечными
диафрагмами (рис. 12.15, г, б), предохраняющими сечение от пе-
рекосов.
В стержнях Н-образного сечения не требуется постановка ни
соединительных элементов, ни диафрагм.
Узловые соединения сквозных ферм осуществляют с уче-
том ряда условий. Элементы, сходящиеся в узле, располагают
обычно так, чтобы их оси пересекались в одной точке, соответст-
281
ц-
3)
Рис. 12.15. Соединительные элементы для сиязи ветвей стержней ферм:
I — соединительная решетка; 2 — соединительная планка; 3 — перфорированный лист;
4 — поперечная диафрагма
вующей центру узла и геометрической схеме фермы. Элементы в
узле соединяют между собой с помощью листов фасонной формы
фасонками. Наиболее характерны для мостовых ферм два вида
конструкции узлов: фасонными накладками и фасонны-
ми приставками. В узловом соединении с фасонными на-
кладками (рис. 12.16, а) элементы, сходящиеся в узле, прикреп-
ляют к фасонному листу, наложенному на элементы пояса. Этот
лист используется не только для прикрепления раскосов и стоек,
но и для перекрытия стыка элементов пояса. В узловом соединении
с фасонными приставками (рис. 12.16, б) их прикрепляют к не-
прерывно проходящему поясу. Конструкция узлов мостовых ферм
должна отвечать требованиям удобства сборки фермы. Расположе-
ние монтажных стыков назначают с учетом конструкции сквозной
фермы и способа ее монтажа. В типовых пролетных строениях
стыки поясов совмещены с центром узла, что позволяет монтиро-
вать пролетные строения любым способом. При этом симметрич-
ная конструкция правой и левой половин фермы облегчает завод-
ское изготовление пролетных строений. Раскосы и стойки ферм
прикрепляют к узлам на месте сборки монтажными соединениями,
а элементы поясов соединяют с фасонками на заводе; этот эле-
мент пояса вместе с фасонками образует один монтажный элемент.
282
a)
.2W-10
Рис. 12.16. Узловые соединения сквозных ферм:
1 — фасонная накладка; 2 — фасонная приставка; 3 — тротуарная консоль; 4 — попереч-
ная балка
Конструкция узла на фасонных накладках нижнего пояса кле-
паного пролетного строения приведена на рис. 12.16, в. Элементы
фермы имеют клепаные Н-образные сечения. Пояса образованы
из уголков крупного сортамента. Все элементы, сходящиеся в уз-
ле, прикреплены к фасонкам внахлестку и передают свои уси-
лия через примыкающие к фасонкам полки уголков. Стык элемен-
тов пояса перекрыт фасонными накладками, а также дополнитель-
ными вертикальными накладками Hi, Н2 и Н5, установленными с
наружной и внутренней стороны каждой ветви пояса.
В фермах с жестким нижним поясом конструкция этого пояса
аналогична конструкции балок со сплошной стенкой. Его двутавро-
вое сечение обычно сварное. Для уменьшения размеров фасонной
приставки раскосы к жесткому поясу прикрепляют, как правило,
эксцентрично (рис. 12.16, г). Эксцентриситет прикрепления рас-
косов учитывают при расчете ферм. Фасонные приставки прикреп-
ляют к поясу сварными швами, болтами или заклепками (см. рис.
12.16, б). В месте примыкания раскосов пояс укрепляют ребрами
жесткости.
12.5. Связи металлических балочных пролетных строений
Для обеспечения пространственной неизменяемости балочного
металлического пролетного строения достаточно устроить про-
дольные связи поверху и понизу вдоль поясов главных балок
(ферм) и поперечные на обоих торцах пролетного строения (рис.
12.17, а).
В пролетных строениях, имеющих несколько главных балок
(ферм), их обычно соединяют продольными связями попарно (рис.
12.17, б), а чтобы улучшить восприятие ветровой нагрузки и рас-
пределение временной нагрузки между главными балками (ферма-
ми), устраивают еще промежуточные поперечные связи. В пролет-
ных строениях железнодорожных мостов верхние и нижние про-
дольные связи обязательны из-за значительных боковых ударов,
создаваемых проходящими поездами. В пролетных строениях авто-
дорожных мостов продольные связи можно сделать только в уров-
не одного из поясов, но тогда необходимы часто расположенные по-
перечные связи, способные закрепить в боковом направлении узлы
другого пояса, не имеющие продольных связей (см. рис. 12.17, б).
Если пролетное строение имеет железобетонную плиту проезжей
части, объединенную с главными балками, то верхних связей мож'но
не делать, если только они не требуются при монтаже конструк-
ции. В пролетных строениях с ездой понизу верхние продольные
связи закрепляют на концах в поперечном направлении порталь-
ными рамами, расположенными в плоскостях опорных раскосов
(рис. 12.17, в). Иногда применяют и открытые пролетные строения,
284
Рис. 12.17. Схемы расположения связей балочных пролетных строений:
/ — главная балка или ферма; 2 — верхние продольные связи: 3 — нижние продольные
связи; 4 — опорные поперечные связи; 5 — промежуточные поперечные связи; 6 — опор-
ная (портальная) рама; 7 - фасонка прикреплении элемента связи
Рис. 12.16. Крепление связей к главным балкам
в которых устойчивость верхнего пояса против бокового выпучи-
вания обеспечивается жесткостью элементов решетки главных
ферм.
Решетку продольных ферм связей делают крестовой (см. рис.
12.17, а), ромбической (см. верхние связи рис. 12.17, в) или
полураскосной (см. нижние связи рис. 12.17, в) системы. В пролет-
ных строениях с несколькими главными балками применяют также
связи с простой раскосной или треугольной (см. рис. 12.17, б)
решеткой.
Поперечные связи в мостах с ездой поверху чаще всего
делают крестовой, треугольной или раскосной системы.
Элементы связей (рис. 12.17, г, д) образуют из уголков или
швеллеров или делают двутаврового сечения. Длинные элементы
должны иметь достаточную высоту, чтобы от собственного веса в
пих не возникали большие напряжения.
В пролетных строениях с главными балками сплошного сече-
ния элементы продольных связей прикрепляют с помощью фасо-
нок к поясам балок или несколько смещают их по отношению к
уровню поясов (рис. 12.18). Это позволяет уменьшить размеры фа-
сонок и избежать наложения сварных швов на интенсивно напря-
женные поясные листы балок. Раскосы связей желательно цен-
трировать на ось пояса, чтобы не возникали дополнительные на-
пряжения от эксцентриситета.
В пролетных строениях со сквозными фермами связи располага-
ют в уровне оси или горизонтальных полок сечения поясов.
12.6. Опорные части металлических балочных пролетных строений
Опорные части служат для передачи усилий от металлических
пролетных строений и закрепления их на опорах. Опорные части
не должны препятствовать деформациям пролетных строений при
действии временной нагрузки и изменениях температуры. Это обе-
спечивается установкой пролетных строений не только на непод-
вижные опорные части, но и продольно подвижные, а при значи-
тельной ширине моста и на поперечно подвижные опорные. Так, в
балочном неразрезном пролетном строении одно из опираний
должно быть неподвижным (рис. 12.19, а). Соответствующее
опирание другой главной балки (фермы) должно иметь попереч-
ную подвижность. Все другие опирания первой главной балки
должны иметь продольную подвижность, а второй главной бал-
ки — подвижность в двух направлениях.
Опорные части с подвижностью в двух направлениях довольно
сложны. Поэтому для железнодорожных (однопутных и двухпут-
ных) пролетных строений, а также автодорожных пролетных стро-
ений шириной не более 15 м, в которых поперечные перемещения
286
Рис. 12.19. Схемы размещения и конструкции опорных частей балочных пролет-
ных строений:
неподвижная опорная часть; 2 — продольно подннжная опорная часть; 3 - попереч-
но подвижная опорная часть; 4 — опорная часть с подвижностью н двух направлениях:
5 -- противоугонный зуб; 6 — верхняя подушка; 7 — срезанный каток; 8 — нижняя
подушка; 9 - выступ для закрепления пнжнеП подушки па подферменной площадке:
10 — верхний балансир; // сектор; /2 - зуб против продольных смещений верхней по-
душки; 13 нижний балансир: /4 — ребро нижнего балансира; /5 — продольный гребень;
от изменений температуры невелики, применяют упрощенную
схему опирания, при которой на одной опоре пролетное строение
имеет неподвижное опирание обеих главных балок, а на других—
продольно подвижное (рис. 12.19, б). В широких автодорожных и
совмещенных мостах, имеющих несколько главных балок (рис.
12.19, в), средние балки одним концом опираются неподвижно, а
другим — продольно подвижно. Остальные балки для свободной
деформации пролетного строения в поперечном направлении
должны иметь поперечно подвижные опорные части на одних
концах и опорные части с подвижностью в обоих направлениях на
других.
287
В балочных пролетных строениях, перекрывающих небольшие
пролеты (до 25 м), неподвижные опорные части делают простей-
шего тангенциального типа (рис. 12.19, г) аналогично применяе-
мым в железобетонных мостах, а подвижные - катковыми или
секторными.
Однокатковые опорные части (рис. 12.19, д) одновременно
обеспечивают шарнирность и подвижность опирания. Они состоят
из верхней и нижней подушек, между которыми находится каток
нз стального литья или толстой листовой стали. Так как при боль-
ших опорных усилиях диаметр катка по расчету получается боль-
шим, то для экономии металла его изготавливают срезанным (см.
рис. 12.19, д). Чтобы при продольных перемещениях каток не прос-
кальзывал между подушками и не мог перекоситься или сместить-
ся в поперечном направлении, на торцах катка делают выступы,
имеющие форму зубьев и входящие в пазы верхних и нижних по-
душек. Эти устройства называют противоугонными (против сме-
щения - угона катка).
При больших опорных усилиях однокатковые опорные части по-
лучаются высокими. Меньшую высоту имеют секторные опорные
части (рис. 12.19, е). У них вместо катка дан сектор из литой ста-
ли, на который шарнирно опирается верхний балансир. По срав-
нению с катковыми опорными частями в секторных возникает
несколько большая сила трения вследствие тройня скольжения в
шарнире, а также вдвое большие перемещения сектора по нижней
подушке.
Опорные части мостов средних и больших пролетов делают
балансирными. Верхний и нижний балансиры, шарнирно соеди-
ненные между собой, имеют ребристую конструкцию из стального
литья. Нижний балансир неподвижной опорной части (рис. 12.19,
ж) устанавливают на подферменную площадку опоры. В подвиж-
ной опорной части нижний балансир лежит на стальных цилин-
дрических катках, число которых обычно делают четным для бо-
лее равномерной передачи им опорного усилия. Катки перемеща-
ются по стальной подушке, уложенной на подферменной пло-
щадке.
Чтобы уменьшить размеры катков, нижних балансиров и по-
душки, часто применяют срезанные катки (рис. 12.19, з). Для пра-
вильного перемещения (без перекосов и поперечных смещений) по-
середине катков делают заточку, двигающуюся по продольным
гребням, имеющимся у нижнего балансира и нижней подушки.
Катки связывают между собой в общую тележку. Крайние катки
снабжают противоугонными зубьями или планками, входящими
концами в пазы в боковых поверхностях нижнего балансира и по-
душки (см. рис. 12.19, з). Для предохранения от засорения катки
закрывают металлическим кожухом с открывающимися створками
для осмотра и чистки их.
288
Неподвижные и подвижные опорные части для одного пролет-
ного строения и однотипных смежных пролетных строений обычно
делают одинаковой высоты.
12.7. Общие сведения о мостах арочных, рамных, комбинированных
и висячих систем
По статической схеме металлические арки мостов могут быть
бесшарн ирные, двух шарнирные и трехшарнирные.
Чаше всего применяют двухшарнирные арки (рис. 12.20, а). Они
имеют достаточную жесткость и мало реагируют на изменения
температуры. Трехшарнирные арки (рис. 12.20, б) применяют в
случаях, когда возможны просадки опор. Бесшарнирные арки, ис-
пытывающие большие дополнительные напряжения от изменений
температуры, применяют редко.
При достаточной строительной высоте арочные мосты возводят
с ездой поверху (см. рис. 12.20, а, б). Если по местным условиям
это невозможно, то арки поднимают выше уровня проезжей части,
устраивая мост с пониженной ездой (рис. 12.20, е) или даже с
ездой понизу.
Арочные мосты с ездой понизу часто делают с затяжкой (рис.
12.20, г), воспринимающей распор арки.
Арки металлических мостов могут быть сплошного сечения или
сквозными в виде решетчатых ферм. Арки сплошного сечения (см.
рис. 12.20, а, б, г, д) простые по конструкции и удобные для сборки,
чаще всего применяют в автодорожных и городских мостах при
Рис. 12.20. Основные системы метал-
лических арочных мостов:
I — арка; 2 — надарочные стойки; 3 —
конструкция проезжей части; 4 — под-
вески; 5 — затяжка; 6 — поперечные бал-
ки; 7 — связи в уровне проезжей части
(верхние связи); 8 — продольная балка;
9 — связи вдоль арок (нижние связи)
289
Рмс. 12.21. Конструктивные элементы металлических арочных мостов:
I — поперечная диафрагма; 2 — продольная диафрагма; 3 — лаз для прохода внутри
арки; 4 — арка; 5 — надарочиая стойка; 6 шаровой шарнир в опирании стойки иа
арку; 7 — клин для регулирования положении шарнира вдоль осн арин; в — клип для
регулировании положении шарнира в поперечном направлении; 9 — стальная плита с вы-
ступами
пролетах до 150 -200 м, а решетчатые арочные формы (см. рис.
12.20, в) — при пролетах, превышающих 120 -150 м. Стрела
подъема арок составляет от */2 до */б—*/в пролета. В мостах с ез-
дой поверху обычно применяют подъем около */?—'/в, а при пони-
женной езде */б—*/б пролета. Арки сплошного сечения в большин-
стве случаев делают постоянной высоты по всей длине пролета или
с уменьшением высоты сечения к пятовым шарнирам (серповид-
ного очертания). Высоту h арок в замке назначают */so—*/во про-
лета.
Очертание оси арок может быть параболическим или круговым.
Круговое очертание дает возможность устройства арок из стан-
дартных элементов одинаковой длины с однотипными радиальны-
ми стыками (рис. 12.21, а). Сквозным арочным фермам тоже жела-
тельно давать круговое очертание постоянной высоты, чтобы иметь
возможно большее число одинаковых по длине элементов и одно-
типных узловых соединений.
Арочные мосты делают сварными или с соединениями на бол-
тах. Конструктивные особенности арок сплошного сечения дают
возможность эффективного применения сварки.
Сечение арок при пролетах до 40—50 м может быть двутавро-
вым (рис. 12.21, б), а при пролетах более 50—60 м — коробчатым
(рис. 12.21, в, г). Встречаются также мосты с арками кругового
290
сечения. Доступ в арки замкнутого сечения обеспечивается через
специальные отверстия — лазы.
Для пространственной неизменяемости и горизонтальной жест-
кости пролетных строений в них устраивают продольные связи
(рис. 12.20, д), вдоль арок (нижние связи) и в уровне проезжей
части (верхние связи). Железобетонная плита проезжей части мо-
жет заменять верхние связи. В пролетных строениях с пониженной
ездой продольные связи между арками прерывают в пределах
конструкции проезжей части и заменяют жесткими ветровыми ра-
мами.
В конструкции надарочпого строения основными могут быть
поперечные или продольные балки, непосредственно опирающиеся
на надарочные стойки. Крайние продольные балки обычно вводят
в состав верхних продольных связей в качестве так называемых
ветровых поясов. Надарочные стойки сопрягают с арками
и балками проезжей части жестко или шарнирно. Жесткое соп-
ряжение (см. рис. 12.21, 5) проще по конструкции. Однако дефор-
мации пролетного строения вызывают изгиб стоек и дополнитель-
ные напряжения в них. Устройство шарниров на концах падароч-
ных стоек (рис. 12.21, е) устраняет эти напряжения.
Пятовые участки арок усиливают для лучшей передачи давле-
ния шарнирами.
При сборке арок бывает необходимо регулировать положение
опорных шарниров как вдоль оси арки, так и в поперечном направ-
лении при помощи специальных клиньев (рис. 12.21, ж).
В современных автодорожных мостах для перекрытия проле-
тов 80 150 м находят применение комбинированные сис-
темы металлических пролетных строений, представляющие собой
сочетание балки, усиленной полигональным поясом, аркой или до-
полнительными стержнями.
Одна из наиболее распространенных комбинированных сис-
тем — жесткая балка, усиленная полигональным верхним поясом
(рис. 12.22, а). Эта система, называемая гибкой аркой с жест-
Рис. 12.22. Схемы мостов комбинированных и рамных систем:
1 — жесткая балка; 2 -- верхний полигональный пояс (гибкая арка); 3 — дополнительный
(подпружный) нижний пояс; 4 — металлическая стойка; 5 — металлический подкос;
10*
291
кой затяжкой, не дает экономии по сравнению с решетчатыми
фермами, но она имеет архитектурные преимущества, так как над
проезжей частью выступают только довольно тонкие верхние поя-
са и подвески. Полную высоту Н главных ферм этой системы при-
нимают ’/e.sH-1,9) Z, а высоту Л балки жесткости — (’/зс^-’/бо)/- До-
полнительный пояс может быть установлен и под разрезной или
неразрезной (рис. 12.22, б) балкой.
Представляет интерес система, состоящая из консольной или
неразрезной балки, имеющей промежуточные опоры в виде метал-
лических стоек и подкосов. Эта система получила название балоч-
но-рамной (рис. 12.22, в).
Особенность таких комбинированных систем состоит в том, что
их балкам могут быть искусственно приданы начальные усилия
(изгибающие моменты), обратные тем, которые в дальнейшем воз-
никают под действием расчетных нагрузок. Это дает возможность
доводить высоту балок до ’/so—’/во пролета и обеспечивает некото-
рую экономию металла.
Встречаются также металлические пролетные строения рамных
систем с вертикальными или наклонными (рис. 12.22, г) опорами-
ногами. Их применяют главным образом для путепроводов.
Сложные в изготовлении и при монтаже металлические рамные
мосты редко применяются в отечественном мостостроении.
В висячих и вантовых металлических мостах главными
несущими элементами служат кабели или ванты, работающие па
растяжение.
Кабели изготавливают из крученых проволочных канатов, а
при особо больших пролетах — из мощного пучка параллельных
проволок. Кабель, имеющий в пролете (по фасаду моста) криво-
линейное очертание, проходит над вершинами пилонов и закреп-
ляется концами в устоях. К кабелю с помощью подвесок подвеши-
вают балки жесткости с конструкцией проезжей части мости. В
вантовых мостах балки жесткости поддерживаются прямолиней-
ными наклонными оттяжками, закрепленными на пилонах. Эти
наклонные элементы из стальных крученых проволочных канатов
или параллельных высокопрочных проволок называют вантами.
Бывают также мосты с вантовыми фермами, образованными
из прямолинейных отрезков стальных канатов, соединенных между
собой в узлах. Схема и геометрические размеры вантовой фермы
должны быть выбраны так, чтобы при любых воздействиях рас-
четных нагрузок все ее элементы работали только на растяжение.
Крученые канаты для кабелей и вантов висячих мостов делают
из стальной холоднотянутой оцинкованной проволоки с пределом
прочности 1500—1800 МПа. Благодаря высокой прочности сталь-
ных проволочных канатов вес висячих мостов получается наимень-
шим, что дает возможность перекрывать ими очень большие про-
леты. Пролеты мостов с вантами достигают 300 м и более.
292
Рис. 12.23. Схемы висячих мостов с кабелем:
! — кабель: 2 — деформированное состояние кабели при загрузке левого полупролета;
3 — балка жесткости; 4 — деформированное состояние балкн жесткости при загрузке
полупролета; 5 — вертикальная подвеска; в — пилон; 7 — оттяжка; в — анкерное закреп-
ление оттяжки; 9 — наклонные подвески
В висячих мостах с кабелем стрелу его f принимают от
Чз до ’/ю пролета. Наивыгоднейший размер стрелы обычно состав-
ляет около ’/8--'/9 пролета.
При различных положениях временной нагрузки кабель меня-
ет свое геометрическое очертание. Например, при загружении вре-
менной нагрузкой левой половины пролета (рис. 12.23, а) кабель
сильно провисает в этом полупролете за счет правого. В резуль-
тате пролетное строение значительно прогибается в загруженной
половине пролета вниз и в незагруженной вверх, образуя двух-
волновую (S-образную) форму линии прогиба моста. Чтобы умень-
шить большие прогибы, вызываемые деформациями кабеля, ус-
траивают балки (или фермы) жесткости (см. рис. 12,23, а). Чем
больше высота балки жесткости, тем меньше прогибы висячего
моста под временной нагрузкой. В современных висячих мостах
высоту балки жесткости принимают от */50 до ’/то пролета, а при
перекрытии очень больших пролетов — '/eo'/iao- Известны и дру-
гие способы увеличения жесткости висячих мостов, например,
прикрепление кабеля в середине пролета к балке жесткости или
293
устройство наклонных подвесок, превращающих систему в свое-
образную ферму (рис. 12.23, в).
Висячие мосты в зависимости от способа закрепления концов
кабеля разделяют на распорные и безраспорные. В распорных
мостах усилия оттяжек (рис. 12.23, а) и концов кабеля (см. рис.
12.23,в) передаются на грунт или на массивные устои. В безрас-
п о р н ы х мостах, называемых также висячими мостами с воспри-
нятым распором, горизонтальные слагающие Н усилия в оттяжках
и в концевых частях кабеля (рис. 12.23, б) передаются балке жест-
кости и только вертикальные слагающие требуют закрепления в
устоях. Из-за передачи распора на балки жесткости возрастает
затрата на них металла, но зато устои имеют меньший объем, чем
в распорных мостах. Поэтому безраспорные висячие мосты при-
меняют для сравнительно небольших пролетов не более 200
300 м в случае, когда из-за плохих грунтов желательно освободить
устои от передачи на них распора.
В висячих мостах па кабель передают всю постоянную нагруз-
ку пролетного строения, включая вес балок жесткости с конструк-
цией проезжей части. Для этого применяют специальные способы
монтажа и конструктивные меры.
Используемые для кабелей стальные проволочные канаты обыч-
но имеют крестовую свивку, при которой проволоки в поядях н
сами пряди навиты в противоположные стороны (рис. 12.24, о).
Толщина проволок в канатах составляет 3—5 мм. Против ржав-
ления проволоки покрывают оцинковкой и, кроме того, заполняют
промежутки между проволоками, прядями и канатами (в кабеле)
антикоррозийной смазкой. Применяют также плотные или зак-
рытые канаты, в которых наружные слои имеют проволоки
фасонного сечения (рис. 12.24, б), предохраняющие внутренние
проволоки от проникновения к ним влаги.
Кабели образуют из нескольких рядов канатов, стянутых сталь-
ными хомутами (рис. 12.24, в), к которым прикрепляют подвески
из стальных тяжей или крученых проволочных канатов. В мостах
особо больших пролетов кабель часто делают из большого числа
параллельных проволок. Кабель изготавливают на месте, постепен-
но навешивая последовательные нити проволоки с помощью дви-
жущихся вдоль кабеля прядильных колес. Такой способ называют
прядением кабеля. Навешенные проволоки обжимают, обматы-
вая мягкой проволокой, и обычно покрывают еще защитной обо-
лочкой.
Пилоны современных висячих мостов возводят металлическими
или железобетонными. Пилоны представляют собой мощные стой--
ки, шарнирно опертые или защемленные нижним концом на опо-
рах. Пилоны, шарнирно опертые нижним концом, принято назы-
вать качающимися. Кабель проходит над вершинами пилонов и
опирается на них с помощью стальных литых подушек.
294
В поперечном направлении стойки пилонов связывают между
собой распорками (рис. 12.24, г), а при большой высоте — сис-
темой поперечных элементов. Иногда стойкам пилона придают
наклон в поперечном направлении (рис. 12.24, д). В некоторых
случаях находят применение пилоны в виде отдельно стоящих
стоек.
Концы кабелей или оттяжек закрепляют в массивных бетонных
или железобетонных условиях: при прочном скальном грунте воз-
можно непосредственное закрепление в нем концов кабелей. Сталь-
ные канаты, составляющие кабель, обычно разводят веерообразно
и закрепляют каждый с помощью анкерных стаканов (рис. 12.24,
е). Для этого конец каждого каната заводят в полость анкерного
стакана и заливают расплавленным цинковым, алюминиевым или
другим сплавом. В безраспорных висячих мостах кабель закреп-
ляют на конце балки жесткости (рис. 12.24, ж) или обводят через
торец балки и закрепляют в кладке устоя.
Балки жесткости висячих мостов могут быть в виде балок со
сплошной стенкой, решетчатых ферм и коробчатой конструкции.
В зависимости от схемы висячего моста балки жесткости могут
быть разрезными (рис. 12.23, а) и неразрезными (см. рис. 12.23,
б, в). Балки располагают в плоскостях кабелей (рис. 12.24, з) или
принимают другое их расположение исходя из конструктивных со-
ображений. Подвески прикрепляют непосредственно к балкам
жесткости, к поперечным балкам проезжей части и их консолям.
Между балками жесткости устанавливают ветровые связи. В но-
вейших мостах балку жесткости устраивают в виде единой короб-
чатой конструкции с обтекаемым очертанием для уменьшения воз-
действия ветра (рис. 12.24, и).
В последние годы получили широкое распространение ванто-
вые мосты. Эти мосты с балкой жесткости, поддерживаемой
системой наклонных вант, опирающихся на пилоны, являются раз-
новидностью висячих мостов.
В вантовых мостах балку жесткости изготавливают неразрез-
ной, а ванты располагают симметрично по обе стороны пилонов.
Крайние ванты в береговых пролетах закрепляют нижними конца-
ми над опорами с тем, чтобы вертикальные слагающие усилий
этих вант передавались непосредственно опорам. Горизонтальные
слагающие усилий всех вант передаются балке жесткости.
Ванты могут быть закреплены на пилонах различно. Если они
веерообразно спускаются от вершины пилона к балке жесткости
(рис. 12.25, а), то система будет радиальной. Если ванты оперты
па пилоны в нескольких точках по их высоте и располагаются па-
раллельно друг другу, то систему называют «арфа» (рис. 12.25,
б). Мост с вантами может иметь только один пилон (рис. 12.25, в).
В поперечном сечении моста обычно устраивают две плоскости
вант и пилонов (см. рис. 12.25, а). На дорогах с разделительной
296
Рис. 12.25. Схемы вантовых мостов:
/ — балка жесткости; 2 — пилон; 3 — ванты; 4 — неподвижная опорная часть; 5 —
инрно подвижная опорная часть
полосой могут быть применены одностоечные пилоны, установлен-
ные по продольной оси моста. В этом случае ванты располагают
тоже в осевой плоскости (см. рис. 12.25, б) или направляют их от
вершин пилонов наклонно к краям моста (см. рис. 12.25, в).
Соотношение пролетов в трехпролетных вантовых мостах обыч-
но составляет 1 :2,5: 1, а в двухпролетных — I : 1.5, 1:2. Высоту
балки жесткости принимают от '/во до ‘/во. а возвышение пилонов
над балкой жесткости — от '/б до '/з от большего из перекрывае-
мых пролетов.
Преимущество мостов с балкой жесткости и вантами — боль-
шая их жесткость по сравнению с кабельными мостами.
В вантовых мостах с балкой жесткости ванты делают из круче-
ных проволочных канатов тех же видов, которые применяют для
кабелей. Каждый вант образуют из пучка канатов, закрепленных
нижними концами с помощью анкерных стаканов к балкам жест-
кости. На пилонах ванты обычно проходят непрерывно, и переда-
ют на них свои усилия с помощью опорных частей.
При опирании па пилон нескольких вант на разной высоте
(система «арфа») один из них, обычно верхний, закрепляют не-
подвижно, обводя его по седловидной подушке. Остальные ванты
опирают с помощью продольно подвижных опорных частей или
шарнирно поворачивающегося балансира (см. рис. 12.24, г).
Вопросы для самопроверки по гл. 12
I. Каковы назначение и конструкция мостового полотна железнодорожных
мостов?
2. Какие существуют виды конструкции мостового полотна железнодорожных
металлических пролетных строений?
297
3. Какие виды дорожной одежды применяют для металлических автодорож-
ных пролетных строений?
4. Из каких основных частей состоят балочные пролетные строения со
сплошной стенкой?
5. Каковы особенности конструкции объединенных балок?
6. Из каких основных частей состоят пролетные строения со сквозными
фермами?
7. Какие сечения применяют для элементов сквозных ферм?
8. Для чего устраивают продольные и поперечные связи между фермами и
какие сечения для них характерны?
9. Какие виды опорных частей применяют для стальных пролетных строе-
ний?
10. Какие существуют статические схемы металлических арочных мостов?
11. Какие наиболее распространенные комбинированные схемы мостов?
12. Каковы виды и особенности конструкции висячих мостов?
Глава 13
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
13.1. Общие сведения
Элементы конструкций металлических мостов рассчитывают по
первому и второму предельным состояниям. При расчете по пер-
вому предельному состоянию определяют несущую способность
элементов по прочности, выносливости, общей и местной устойчи-
вости. Расчет по выносливости обязателен не только для железно-
дорожных мостов, но и для автодорожных и городских. Расчет-
ные нагрузки принимают такими же, как и для железобетонных
мостов (см. гл. 2).
При расчете стальных конструкций и их соединений учитыва-
ют: коэффициент надежности по назначению уп, принимаемый
равным 1,0; коэффициент надежности уи=1,3 для элементов
конструкций, рассчитываемых на прочность с использованием
расчетных сопротивлений (см. табл. 11.1 и 11.2); коэффициент
надежности по материалу ут (см. табл. 11.3); коэффициенты
условий работы т, принимаемые по табл. 13.1.
Динамический коэффициент для временной вертикальной на-
грузки принимают при расчете элементов;
железнодорожных мостов 1 + р = 1 +
но не меньше
1,2 на прочность и не меньше' 1,1 на выносливость;
автодорожных и городских мостов 1 + ц = 1 + 37 ГС .
Значения динамических коэффициентов по этим формулам
определяют для элементов металлических пролетных строений
всех систем и элементов, объединенных с железобетонной плитой,
за исключением пилонов и главных ферм висячих мостов. Вели-
298
Таблица 13.1
Элементы конструкции нли их соединения
В пролетных строениях железнодорожных и пешеходных
мостов при их работе на эксплуатационные нагрузки
В пролетных строениях и опорах железнодорожных и пеше-
ходных мостов при расчете на нагрузки, возникающие при
изготовлении, транспортировании и монтаже
В пролетных строениях и опорах автодорожных и городских
мостов при расчете на эксплуатационные нагрузки, а также
нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировании
и монтаже
Канаты гибких несущих элементов в вантовых и висячих
мостах
Канаты напрягаемых элементов предварительно напряженных
конструкций
Растянутые и сжатые элементы из одиночных профилей,
прикрепляемых одной полкой (или стенкой):
неравнополочный уголок, прикрепленный меньшей полкой
то же, прикрепленный большей полкой
равнополочный уголок
прокатный или составной швеллер, прикрепленный стен-
кой, или тавр, прикрепленный полкой
Элементы и их сварные соединения в пролетных строениях
и опорах северного Б исполнения
Коэффициент
условии работы
0,9
1.0
1.0
0,8
0.9
0.7
0,8
0,75
0,9
0,85
Примечание. Коэффициенты условий работы, указанные в пп. 1 и 4—7, приме-
няются одновременно.
чину X принимают для основных элементов равной длине пролета
или длине загружена я линии влияния, если опа больше пролета
(в неразрезных и консольных мостах), а для элементов проезжей
части и элементов, работающих на местную нагрузку, — равной
длине загружения линии влияния, соответствующей этим элемен-
там. Горизонтальные нагрузки принимают без динамического
коэффициента.
13.2. Расчет элементов на растяжение, сжатие и изгиб
Центрально растянутые или сжатые металлические элементы
рассчитывают по формулам:
на прочность N : А„ < Rytn- (13.1)
на выносливость N:A„ < VwmRy, (13.2)
где N —расчетное осевое усилие;
Ап—площадь сечения нетто, а прн расчетах на выносливость элементов с
фрикционными соединениями на высокопрочных болтах Лер — пло-
щадь сечения брутто;
Ry—расчетное сопротивление металла (см. табл. 11.1);
т —коэффициент условий работы (см. табл. 13.1).
299
Коэффициент уш зависит от марки стали, вида элемента, а
также от отношения минимального и максимального напряжений
в сечении от нормативных нагрузок р. Его определяют по фор-
муле
_______________1________
V“_' rtV I(a₽+6) -(а₽ ± 6) Pl
°rnin
°rnax
при р =
(13.3)
где rl — коэффициент, равный 1.0 для железнодорожных и пешеходных мостов
и 0,7 для автодорожных и городских мостов;
V — коэффициент, зависящий от длины загружеиия X, линии влияния при
определении Отах, принимают равным 1 при Х>>22, а при Х<22 —
значение V—£Х (величины V и X см. табл. 79 СНиП 2.05.03-84);
аиб— коэффициенты, учитывающие марку стали (ом. табл. 78 СНиП 2.05.03-
84);
Р — эффективный коэффициент концентрации напряжений, принимаемый по
табл. 1 приложения 17 к СНиП 2.05.03-84.
Центрально сжатые элементы рассчитывают на устойчивость
по формуле
Л/:Л<5Р < tfRym, (13.4)
где <р —коэффициент продольного изгиба (см. табл. 11.4);
т —коэффициент условий работы (см. табл. 13.1);
Rv — расчетное сопротивление металла (см. табл. 11.1).
Элементы, изгибаемые в одной из главных плоскостей, рассчи-
тывают на прочность по формуле
M:Wn<Rym, (13.5)
а на выносливость по формуле
Af:U7n < Vu>mRy, (13.6)
где М —расчетный изгибающий момент;
W„—минимальный момент сопротивления нетто;
у»—смотри формулу (13.3).
Элементы, работающие на растяжение или сжатие с изгибом
в одной из главных плоскостей, рассчитывают на прочность по
формуле
N:A„±M:W„< Rym. (13.7)
Элементы, работающие на растяжение или сжатие с изгибом
в одной из главных плоскостей, рассчитывают на выносливость
по формуле
N-.An±M’ : U7n < VwmRy. (13.8)
Для растянутых элементов в пределах средней половины дли-
ны стержня при гибкости Х>70
N
М'~ l + N .N3 ’’
(13.9)
300
для сжатых стержней при тех же условиях
а в остальных случаях М'=М.
В формулах (13.9) и (13.10) Na — Эйлерова сила для центрально сжатого
стержня при продольном изгибе в плоскости действия момента.
Ее определяют по формуле
где Е — модуль продольной упругости стали;
/вр—момент инерции сечения брутто;
1о — свободная длина.
13.3. Расчет сварных, обычных болтовых и фрикционных
соединений
Расчет на прочность сварных стыковых соединений в случае
центрального растяжения или сжатия выполняют по формуле
jj—cRuym. (13.11)
Прочность сварных соединений с угловыми швами при дейст-
вии продольных и поперечных сил проверяют на срез (условный>
по двум сечениям (рис. 13.1):
по металлу шва (сечение /)
(13.12)
• pw
по металлу границы сплавления (сечение 2)
(13.13)
В формулах (13.11) — (13.13):
N — усилие, действующее на стык;
/> —^mtn — наименьшая из толщин свариваемых деталей;
1Ю — длина шва;
//=Р,А/ —расчетная высота сечения углового шва по
металлу шва;
— то же по металлу границы сплавления;
Р, и р,— приведены в табл. 13.2;
k/ — наименьший из катетов углового шва;
Ro/ и Rai — расчетные сопротивления сварных соединений
(см. табл. 11.6);
т— коэффициент условий работы (см. табл. 13.1).
Рис. 13.1. Поло-
жение расчетных
сечений соедине-
ния с угловым
швом для расчета
на срез (условный)
301
Таблица 13.2
Вид сварки при диаметре сварочной проволоки <1, мм Положение шва 1 1 I Значения коэффициентов fy и 02 прн катетах швов Л., мм, равных
3-8 9—12 14 16 18 и более
Автоматическая при 4=3=5 В лодочку Р/ 1.1 1.1 1.1 0.7
Рг 1.15 1.15 1.15 1,0
Нижнее Р/ 1.1 0,9 0.9 0,7
Рг 1,15 1,05 1,05 1.0
Автоматическая и по- луавтоматическая при 4=1,4=2 В лодочку ₽1 1.9 1.9 0,8 0,7
Ре 1,05 1.0 1.0
Нижнее Р1 0,9 0.8 0,7 0,7
Р2 1,05 1.0 1.0
Ручная, полуавтомати- ческая проволокой сплошного сечения при 4-1,4 или порошковой проволокой В лодочку, ниж- нее, горизонтальное, вертикальное, пото- лочное Pf 0,7 0,7 0,7 0.7
Рг 1.0 1.0 1.0 1,0
Расчет на прочность сварных соединений с угловыми швами
прикрепления листов пояса между собой и к стенке изгибаемых
балок выполняют по формулам:
при отсутствии местного давления:
по металлу шва
(13.14)
nt/l '
по металлу границы сплавления
QS
(13.15)
nl2l
при воздействии на пояс местного давления:
по металлу шва
* Rw,m' (13‘,б)
302
по металлу границы сплавления
“drV (~^“У! ф < Rwzm (13-17)
В формулах (13.14)—(13.17):
л — количество угловых швов;
Q — поперечная сила, действующая в сечении;
S — статический момент сечения;
/ — момент инерции сечеиня;
q— давление от подвижной вертикальной нагрузки, определяемое по пп.
2.11 — 2.13 СНиП 2.05.03-84.
При соединении элементов обычными болтами усилие
Nb, которое может быть воспринято одним болтом, определяют
по формулам:
на срез Nt, /?t,srni,Zns; (13.18)
на смятие Nt, /?t>pmt4£/; (13.19)
на растяжение Nb- Rbt^bn- (13.20)
где /?ь, и Rbi — расчетные сопротивления болтов на срез и растяжение (табл.
13.3);
/?»» — расчетное сопротивление смятию соединяемых элементов при-
нимают для сталей с нормативным пределом текучести до
440 МПа для болтов нормальной прочности Ri,P= (0,6+
+340
d — диаметр стержня болта;
Д=0,785лД2 — площадь сечения болта брутто;
Леп — площадь сечения болта нетто;
SZ — наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном
направлении;
п. - число расчетных срезов одного болта;
ть — коэффициент условий работы соединения, принимаемый рав-
ным для болтов повышенной точности 1,0, а для болтов нор-
мальной н грубой точности — 0,9.
Число п болтов в соединении при действии продольной силы
N, проходящей через центр тяжести соединения, определяют:
где т и ть — коэффициенты условий работы (см. табл. 13.1 и 13.4);
го in — меньшее из значений расчетных усилий для одного болта, вы-
численных по формулам (13.18) — (13.20).
Таблица 13.3
Напряженное состояние Условное обозначение Расчетное сопротивление, МПа, болтов при классе прочности их или марке стали
4.6 ВстЗсп4 09Г2; 09Г2-6; 09Г2-8 09Г2С-6; 09Г2С-8 40Х
Срез Rbi 145 140 165 175 395
Растяжение Rbi 160 155 185 195 495
303
Таблица 13.'
Характеристика стыка или прикрепления Коэффициенты условий работы
Стык элемента или его ветви, все части сечения которых перекрыты односторонними накладками Стык элемента или его ветви с двусторонними накладками при наличии части сечения, ие перекрытой непосредственно Прикрепление элемента в узле одиночной фасонкой Прикрепление части сечения через: один лист два листа и более прокладку, прикрепленную за пределами соединения не менее чем на 4t полного усилия, которое может быть воспринято ее сечением Прикрепление выступающей полки швеллера, или горизон- тального листа коробчатого сечения угловым коротышом 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 0,9 0,7
При действии в плоскости соединения изгибающего момента
распределение усилий на болты принимают пропорционально рас-
стояниям от центра тяжести сечения до рассматриваемого болта.
Болты, работающие на срез от одновременного действия про-
дольной силы и момента, проверяют на усилие, определяемое как
равнодействующее усилий, найденных отдельно от продольной
силы и момента.
Болты, работающие одновременно на срез и растяжение, до-
пускается проверять отдельно на срез и растяжение.
В составных балках болты, соединяющие их стенки и пояса,
рассчитывают по формулам:
при отсутствии местного давления
а j < Waimin"1:
(13.22)
при воздействии на пояс местного давления
(13.23)
где а— шаг поясных болтов;
Q— местное давление;
S„ — статический момент брутто пояса балки относительно нейтральной
оси;
/ — момент инерции брутто балки относительно нейтральной осн;
Nbi min — меньшее из значений расчетных усилий для одного болта, опреде-
ленных по формулам (13.18)—(13.20);
т— коэффициент условий работы (см. табл. 13.1).
304
Таблица 13.5
Способ обработки контактных поверхностей
во фрикционных соединениях
Пескоструйный, дробсметкый или дробеструйный двух по-
верхностей кварцевым песком или дробью без последующей
консервации
Кварцевым песком или дробью одной поверхности с консер-
вацией полимерным клеем и посыпкой карборундовым порош-
ком, стальными щетками без консервации—другой поверхности
Газопламенный двух поверхностей без консервации
Стальными щетками двух поверхностей без консервации
Коэффициент
0.58
0,50
0.42
0,35
Для фрикционных соединений расчетное сопротивле-
ние, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения
соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом
(одним болто-контактом), определяют по формуле
Qbh
(13.24)
VW.
где Р — усилие натяжения высокопрочного болта;
ц — коэффициент трения (табл. 13.5);
уьл— коэффициент надежности (табл. 13.6).
Усилие натяжения Р высокопрочного болта определяют по
формуле
Р RbhAbn^bh. (13.25)
где Rbh = 0,7₽ь«п — расчетное сопротивление высокопрочных болтов;
Rbun — наименьшее временное сопротивление болтов разрыву;
Дьп —площадь сечения болта нетто;
тьь —коэффициент условий работы высокопрочных болтов при натяжении
их крутящим моментом, равный 0,95.
Таблица 13.6
гепта надежности yfch при способе обработки
контактных поверхностей
высокопрочных соединении п пескоструйном, дробеметиом или Дробеструйном дробеструйном с нанесением фрикционного грунта или кле- ефрикционного покрытия газопламенном стальными щетками
2—4 1,568 1,250 I 1,956 2,514
5-19 1,362 1,157 1,576 1.848
20 1,184 1,068 1.291 1,411
305
Число п высокопрочных болтов в соединении при действии
продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения,
определяют по формуле
N
mQbhns
(13.26)
где т —коэффициент условий работы (см. табл. 13.1);
Qth — расчетное усилие на один болто-контакт, определяемое по формуле
(13.24);
л. — число контактов в соединении.
При действии в плоскости соединения изгибающего момента
или продольной силы с изгибающим моментом усилие, приходя-
щееся на рассматриваемый высокопрочный болт, определяют так
же, как для обычных болтов.
Высокопрочные болты стенки и пояса составных балок рассчи-
тывают по формулам:
при отсутствии местного давления
а~^~ < nsQbhm-, (13.27)
при воздействии на пояс местного давления
(13.28)
где п. — число контактов в соединении;
Qbh — расчетное усилие, воспринимаемое одним болто-контактом; остальные
обозначения те же, что и в формулах (13.21) и (13.22).
13.4. Расчет балочных пролетных строений со сплошными
стенками
По наибольшим расчетным усилиям в балке металлического
пролетного строения от постоянной и временной нагрузок подби-
рают ее сечение. Вначале размеры сечения конструкции назнача-
ют ориентировочно, а затем проверяют их расчетом. В зависимо-
сти от результатов расчетных проверок принятые сечения уточня-
ют, чтобы конструкция работала без перенапряжений, но и без
излишних запасов. Поперечные сечения главных балок проверяют
на прочность, выносливость и устойчивость.
Из условия прочности балки на изгиб необходимо, чтобы
сЯут. (13.29)
где М — наибольший расчетный изгибающий момент в балке;
С —коэффициент, учитывающий ограниченное развитие пластических де-
формаций в изгибаемых элементах (табл. 13.7);
306
Таблица 13.7
Коэффициент С при отаошвшн Л ):Л. равном
общая площадь поперечного сечения.
Примечание. ДШ1П
0.3 0,4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 .0
1,38 1,45 1.54 1.52 1,43 1,33 1.27 1,25
1,30 1.37 1,44 1,43 1,32 1,23 1,15 1.14
1,18 1,22 1.26 1,22 1.Н 1,06 — —
1,11 1.14 1,16 1,10 1,03 — — —
1,06 1.07 1,08 1,02 — -— — —
1,02 1,03 1.04 1.01 — — — —
площадь меньшего пояса; > ПЛОЩЙД1 1» стенк! 41 Л —
1Гят — момент сопротивления сечения балки с учетом ослаблений, если они
попадают в рассчитываемое сечение; остальные обозначения приве-
дены выше.
Наибольшее касательное напряжение н вертикальной стенке
у нейтральной осн балки:
' "V<₽sC': I (13.30)
С -1.25 - 0.25т1П,п/т111ая, )
где Q — расчетная поперечная сила в балке;
S — статический момент брутто полусечения относительно нейтральной
оси балки;
/ — момент инерции брутто всего сечения бажи относительно ее нейт-
ральной оси;
б —толщина стенки балки;
/?« —расчетное сопротивление металла на сдвиг (см. табл. 11.2);
С' — коэффициент, зависящий от неравномерности распределения каса-
тельных напряжений по сечению;
Тщах, Тппп — наибольшее и наименьшее касательные напряжения в упругой ста-
дии в пределах стенки балки.
В местах, где одновременно действуют большие нормальные
н касательные напряжения, проверяют приведенные напряжения:
Опр Ко.Л/Ч- 2,4/* < /?j,,n. (13.31)
где о и / — нормальное и касательное напряжения в проверяемом месте сечения.
Подобранное по прочности сечения балки нужно проверить на
выносливость по формуле (13.6).
При расчете объединенных (ст а л ежел ез о б е то н-
п ы х) балок вначале рассматривают металлическую балку, ко-
торая еще без участия железобетонной плиты несет свой вес, вес
плиты и монтажные нагрузки. Эту нагрузку принято называть
первой частью постоянной нагрузки балки.
307
G„
Рис. 13.2. Схемы к расчету объединенных балок
Задаваясь сечением балки, находят положение центра тяже-
сти ее сечения и момент инерции /х относительно оси 0—О
(рис. 13.2, а}.
Моменты сопротивления для верхней и нижней граней метал-
лической балки:
Гн . (13.32)
где 2В, 2И— расстояний от оси сечения металлической балки до крайних граней
ее верхнего и нижнего поясов.
Если М' — расчетный изгибающий момент от первой части
постоянной нагрузки, действующий на металлическую балку, то
напряжения в крайних ее точках (верхней и нижней) при первой
стадии работы (рис. 13.2, в) будут:
о'=М':«7в; o',
Площадь и момент инерции объединенного сечения балки оп-
ределяют, заменяя площадь железобетонной плиты эквивалентной
(по отношению модулей упругости) площадью металла. При этом
ширину b плиты, участвующую в работе с металлической балкой,
принимают так же, как и в железобетонных мостах. Площадь
объединенного сечения, приведенная к металлу,
Лпр~Л5+Д^/л. (13.33)
где Л.—площадь сечения металлической балки;
Аь — площадь сечения железобетонной плиты;
п=£, :£ь—отношение модулей упругости стали и бетона.
Положение центра тяжести получим из условия равенства
статических моментов площади объединенного сечения и состав-
ляющих его площадей.
Считая эти моменты относительно оси 0—0, получим
308
Лгр2 ------а, откуда Z=- —-— . (13.34)
л ляпр
Момент инерции объединенного сечения, приведенного к ме-
таллу, относительно оси х—х, проходящей через центр его тяже-
сти,
(13.35)
где а — расстояние между центрами тяжести железобетонной плиты и метал-
лической балки;
/ь — момент инерции сечения плиты относительно оси, проходящей через ее
центр тяжести.
Моменты сопротивления объединенного сечения для крайних
точек металлической балки:
W'bnn - —Z~~ ; Vh пр - (13.36а)
< z
Момент сопротивления для верхней грани бетона плиты
(>3-366)
Если М" — расчетный изгибающий момент от второй части
постоянной нагрузки, действующей на уже объединенную кон-
струкцию балки пролетного строения, а также от временной на-
грузки, то напряжения в сечении во второй стадии работ
(рис. 13,2, г) :
на краях металлической балки:
в уровне верхней поверхности железобетонной плиты:
Ов МЛ:117впР Rbmhi- (13.376)
Суммарные напряжения на краях металлической балки
(рис. 13.2, д): ов — авЧ о„ С m2Rym-, он О,'Ч о" с CRym- j (13.38)
здесь Rb — расчетное сопротивление бетона плиты;
т2—коэффициент, учитывающий удерживающее влияние бетона плиты на
развитие пластических деформаций в сжатой части металлической
балки, принимаемый равным от 1,0 до 1,2 в зависимости от напря-
жения в бетоне на уровне центра тяжести сечения плиты;
Л»—расчетное сопротивление стали;
С—коэффициент, принимаемый по табл. 13.7;
ты и т—коэффициенты условий работы бетона и металла.
309
Если при проверке плиты оказывается, что наибольшее напря-
жение в бетоне превышает расчетное сопротивление, т. е. at><Ri>,
то расчет ведут в предположении, что бетон переходит в пласти-
ческую стадию работы, и пользуются схемой распределения на-
пряжений в сечении по прямоугольной эпюре в пределах железо-
бетонной плиты (рис. 13.2,1). Кроме напряжений, вызываемых
вертикальной нагрузкой, в объединенных балках надо учитывать
дополнительные напряжения, вызываемые усадкой и ползучестью
бетона, и резкими изменениями температуры воздуха.
Сопряжение железобетонной плиты с металлической балкой
рассчитывают па сдвигающую силу 7\, собирающуюся с участка
d, равного шагу соединительных элементов (рис. 13.2, б):
7, QSbd/iw. Sb Ab (a-Z)/n. (13.39)
При сопряжении с жесткими упорами проверяют напряжения
смятия в месте передачи ими усилий бетону
Осм г, / (ЛС) <- /?смтЬ1 (13.40)
здесь S» — статический момент площади сечения плиты относительно оси
х—х приведенного сечения;
Л и С — размеры вертикальной полки упора;
₽см = 1.6/?л—расчетное сопротивление бетона на местное смятие;
Rb—то же на сжатие (призменное);
ты—коэффициент условий работы.
Сами упоры и их прикрепление к верхнему иоясу балки долж-
ны быть тоже проверены на прочность. Сечение арматурных вы-
пусков рассчитывают па усилие 7'|, считая, что оно действует как
на стержень связи, так и на его прикрепление.
Работающие на изгиб балки со сплошной стенкой проверяют
па общую и местную их устойчивость. При достиже-
нии нагрузкой определенного предела балка может потерять ус-
тойчивость — выпучиться в плане из плоскости изгиба и скрутить-
ся (рис. 13.3, а). Такая деформация (потеря обшей устойчивости)
балки может возникнуть, если сжатый пояс балки имеет большие
расстояния между местами его закрепления продольными или
поперечными связями. Если сжатый пояс хорошо закреплен про-
тив поперечных смещении (например, железобетонной плитой,
стальным настилом проезжей части), потеря общей устойчивости
балки практически невозможна. В неразрезных и консольных бал-
ках опасность потери общей устойчивости может возникать на
участках над промежуточными опорами, где нижние пояса интен-
сивно работают па сжатие. Расчет на общую устойчивость балки,
работающей на изгиб, можно приближенно заменить проверкой
по формуле (13.4) устойчивости ее сжатого пояса, рассматривае-
мого как центрально сжатый стержень (со свободной длиной,
равной расстоянию между узлами связей), на продольный изгиб
из плоскости балки.
310
Рис. 13.3. Схемы к рас-
чету балок со сплошной
стенкой
В балках, работающих на изгиб, может потерять устойчивость
и выпучиться сжатая зона вертикальной стенки (рис. 13.3, б) или
горизонтальная полка сжатого пояса, а в коробчатых пролетных
строениях — их стенки и поясные листы в сжатой зоне. Потеря
местной устойчивости наиболее опасна в тонких стенках балок и
коробчатых сечений, где одновременно возникают большие сжи-
мающие и касательные напряжения. Местную устойчивость про-
веряют по формулам, приведенным в СНиП 2.05.03-84.
Прикрепление поясов к стенке в двутавровых бал-
ках работает на сдвигающую силу Т. На единицу длины балки
сдвигающая сила:
T-QSnils. (13.41)
где Q — расчетная поперечная сила;
Sn — статический момент сечення пояса (рис. 13.3, в. г) относительно нейт-
ральной оси балки (при прикреплении пояса болтами в сечение поя-
са входят поясные листы и уголки);
/. — момент инерции балки.
В объединенных балках сдвигающую силу определяют с уче-
том двух стадий их работы (рис. 13.3, е)
, (13.42)
'S «пр
где Qs и Q" — расчетные поперечные силы при первой и второй стадиях ра-
боты балки;
S„ — статический момент пояса металлической балки относительно
нейтральной оси О—V;
SDp— то же пояса металлической балки и приведенной площади желе-
зобетонной плиты (для верхнего пояса) относительно осн х—х;
I., Inp — момент инерции одной металлической балки и объединенного се-
чения относительно своих нейтральных осей.
311
Кроме сдвигающих сил, прикрепление пояса может передавать
местные усилия У от сосредоточенной подвижной нагрузки Р
(рис. 13.3, д), значение которой на единицу длины прикрепления
можно выразить так:
d -| 2// '
(13.43)
где (1 — длина контактной площади колеса с покрытием;
Н — толщина конструкции, распределяющей давление, принимаемая до уров-
ня поясных болтов (см. рис. 13.3, д) или поясного шва.
При обычном болтовом соединении усилие, действующее на
один болт,
Z п Илн-И <h’bn}inm. (13.44)
При фрикционном соединении
Z uVv-ilU (13.45)
В сварных балках напряжение в поясном шве
t (13.46)
В формулах (13.44)—(13.46) обозначения такие же, как в фор-
мулах (13.16), (13.23) и (13.28), по которым также может быть
выполнен расчет.
По условиям изготовления и монтажа в балках со сплошной
стенкой приходится устраивать стыковые соединения.
Сварные стыки со швами встык можно не рассчитывать, так как
их прочность не уступает прочности металла соединяемых эле-
ментов. Расчет стыковых соединений на обычных или высоко-
прочных болтах заключается в определении необходимого их
числа для перекрытия элементов сечения балки. В стыке балки
могут действовать изгибающий момент Мс, поперечная сила Qc,
а иногда и продольная сила Nc .(рис. 13.4, а).
/г
Рнс. 13.4. Схемы к расчету болтов стыка вертикальной стенки балки
312
Рассмотрим стык вертикальной стенки. Приходящиеся на нее
усилия Мс, Qr и Ne могут быть получены по формулам:
Л4С = М-, QC = Q', Nc ~r~N, (13.47)
/ А
где Лг, /с — площадь н момент инерции сечения вертикальной стенки;
А, 1 — то же для полного сечения балки.
Продольное усилие и поперечную силу можно считать распре-
деляющимися поровну между всеми болтами, установленными
в соединении с одной стороны стыка (в пределах полунакладки).
Тогда усилия, передающиеся на один болт,
от продольной силы (рис. 13.4, б) Z —
от поперечной силы (рис.13.4, в) Т Qdk, J
где k — число болтов в полунакладке.
Усилия от действия изгибающего момента можно считать про-
порциональными расстояниям болтов от нейтральной оси, т. е.
изменяющимися по закону плоскости. Обозначая через S усилие,
действующее на болт крайнего горизонтального ряда, можно вы-
разить усилие S, в любом другом болте (рис. 13.4, г):
S^SYtlY^. (13.49)
где У;. Утях — расстояния произвольного и крайнего болтов до нейтральной оси.
Из условия равенства суммы моментов всех сил, действующих
на болты стыкового соединения, моменту М,-, передаваемому вер-
тикальной стенкой, получим
Л1С ХЗ£У£ -р-5- ЕУ*.
Отсюда наибольшее усилие в болте крайнего ряда
« = ^7 > (13.50а)
а наибольшее результирующее усилие в крайнем болте
«них -И($+£)1+П . (13.506)
Это усилие не должно превышать расчетного, допускаемого
на один болт. Число болтов п, необходимое для перекрытия сты-
ков поясных металлических листов и уголков, можно определить
по их расчетной площади по формуле
AnRy
п >------— ,
Qbhns
(13.51)
где А п — площадь сечения нетто прикрепляемых в стыке поясных металлических
листов или уголков; остальные обозначения те же, что и в формуле
(13.26);
Я» — расчетное сопротивление стали по пределу текучести.
313
13.5. Расчет пролетных строежй со сквозными балочными
фермами
Пролетные строения со сквозными металлическими балочными
фермами представляют собой сложные пространственные систе-
мы. Такие системы обычно рассчитывают, условно разлагая на
плоские вертикальные, горизонтальные или наклонные системы
продольные и поперечные балки проезжей части.
Продольные балки в конструкции проезжей части имеют
частичное защемление в местах их опирания на поперечные балки
(неразрезность продольных балок). Наибольший изгибающий мо-
мент и поперечную силу в продольных балках обычно определяют
как для балок разрезных, что идет в запас прочности. Прикрепле-
ние продольных балок к поперечным рассчитывают па поперечную
силу и опорный момент, принимаемый равным 0,6 момента посе-
редине пролета продольной балки, определенного как для раз-
резной.
Число п обычных или фрикционных болтов, необходимое для
прикрепления вертикального листа продольной балки, определя-
ют по формуле
Q
tnhNb
(13.52)
где Q — расчетная поперечная сила;
т. — коэффициент условий работы болтов;
N„ — расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом.
Рис. 13.5. Сопряжение балок в одном
уровне с помощью «рыбок» и «сто-
лика»:
I — поперечная балка; 2 — продольная
балка; 3 — «рыбка»; 4 — «столик»
В железнодорожных мостах
высоту продольных и попе-
речных балок обычно принима-
ют одинаковой, и опорный мо-
мент продольной балки вос-
принимается «рыбками» (рис.
13.5, а), расположенными по
верхнему и нижнему поясам.
Усилие в каждой «рыбке»
Np =Mon-.hn. (13.53)
По этому усилию определя-
ют необходимую площадь нет-
то сечения «рыбки»
314
Число обычных или фрикционных болтов, необходимое для
прикрепления рыбки, определяют по ее расчетной площади по
формуле (13.51).
В проезжей части автодорожных пролетных строений часто
применяют прикрепление продольных балок к поперечным с по-
мощью «столика» (рис. 13.5, б) и только одной «рыбки». В такой
конструкции растягивающее усилие, передающееся на «рыбку»,
определяют, полагая, что опорный момент воспринимается парой
сил Wp. Отсюда
Если продольные балки сопрягают без «рыбки» при помощи
только вертикальных уголков, то в этом случае прикрепление
продольных балок рассчитывают на одну поперечную силу по
формуле (13.52).
Поперечные балки на изгиб в вертикальной плоскости
обычно рассчитывают, рассматривая балку как свободно опер-
тую, с пролетом, равным расстоянию между осями главных ферм.
Число болтов рассчитывают обычно на восприятие опорной реак-
ции поперечной балки по формуле (13.52). Наличие опорного мо-
мента в прикреплении учитывают коэффициентом пи*.
Кроме указанных расчетов, в соответствии с требованиями
СНиП 2.05.03-84 при расчете элементов проезжей части, как пра-
вило, необходимо учитывать усилия в продольных балках и из-
гибающие моменты в поперечных балках от совместной работы
их с поясами главных ферм. Такой расчет выполняют по одному
из точных способов как для статически неопределимой системы.
Расчет элементов главных ферм начинают с определения в них
усилий от внешних воздействий. Усилие в элементе Sp от постоян-
ной нагрузки при расчетах на прочность определяют умножением
интенсивности нагрузки на полную площадь линии влияния
по формуле:
tfp = (₽id
где pi, рг, ...— интенсивность отдельных видов постоянной нагрузки — мостовое
полотно, дорожное полотно, железобетонная плита и др.
Постоянную нагрузку считают равномерно распределенной по
всему пролету.
Усилия в элементах ферм Nh от временной вертикальной на-
грузки определяют умножением площади загружаемых участков
линии влияния на соответствующие им эквивалентные нагрузки
и динамический коэффициент (1+ц).
Наибольшие усилия Nmax в элементах, имеющих двузначные
линии влияния, от временно вертикальной нагрузки определяют
для обоих знаков, чтобы получать максимальные по абсолютному
значению усилия.
315
Для расчетов на выносливость усилие Smex в элементах ферм
определяют только от основных сочетаний нагрузок и с соответ-
ствующим этим расчетам загруженном линий влияния, состоящих
из двух или нескольких участков разных знаков.
Сечения растянутых элементов ферм проверяют по формулам:
на прочность
Л'тах »НТ < mRy; (13.54)
на выносливость
^тпак^нт < IfamRy- (13.55)
Площадь нетто Лнт поперечного сечения вычисляют с учетом
наибольшего ослабления. Значения уте принимают по формуле
(13.3).
Сечения сжатых элементов проверяют по тем же формулам и,
кроме того, на общую устойчивость по формуле
< wRym. (13.56)
л6р
где Лор — площадь брутто сечения элемента;
<р— коэффициент понижения несущей способности, зависящий от гибкости
элемента (см. табл. 11.4).
При определении гибкости сжатых элементов за их свободную
длину принимают: а) для поясов, опорных раскосов и опорных
стоек как в плоскости, так и из плоскости фермы длину элемента
между центрами узлов; б) для элементов решетки из плоскости
фермы длину элемента между центрами узлов или ее часть, если
полная длина элемента разделена поперечной конструкцией; в)
для элементов решетки в плоскости фермы длину элемента между
центрами узлов, умноженную на 0,8. Гибкость элементов и их
ветвей не должна превышать предельных значений, предусмотрен-
ных табл. 11.5.
Гибкость элемента X определяют по формуле:
(13.57)
где Itf — расчетная длина;
I—радиус инерции сечения относительно оси, перпендикулярной плоскос-
ти наибольшей гибкости (плоскости изгиба).
Число фрикционных болтов для крепления
элементов к узловым фасонкам определяют по
формуле (13.27). В случае непрямой передачи
усилия через болты вводят коэффициент усло-
вий работы ть по табл. 13.4.
Прочность фасонок в месте прикрепления к
ним элементов решетки ферм проверяют по не-
выгоднейшей линии возможного выкалывания
(рис. 13.6). Здесь для частей разреза, направ-
ленных нормально к оси элемента, расчетное
316
Т аблица 13.8
Состав сечения, мм В i fs Is* 7^ X Ка £ II p о Ki ОС0°ё Момент инерции. см‘ 7оит
lx№ 7обр д7"
В. л. 1640-10 164,0 367 600 61 900 —
2в. уг. 1254-125-16 75,6 4-79,3 4-6000 477000 — 92300 —
2н- уг. 200+125-16 99,6 —80,0 —7970 638000 — 42 500 —
г. л. 260-10 26,0 +83,5 4-2170 181 000 — 32100 —
Итого 365,2 +0,55 200 1 663600 1 (>63 600 228 800 1 434 800
равно mRv, а для частей разреза, направлен-
к оси элемента, - - mRK. По линии разрыва.
Сопротивление
вых наклонно ... . . .
нормальной к оси элемента, площадь поперечного сечения фасон-
ки определяют с учетом ослабления отверстий для болтов.
13.6. Пример расчета продольной балки
Для проверки на прочность в середине пролета и у опоры продольной
балки из стали марки 16Д железнодорожного пролетного строения имеем: рас-
четные моменты в середине пролета 7Ho.s=39OO кН-м, у опоры М„п=2340кН-м:
поперечная сила у опоры Qo,i=1352 кН.
Сечение балки (рис. 13.7) принято
с заводскими соединениями на обычных
болтах d=22 мм и состоит из верти-
кальной стенки 1640X10 мм, верхних
поясиых уголков 125+125X16 мм, ниж-
них поясных уголков 200+125X16 мм
и верхнего горизонтального листа
260ХЮ мм.
Геометрические характеристики се-
чения балки приведены в табл. 13.8, в
которой расстояние Zo центра тяжести
сечения от нейтральной оси получено
по формуле:
Рис. 13.7. Схемы к примеру расчета
продольной балки:
I — «рыбка»; 2 — уголок прикрепления
продольной балки; 3 — вертикальный
лист продольной балки; 4 — вертикаль-
ный лист поперечной балки
Zo —5вР:Лбр;
для каждого элемента сечения
317
для всего сечения
Л>бр ^xep-i-AopZ^; АД, SAXikZ?.
где АЛ0 — ослабление элемента болтом диаметром 22 мм;
Zi — расстояние от оси болта до оси 0—О.
Момент сопротивления сечения нетто:
для верхней фибры №в„т = 1 434 800 : 83,5=17 300 см»;
для нижней фибры W'II1IT=1 434 800 : 83,5=17 300 см3.
Наибольшие нормальные напряжения по формуле (13.29)
М
Значение С=1,22 находим по интерполяции в табл. 13.7 по величинам
0.27;
А 365,2
^min+^ст 99,6+164
А 365,2 ’ 1
о j ,8’6 «H/см2- 186 < 193 МПа;
/?в = 215 МПа (по табл. 11.1);
т=0,9 (по табл. 13.1);
/?vm=215 • 0,9=193 МПа.
Находим величину S^p для полусечения балки, пользуясь данными табл.
13.8.
$бр =81.5-40.5+75,6-78,8+26,83= 11 420 см3.
Определяем по формуле (13.31) наибольшие касательные напряжения в
опорном сечении балки:
Tniax— . RsC 1 Rs 0,58/?yn/Ym
•бр
(по табл. 11.2);
/?»п=240 МПа (по табл. 11.1); ут=1,165 (по табл. 11.3);
С = 1,25-0.25; ттах= =9.3 кН/см'=93 МПа;
Gnax 1663600-1
Q 1352 83
W„= -77 =7777 =8,3 кН/см* = 83 МПа; С’ = 1,25-0,25— =
ПО 104*1 гМ
= 1.25—0,25-89= 1,03;
0,58—р—— 1.03 = 135 >93 МПа.
318
Для определения шага поясных заклепок болтов статический момент сече-
ния верхнего пояса
S„ =5960+2160=8120 см8.
Предельное усилие на болт диаметром 22 мм из стали марки ВСтЗсп4:
на срез по формуле (13.18)
№=7?б./Лб>!л.= 14-0,9-3,8-2=95 кН;
на смятие по формуле (13.9)
-= 46 • 0,9 • 2,2 - 1,0=91,4 кН,
где (о.б |-340 ^0,6+340 ^^-^380 - 462 МПа.
Максимальный шаг поясных болтов вблизи опорного сечения определяем
по формуле (13.23):
Для расчета прикрепления продольной балки к поперечной (см. рис. 13.7)
определяем по формуле (13.53) усилие, приходящееся на «рыбку»,
Wp= Мт: й0 = 2 340 000:(167 -| 2) = 13 800 кН.
Необходимая площадь «рыбки» нетто
"р
Rum
13800
215-0,9
Принято сечение «рыбки» 350X22 мм с учетом ослабления двумя отверстия-
ми Ап=35-2,2—2-2,3=72,4 см2.
Число болтов, необходимых для прикрепления «рыбки», определяем по ее
расчетной площади по формуле
Предельное усилие на односрезный болт <1 = 22 мм
Nb=Rt,.mt,An.= 14-0,9-3,8-1=48 кН.
Число болтов для прикрепления «рыбки» с одной ее стороны
319
Усилие в болтах прикрепления вертикального листа определяем по формуле
Nb -TZ- =• 79,6<91.4-0,9 82,2 кН.
Кроме указанных расчетов, необходимо проверить устойчивость стенки.
Вопросы для самопроверки по гл. 13
1. По каким основным формулам рассчитывают центрально растянутые и
сжатые элементы на прочность и выносливость?
2. По каким основным формулам рассчитывают элементы, изгибаемые в од-
ной из главных плоскостей?
3. Как определяют предельное усилие на обычный болт по срезу и смятию?
4. Как рассчитывают фрикционные болты?
5. Как рассчитывают угловые сварные швы?
6. Каковы особенности расчета объединенных балок?
7. На какие усилия рассчитывают продольные балки конструкции проезжей
части?
8. Как рассчитывают прикрепление продольной балки к поперечной?
9. Какую свободную длнну принимают для определения гибкости поясов и
других элементов сквозных ферм?
РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ
ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ И ПОДМОСТИ
Глава 14
КОНСТРУКЦИИ мостов
14.1. Условия применения деревянных конструкций
на железных и автомобильных дорогах
Дерево — хороший строительный материал, и с давних пор он
используется для возведения мостов. Оно хорошо поддается обра-
ботке и при небольшой плотности обладает достаточно высокими
прочностными характеристиками. Из древесины сооружают мосты
в сравнительно короткие сроки.
Они особенно ценны при строительстве дорог в лесных райо-
нах, но дерево обладает рядом существенных недостатков: низкая
долговечность в связи с возможностью загнивания, большая воз-
гораемость, изменение объема в зависимости от влажности, что
приводит к расстройству соединений.
Механические свойства дерева зависят от многих факторов, в
первую очередь от ее качества, наличия разных пороков — гнили,
червоточин, сучков, косослоя, трещин и др. По поперечному сече-
нию ствол дерева имеет различную прочность — меньшую в серд-
цевине и большую к заболони.
Срок службы деревянных мостов, не защищенных антисепти-
ками, составляет нс больше 10—12 лет, а при неблагоприятных
условиях эксплуатации — 5—8 лет. Антисептированные конструк-
ции служат до 25—30 лет.
Процесс гниения развивается интенсивнее в условиях жаркого
и влажного климата и происходит медленнее в северных условиях
при низких температурах.
В современных условиях деревянные мосты по конструкции
применяют преимущественно свайно-эстакадного типа, стараясь
использовать элементы заводского типа, покрытые антисепти-
ками.
321
14.2. Материал и системы мостов
Для деревянных мостов применяют хвойный и листвен-
ный лес.
Наилучшими породами являются сосна, лиственница, ель, пих-
та, удовлетворяющие требованиям ГОСТов. Для изготовления мел-
ких деталей и соединений применяют отборную древесину твердых
лиственных пород (дуб, бук, граб, ясень). Растянутые и изгибае-
мые элементы пролетных строений выполняют из древесины 1-го
сорта, остальные — из древесины 2-го сорта. Для клееных элемен-
тов можно использовать маломерные лесоматериалы пониженно-
го качества при условии удаления недопустимых пороков. Эле-
менты моста изготавливают как непосредственно из бревен, так
и из пиломатериалов. Если в конструкции использовать бревна с
естественной коничностью (нс более 1 см на 1 м длины бревна),
то в них сохранится наиболее прочная и устойчивая против загни-
вания наружная часть — заболонь. При цилиндровании бревен
или распиловке на брусья и доски значительная часть заболони
уничтожается. Поэтому в конструкциях моста, расположенных
в местах с переменной влажностью (например, элементы опор в
зоне меженного уровня воды), желательно сохранять бревна в
естественном состоянии, а при изготовлении других конструкций
из пиленого леса — тщательно обрабатывать антисептиками.
Для элементов деревянных мостов применяют круглый лесо-
материал с влажностью древесины не более 25% (полусухой),
пиленый влажностью не более 20%, пиломатериал для клееных
конструкций и мелких деталей соединений — не более 12% (воз-
душно-сухой). Элементы верхнего настила, поперечин и колесоот-
бойных брусьев малых автодорожных и городских мостов выпол-
няют из древесины с влажностью до 40%. Влажность древесины
свай и других элементов, целиком расположенных ниже уровня
низких вод, не ограничивают.
Для клееных конструкций пролетных строений применяют
доски толщиной до 4—5 см, а для клеефанерных — облагорожен-
ную древесину в виде бакелизированной фанеры, которая пред-
ставляет собой водо- и биостойкий материал, склеенный под дав-
лением с нагревом из березового лущеного шпона синтетическими
фенольными смолами (бакелитовым клеем). Из выпускаемых
сортов бакелизированной фанеры наиболее водостойки БФС и
БФВ-1, которые и применяют для клееных конструкций. Метал-
лические элементы деревянных мостов делают из углеродистой
стали классов Л-1 и A-II марок ВстЗсп2; ВстЗспЗ; Вст5сп2.
Деревянные мосты в современных условиях строят балочны-
ми, подкосными, ригельно-подкосными, с пролетными строениями
из деревянных ферм. Выбор системы и конструкции моста зависит
прежде всего от требующегося пролета, возможного по условиям
322
вертикальной планировки строительной высоты, вида и значения
расчетной нагрузки и от других местных условий.
На железных дорогах возводят мосты преимущественно ба-
лочно-эстакадного типа с пролетными строениями из пиленого
лесоматериала; на автомобильных дорогах — простые балочные
и ригельно-подкосные. Целесообразно применение клееных, клее-
фанерных балок и балок из древеснослоистых пластиков, изготав-
ливаемых на заводах.
Наиболее просты для изготовления и удобны в эксплуатации
простые балочные системы (рис. 14.1, о), которыми перекрывают
пролеты 2—3 м, с одноярусными или двухъярусными прогонами.
Пролеты до 12 м устраивают в виде пакетных (составных) или
клееных балок. В автодорожных мостах пролетными строениями
этого типа возможно перекрывать пролеты до 16—24 м. Подкос-
ные системы представляют собой балку, подпертую подкосами, и
позволяют перекрывать пролеты до 6 м в одноподкосных мостах
(рис. 14.1, б) и до 9 м — при двухподкосных (рис. 14.1, в). На
железных дорогах такие мосты строят как исключение для вре-
менных сооружений. По ригельно-подкосной схеме сооружают
мосты только на автомобильных дорогах с пролетами до 20 м
(рис. 14.1, г).
Деревянные опоры мостов могут быть свайными, свайно-рам-
ными, лежневыми и ряжевыми. Опоры, расположенные между
основаниями откосов конусов, называют промежуточными. Опоры,
которые находятся в конусах насыпи и объединены системой свя-
зей в общую пространственную конструкцию, относятся к берего-
11* 323
вым или устоям. Промежуточные опоры могут быть однорядными
и башенными. Башенные представляют собой две однорядные
плоские опоры, объединенные системой связей из наклонных и
горизонтальных схваток. Их применяют в мостах высотой более
6—8 м.
При изготовлении мостов из круглого лесоматериала возника-
ет необходимость устройства затесок и врубок, что обычно приво-
дит к снятию защитного слоя антисептика и последующему за-
гниванию древесины.
В настоящее время при сооружении деревянных мостов пред-
почтение отдают конструкциям из пиломатериалов, которые изго-
тавливают в заводских условиях без врубок и сложных соедине-
ний с тщательной обработкой древесины антисептиками. Более
перспективны клееные конструкции из пиленого сухого лесомате-
риала или бакелизированной фанеры.
14.3. Конструкции деревянных мостов малых пролетов
Балочные мосты малых пролетов железнодорожных мостов по
конструкции являются наиболее простыми (рис. 14.2). Опоры
моста состоят из свай /, забитых в грунт па глубину не менее
3,5—4,0 м. На верхние концы (головы) свай укладывают насад-
ки 2, которые соединяют со сваями посредством стальных шты-
рей, металлических планок или болтов с проушиной.
Расстояние между опорами перекрывают прогонами 3 из бре-
вен или брусьев. Прогоны состоят из четырех бревен под одну
рельсовую нить и расположены в два ряда (двухъярусные).
Стыки отдельных прогонов расположены над опорами вразбеж-
ку, т. е. над одной опорой стыкуются верхние бревна, а на дру-
гие. 14.2. Конструкция балочного моста из круглого леса
324
гой — нижние. Стыки в нижнем ярусе бревен поддерживаются
подбалкой 4.
На прогоны укладывают поперечины 5, к которым крепят ра-
бочие рельсы, контррельсы, охранные приспособления, тротуары
и перила.
Соединение отдельных элементов прогонов между собой, про-
гонов с поперечинами и насадками осуществляют болтами и на-
кладками, а также врубками.
Особое внимание уделяют сопряжению моста с насыпью во
избежание перемещения грунта конуса насыпи и появления про-
садок насыпи перед мостом. Кроме того, необходимо исключить
соприкосновение грунта насыпи и балластной призмы с торцами
прогонов. Осуществляют это путем устройства закладного щита 6,
который состоит из трех свай длиной около 4 м, обшитых в верх-
ней части пластинами или бревнами.
Расстояние между осями свай закладного щита и ряда свай
первой опоры 50 см. При пролетах до 3 м и высоте моста до 3 м
промежуточные опоры состоят из четырех коренных свай в одном
ряду.
При высоте моста более 3 м и на кривых участках при мень-
шей высоте для обеспечения поперечной устойчивости моста опо-
ры снабжают укосинами, которые упираются в сваи (рис. 14.3)
или наклонными сваями. Сваи между собой объединяют горизон-
тальными продольными, поперечными и диагональными схватка-
ми. Схватки выполняют из распиленных по диаметру бревен или
толстых досок.
При строительстве современных деревянных мостов использу-
ют конструкции простые, однотипные без врубок и сложных соеди-
нений. Этим требованиям в значительной мере удовлетворяют
балочные мосты из пиленого леса — брусьев и досок, которые
325
предварительно подвергают глубокой пропитке антисептиками,
на башенных опорах (рис. 14.4). Прогоны устраивают одноярус-
ные, что упрощает конструкцию моста и повышает индустриаль-
ность его изготовления.
Кроме свайных опор, применяют рамно-свайные (рис. 14.5, а)
и рамно-лежневые опоры (рис. 14.5,6).
Главной частью конструкции этих опор является рама. Рама
состоит из вертикальных й наклонных стоек, объединенных вверху
Рис. 14.5. Конструкции рамных опор:
рамно-свайная опора; 6 — рамно-лежневая опора
326
Рис. 14.6. Пролетные строения с одноярусными прогонами
и внизу насадками и горизонтальными и диагональными схват-
ками.
В свайно-рамных опорах рамы устанавливаются на свайное
основание. При устройстве мостов в сухих местах или при нали-
чии грунтов, не допускающих забивку свай, применяют рамно-
лежневые опоры. Рамы нижними насадками устанавливают на
лежни (брусья, бревна) длиной 1,0—1,2 м и соединяют с ними
штырями и скобами. Лежни укладывают в котлованах или тран-
шеях, глубина которых не менее чем на 0,25 м ниже глубины
промерзания грунта. Одноярусные прогоны состоят из четырех
брусьев под одну рельсовую нить (рис. 14.6). Длина бруса прого-
на равна 6 м, стыки брусьев располагают над опорами вразбежку
(над одной опорой стыкуется каждый второй брус), перекрыты
дощатыми накладками толщиной 10 см и стянуты болтами. На
прогоны укладывают элементы мостового полотна.
327
ймгп-4.
d-Шнц
Рис. 14.7. Конструкции составных пакетных пролетных строений:
а - на призматических шпонках; 6 - на пластинчатых нагелях
При пролетах 5—7 м применяют пакетные пролетные строения,
которые состоят из бревен или брусьев, объединенных болтами,
шпонками, пластинчатыми нагелями.
Более эффективное использование элементов пакета достига-
ется при включении их в совместную работу при помощи шпонок
(рис. 14.7, а), так как в этом случае обеспечивается совместная
работа всех бревен или брусьев. Такие пакеты называют состав-
ными. Пакеты с числом бревен от 3 до 9 устанавливают под каж-
дую рельсовую нить и объединяют в пролетное строение. Призма-
тические шпонки представляют собой четырехгранную призму из
того же материала или более прочной древесины. Их располагают
вдоль пакета и врезают в смежные бревна согласно расчету на
сдвигающую силу. Кроме шпонок, бревна пакета соединяют го-
ризонтальными и вертикальными болтами.
Балочные автодорожные мосты имеют пролеты до 12 м и со-
стоят из тех же элементов, что и железнодорожные. Прогоны ав-
тодорожных мостов могут быть двух видов: сближенные (раз-
бросные) и сосредоточенные. Сближенные (разбросные) прогоны
(рис. 14.8, а) располагают на небольших расстояниях друг от
друга (0,5—0,6 м), что позволяет применить простую конструк-
328
НИЖНИЙ ПО-
Рис. 14.8. Схемы автодорожных балочных мостов:
- свая заборной стенки; 2 — заборная стенка; 3 — верхний настил;
речный пастил; 5 — разбросные прогоны; 6 — насадка; 7 — Диагонал——. .4.....—
ватка; 3 — горизонтальная поперечная схватка; 9 — сван опоры; 10 — поперечина;
дощатый пастил; 12 - сосредоточенный прогон; 13 укосина; 14 — укосная свая;
15 - башенная опора; 16 — наклонная свая
цию проезжей части. Сближенные прогоны могут быть одноярус-
ными при пролетах до 6 м и двухъярусными при пролетах более
6 м. Сосредоточенные прогоны (рис. 14.8, б) укладывают непо-
средственно над осями свай и стоек опор через 1,5—1,8 м друг от
друга. Соединив ярусы шпонками или пластинчатыми нагелями,
превращают простые прогоны в пакетные прогоны. При этом
могут быть перекрыты пролеты до 14—16 м.
329
Промежуточные опоры балочных автодорожных мостов при
высоте опор до 2,5 м устраивают из одного поперечного ряда свай
без каких-либо поперечных скреплений. При высоте опор 3—4 м
сваи соединяют горизонтальными и диагональными поперечными
схватками.
Если высота опор более 4 м и глубина воды более 1,5 м, по
длине моста через 20—25 м устраивают башенные опоры (рис. 14.8,
в), а также укосины и укосные сваи или наклонные сваи подобно
опорам железнодорожных мостов.
14.4. Клееные и клеефанерные пролетные строения
В последнее время в качестве пролетных строений автодорож-
ных мостов применяют клееные и клеефанерные конструкции.
Клееные конструкции изготавливают из пиломатериалов, склеен-
ных специальными атмосферостойкими, водо- и биостойкими син-
тетическими клеями, обладающими высокой прочностью и долго-
вечностью. Такими клеями являются фенольные, резорционные и
фенольно-резорционные. Для склеивания древесины с металлом
применяют эпоксидные клеи. С помощью клееных конструкций
можно образовывать элементы различного поперечного сечения
необходимых прочности и жесткости.
Многослойные клееные элементы более прочны, чем обычные
деревянные тех же размеров, так как при склеивании тонких пи-
ломатериалов древесину с сучками, косослоем и другими поро-
ками удаляют или равномерно рассредоточивают по длине эле-
мента, а в наиболее ответственных местах применяют отборную
древесину.
В крайних зонах клееных балок применяют пиломатериал 1-го
сорта. К тому же при склеивании древесину покрывают водостой-
ким клеем, что лучше предохраняет ее от усушки и разбухания
и делает практически малоизменяемой при транспортировании и
хранении. Толщина досок для клееных конструкций не должна
превышать 3,3 см для главных балок и 4,3 см для остальных эле-
ментов при влажности не более 12%. Склеиваемые поверхности
тщательно строгают.
Для автодорожных мостов можно с успехом применять клее-
ные балки прямоугольного (рис. 14.9, а) и двутаврового сечений
(рис. 14.9,6). Балки прямоугольного сечения (рис. 14.9, а) просты
в изготовлении, надежны в работе. Такие балки склеивают из ук-
ладываемых друг на друга досок и перекрывают пролеты до 12—
16 м. Высоту клееных главных балок принимают 1/10—1/15 проле-
та, ширину Ь прямоугольных балок — не менее 1/6 h.
Стыки досок должны быть рассредоточены как в поперечном
сечении балки, так и по ее длине. В наиболее напряженных се-
чениях балки допускается стыкование не более одной доски.
330
Рис. 14.9. Сечения клееных и клеефанерных балок и стыки нх элементов:
а, 6, в, г - поперечные сечення клееных балок; О. е — сечения мнжннх и верхних поясов
балок; ж, з, и, к, л — устройство стыков у досок в клееных конструкциях;
/ — доски; 1 бакелнзнровапная фанера; 3. 4 — доски поясов
Расстояние между стыками ио длине должно быть не менее 20
толщин наиболее толстой стыкуемой доски. Продольные стыки
досок располагают вразбежку таким образом, чтобы расстояние
между ними в смежных рядах было не менее 4 см. ПролеТные
строения длиной до 30 м перекрывают клеефанерными балками.
В таких балках вертикальную стенку делают из бакелизирован-
ной фанеры толщиной не менее 10 мм. При небольших пролетах
стенку устраивают одиночной (рис. 14.9, г), а при больших ее
лучше делать двойной (рис. 14.9, в). При двойной стенке умень-
шаются касательные напряжения в ней и увеличивается площадь
331
11 10
Рис. 14.10. Клееные мостовые балочные конструкции:
1 — двойкой дощатый настил; 2 — поперечина; 3 — диафрагма между балками; 4 — брус
жесткости; 5 — клееная балка; 6 -- асфальтобетон покрытия; 7 -- клееная деревоплита;
в — железобетонная плита; 9 — упор; 10 — металлические уголки; 11 — поперечные свя-
зи; 12 — хомут металлический; 13 — стык досок «на ус»; 14 — то же впритык
клееных швов, прикрепляющих ветви поясов к листам вертикаль-
ной стенки.
Устойчивость фанерной стенки обеспечивается постановкой
брусчатых ребер жесткости по бокам одиночной стенки или в за-
зор между листами при двойной стейке. Для защиты от атмо-
сферной влаги на верхний пояс наклеивают лист фанеры
(рис. 14.9, е).
Небольшие пролеты моста (5—6 м) можно перекрывать клее-
ной плитно-ребристой конструкцией из досок, уложенных на реб-
ро. Пролетные строения такого типа целесообразно делать из го-
товых блоков заводского изготовления. В пролетных строениях с
клееными балками конструкция проезжей части может быть про-
стейшей — из уложенных на балки поперечин, поддерживающих
двойной дощатый настил (рис. 14.10, а). Возможна также кон-
струкция в виде клееной деревоплиты (рис. 14.10, б), покрытой
сверху слоем асфальтобетона или пластбетона. Клееную дерево-
плиту надо собирать из блоков, изготовленных на заводе. Приме-
няют также железобетонную плиту (рис. 14.10, в).
Клееные сваи (рис. 14.10, г) имеют сечение размером до
40X40 см, а длину — до 20 м. Составляют их из досок, склееных
между собой. Изготавливают также и клееные шпунтины. Клее-
ные сваи и шпунтины хорошо выдерживают ударные воздействия
332
при забивке, имеют сравнительно небольшую массу и достаточно
долговечны. Поперечное сечение свай может быть прямоугольным
и двутавровым. Стыки между досками как в поперечном сечении,
так и по длине располагают вразбежку, причем крайние доски
стыкуют в ус или зубчатым стыком, а в средней части доски могут
сопрягаться простым стыком впритык. Концам свай придают
заострение, которое может укрепляться металлическим башмаком.
Головная часть клееных свай во избежание размочаливания
укрепляется металлическим хомутом (бугелем).
Примером конструкции пролетного строения автодорожного
моста длиной 15 м из унифицированных блоков заводского изго-
товления могут служить приведенные на рис. 14.11 детали моста.
Блоки пролетного строения имеют прямоугольное сечение высотой
126 см, соединены попарно сборными диафрагмами на стальных
тяжах. Сверху по балкам устанавливают сборные блоки дерево-
плиты, которая покрыта асфальтобетоном. Деревоплиту присоеди-
няют к балкам посредством шурупов, ввинченных в верхнюю
часть балок, а между собой доски сбивают гвоздями. Для улуч-
шения связи деревоплиты с асфальтобетонным покрытием устраи-
вают специальные штыри.
Рис. 14.11. Конструкция клееного пролетного строения:
— клееная балка; 2 — деревоплита; S — диафрагма; 4 — покрытие из асфальтобетона;
S — тяжи диафрагм
333
опоры:
Рис. И Л 2. Конструкция сборной клееной
/ — дополнительная стойки (клееный брус) рамы: 2 — наклонная схватка: 3 клееная
рама: < — насадка: 5 — свая; 6 подкладка
Опорные части для клееных балок применяют резинометалли-
ческого типа или из дерева. Диафрагмы выполняют прямоуголь-
ного сечения через 4—6 м. Толщина диафрагм 17 см, высота
105 см.
Тротуары пролетных строений предусмотрены шириной 1 или
1,5 м. Сборные опоры опытной конструкции (рис. 14.12) состоят
из клееных рам шириной 1,6 м и высотой 4 м. Рамы устанавли-
вают вплотную друг к другу по ширине моста, сверху соединяют
схватками, а внизу закрепляют на клееных подкладках.
14.5. Мостовое полотно деревянных мостов
Мостовое полотно деревянных железнодорожных мостов обыч-
но устраивают на поперечинах — мостовых брусьях (рис. 14.13).
Рельсы укладывают на подкладки и прикрепляют костылями к
поперечинам. Между рабочими рельсами укладывают контррель-
сы или контруголки, назначение которых направлять сошедший
с рельсов подвижной состав.
Для исключения сдвига поперечин вдоль моста, а также для
направления подвижного состава, который сошел с рельсов, уста-
навливают охранные (противоугонные) брусья или уголки. Их
располагают на расстоянии 300—400 мм от наружной грани путе-
вого рельса. Соединение охранных брусьев к поперечинам осу-
334
ществляют взаимной врубкой и болтами, так чтобы верхняя точка
этого болта была ниже верхней рабочей поверхности рельса не
менее чем на 5 мм.
Поперечины укладывают на прогоны, так чтобы расстояние в
свету между поперечинами составляло 10—15 см. Между контр-
рельсами по настилу из досок с зазорами 3 см насыпают щебень
или гравий для уменьшения опасности возгорания. На мостах
длиной более 20 м или высотой более 5 м, а также на всех мостах
и путепроводах, расположенных вблизи станций, устраивают
тротуары с перилами. Тротуары имеют настил из четырех досок
сечением 20X5 см.
490/2_____________________ '____________лгс/L
Рис. 14.13. Конструкция мостово-
го полотна деревянного моста с
одноярусными прогонами из
брусьев:
а — поперечны!) разрез пролетного
строения с перилами; б — то же без
перил; о — фасад с перилами;
/ — мостовой брус длинный; 2 — на-
стил; 3 — то же короткий; 4 — охран-
ный брус; 5 — рельс; б -- контр-
рельс; 7 — щебень; 8 — прогон; 9 —
насадка; 10 — рамная опора
336
Рис. 14.14. Детали конструкции проезжей части автодорожных мостов:
/ — прижимное бревно; 2 — накатина; 3 — прогон; 4 — пластина: 5 — щебень или гра-
вий; 6 — глина; 7 — продольный верхний настил; 8 — поперечный настил; 9 — коротыш;
Ю — продольный нижний настил; 11 поперечина'. 12 — составной прогон; 13 — сжим;
!4 — анкер; 15 — дерсвоплита; 16 — гвозди; И — асфальтобетонное покрытие
На мостах под автомобильную дорогу тип полотна проезжей
части назначают в зависимости от характера и интенсивности
временной нагрузки и размещения прогонов. Конструкцию проез-
жей части деревянных автодорожных мостов обычно делают
деревянной.
На местных дорогах мосты могут иметь простейший настил
{рис. 14.14, а) из ряда накатин или пластин (рис. 14.14, б), не-
посредственно уложенных на прогоны. Накатины или пластины
закрепляют прижимными бревнами, которые служат одновремен-
но и колесоотбойными (бордюрными) элементами.
Для распределения давления от колес автомобилей накатины
(пластины) иногда покрывают сверху слоем из щебня или гравия
толщиной 10—12 см (рис. 14.14, в). Однако чаще устраивают
верхний настил из досок, работающих на износ и распределяющих
сосредоточенные давления от подвижной нагрузки (рис. 14.14, а).
Такую конструкцию проезжей части обычно устраивают па мостах
336
со сближенными (разбросными) прогонами (рис. 14.14, д) или
бревенчатыми поперечинами (рис. 14.14, е).
Более совершенным является настил из деревоплиты, покры-
той слоем асфальтобетона (рис. 14.14, яс). Деревоплиту делают
из досок, уложенных на ребро и сшитых между собой горизон-
тальными гвоздями. Доски применяют разной ширины так, что
после укладки поверхность деревоплиты получается гребенчатой,
чем обеспечивается связь с асфальтобетонным слоем.
Тротуары деревянных мостов обычно устраивают повышенны-
ми. Настил тротуаров лучше делать с продольным расположени-
ем досок, более удобным для пешеходов. Толщину досок тротуар-
ного пастила обычно принимают 5 см. Доски продольного настила
укладывают на короткие поперечные подкладки (коротыши) из
отесанных бревен или брусьев, лежащие на концах поперечин.
В связи с ростом скоростей и интенсивности движения автомо-
билей на дорогах необходимы надежные ограждения проезжей
части от опасности выезда автомобилей на тротуар. Такими ог-
раждениями могут быть, например, повышенные бордюры. Перила
состоят из перильных стоек, укрепленного на них поручня и рас-
положенных ниже поручня элементов перильного заполнения. От
случайных наездов перила защищают по концам моста вертикаль-
ными или наклонными столбами — надолбами. В случае отсутст-
вия тротуаров проезжую часть окаймляют колесоотбойными (бор
дюрными) брусьями или бревнами, с которыми связывают периль-
ные стойки.
Поверхности настила для стока воды придают продольный
уклон не более 2—3% и двускатный поперечный уклон 1,5—2%.
Воду спускают под мост с помощью водоотводных трубок или
лотков. В мостах с сосредоточенными прогонами поперечины рас-
полагают реже и делают их из более толстых бревен. Поверх по-
перечин укладывают двойной дощатый настил.
Доски нижнего настила укладывают с зазорами 2—3 см для
лучшего проветривания. Верхний настил может быть поперечным
и продольным. В большинстве случаев применяют продольный
Рис. 1Ч.1Б. Сопряжение деревянного моста с насыпью:
I — деревянный щит; 2 — дорожное покрытие; 3 — глиняная подушка; 4 — обшивка за-
борной стенки; 5 — свая заборной стенки; 6 — свая крайней опоры
337
верхний настил (см. рис. 14.14, г), более удобный при укладке и
позволяющий использовать доски различной длины.
Одной из мер, смягчающих толчки, возникающие при въезде
на мост, является устройство деревянного щита, уложенного в
песчаный слой на небольшой глубине под поверхностью дороги
(рис. 14.15, а). Распределяя сосредоточенное давление колес про-
ходящих автомобилей, такой щит обеспечивает более плавный их
переход с насыпи на мост при просадках земляного полотна, выз-
ванных постепенным его уплотнением (рис. 14.15, б, в). Конец
щита, обращенный к мосту, опирают на заборную стенку. Нали-
чие щита в сопряжении насыпи с мостом не устраняет просадки,
а только сглаживает их.
14.6. Деревянные опоры и ледорезы
Для мостов с большими пролетами требуются мощные опоры,
которые могут воспринять большие вертикальные и горизонталь-
ные нагрузки. Такие опоры могут быть использованы как времен-
ные под металлические и железобетонные пролетные строения.
Если грунты допускают забивку свай, то применяют свайные
Рис. 14.16. Конструкция свайно-рамной опоры заводского изготовления (заштри-
хованы детали, выполненные на заводе)
338
и свайно-рамные опоры. В случаях когда забивка невозможна,
применяют рамно-лежневые или ряжевые опоры. Рамно-свайные
опоры более применимы, чем свайные, так как они позволяют
применять стандартные рамы заводского изготовления и обеспе-
чивать различные размеры опоры по высоте.
Пример конструкции деревянной свайно-рамной опоры желез-
нодорожного многопролетного моста, отвечающей условиям инду-
стриального строительства, показан на рис. 14.16. Свайные рост-
верки приняты из круглого леса, а рамные надстройки — из
стандартных брусьев сечением 22X22 см, за исключением опор-
ных брусьев сечением 24X24 см и верхних насадок сечением
22X24 см.
Основной конструктивный блок опоры — четыре рамы из эле-
ментов, изготавливаемых на заводах или стройдворах. Каждая
рама состоит из двух стоек, распорных крестов и распорок, объ-
единенных двумя горизонтальными металлическими тяжами со
стяжными муфтами. ч
Монтаж опоры начинают с укладки брусьев прокладного ряда,
два из которых имеют большую длину и проходят на подкосные
сваи. На прокладном ряде устанавливают нижние обвязки, а за-
тем и четыре рамы, из которых две располагают в поперечном и
две — в продольном направлениях. Отличительная особенность
такой конструкции опор — отсутствие продольных и поперечных
диагональных и горизонтальных схваток, которые заменены рас-
порными крестами, распорками и тяжами рам.
При необходимости увеличения высоты опор до 6—12 м при-
меняют многоярусные рамы (рис. 14.17). Их применяют для про-
летных строений длиной 23—33,6
Для ускорения монтажа рам-
ной надстройки рамы предвари-
тельно объединяют в пространст-
венные или плоские блоки, раз-
меры которых зависят от высоты
опоры, грузоподъемности мон-
тажных средств. Рамы в блоках
соединяют болтами.
Рамно-лежневые опоры отли-
чаются от рамно-свайных тем, что
опираются на лежни вместо
свайного основания. Лежни рас-
полагают на прочном грунте,
специальной каменной подушке,
бетонной или каменной кладке.
На реках, замерзающих зи-
мой, деревянные опоры защища-
ют от повреждения льдом. Ледо-
Рис. 14.17. Многоярусная рамная
339
Рис. 14.18. Ледорезы с наклонным режущим ребром:
I - - льдина; 2 — наклонный нож; 3 — обшивка; 4 — подкос в плоскости боковых рядов
свай; 5 — горизонтальная схватка: 6 — куст свай; 7 — одиночная свая; в — подкос
шатровой части; 9 — подкос с плоскости среднего ряда; 10 — наклонная насадка боковых
свай
резы устраивают для дробления ледяных полей, предохранения
от ударов льдин и направления плывущих льдин в пролеты моста
(рис. 14.18,а). Так как лед обычно интенсивнее всего идет в наи-
более глубокой части русла, где скорости течения больше, то с осо-
бым вниманием надо защищать от ледохода речные опоры моста,
и на поймах в большинстве случаев опоры могут иметь более
легкие ледорезы. Как правило, ледорезы не связывают с опорами
моста, чтобы не передавать им и пролетным строениям сотрясений
от ударов льдин.
При слабом течении ледорезы располагают на расстоянии
1.5—2 м от опор, а при быстром —до 4—4,5 м. Ширину ледореза
делают равной размеру опоры или несколько большей ее.
Ледорезы, установленные непосредственно перед опорами мос-
та, называют предмостными. На реках с особо сильным ледохо-
дом выше по течению на расстоянии 30—50 м ставят еще ряд
аванпостных ледорезов, воспринимающих на себя первые наибо-
лее сильные удары больших ледяных полей.
Конструкция и основные размеры ледорезов зависят от силы
ледохода, ширины защищаемых опор и уровней ледохода. На ма-
лых реках со слабым ледоходом могут быть применены простей-
340
шие ледорезы в виде кустов из нескольких свай, забитых в грунт
на глубину не меньше 3—4 м. Сваи скрепляют между собой хо-
мутами и болтами. Верх свай должен возвышаться над уровнем
самого высокого ледохода не меньше чем на 0,8—1 м.
Для ограждения более широких опор применяют кустовые ле-
дорезы с крыльями. Такой ледорез имеет режущее ребро из куста
свай, позади которого забиты еще парные сваи, раздвинутые на
ширину, соответствующую ширине защищаемой опоры (рис. 14.18,
б). Эти сваи связывают с передним кустом подкосами и обшивкой
из досок или пластин, образующих крылья.
Благодаря клиновидной (в плане) форме ледорезы с крыльями
надежно предохраняют опоры при относительно слабом ледоходе.
При более интенсивном ледоходе устраивают ледорезы с наклон-
ным режущим ребром. Встречая на своем пути наклонный нож
ледореза, льдины под влиянием инерции скользят по нему и, под-
нявшись из воды, разламываются от действия собственного веса
(см. рис. 14.18, а).
Наклон режущего ребра при ледоходе средней интенсивности
составляет от 1 : 1,5 до 1 : 2, при сильном ледоходе —от 1 : 2 до
1 :2,5. Верх режущего ребра должен возвышаться над уровнем
самого высокого ледохода на 1—1,5 м, чтобы льдины не могли
перескочить через ледорез. Нижний конец режущего ребра рас-
полагают ниже уровня самого низкого ледохода не менее 0,75 м,
чтобы плывущие льдины, погруженные более чем наполовину в
воду, всегда попадали своей нижней поверхностью на наклонный
нож ледореза.
Прочность ледореза и распределение ударов льдин на сваи
обеспечивают постановкой подкосов и схваток. Боковые поверхно-
сти ледореза защищают деревянной обшивкой.
В случаях когда дно реки не допускает забивки свай, возво-
дят ряжевые ледорезы, аналогичные по своей конструкции ряже-
вым опорам.
14.7. Подмости, их назначение и характеристика
Подмости устраивают для разных этапов строительства мос-
та, например, бетонирования монолитных конструкций, для уста-
новки готовых сборных элементов мостов в проектное положение
и ДР-
Деревянные подмости представляют собой простейшие кон-
струкции деревянных мостов и могут быть стоечного (рис. 14.19,
а), подкосного (рис. 14.19, б) и ригельно-подкосного (рис. 14.19,
в) типов.
Стоечные подмости выполняют с расстоянием между опорами
2—3 м, а подкосные и ригельно-подкосные — до 6—9 м. В попе-
341
речном сечении схема подмостей определяется конструкцией про-
летного строения.
Стойки или сваи опор подмостей, прогоны и подкосы размеща-
ют под главными балками пролетного строения.
Верхняя часть подмостей, устраиваемая для бетонирования,
представляет собой плотный пастил из досок, который обычно
-служит опалубкой пиза главных балок. Настил укладывают по
поперечинам из брусьев или окантованных бревен, уложенных на
прогоны. Применение стальных прогонов дает возможность уве-
личить расстояние между опорами подмостей и сократить объем
работ и расход лесоматериала.
В подмостях предусматривают устройства (приборы) для рас-
кружаливапия, с помощью которых подмости опускают после за-
твердения бетона швов собираемой конструкции.
В стоечных подмостях приборы для раскружаливания устанав-
ливают под прогонами или под рамами опор. Основания опор
подмостей под нагрузкой должны иметь минимальные осадки.
При расположении подмостей на сухом месте при достаточно
плотном грунте устраивают основания лежневого типа из шпал
или окантованных бревен.
Лежни укладывают непосредственно на грунт или на отсыпан-
ную песчано-гравелистую подушку. Предварительно убирают рас-
тительный слой и площадку для размещения лежней тщательно
планируют.
Необходимо предусмотреть мероприятия по защите подушки
и основания под лежни от размыва водой.
В слабых грунтах для подмостей речных пролетов применяют
свайные опоры. При глубине воды более 3 м сваи укрепляют под-
нодными связями или забивают их через каркасы.
Разновидностью поддерживающих сооружений для изготовле-
ния арочных конструкций являются кружала. По конструкции
342
кружала выполняют тех же типов, что и обычные подмости, но
верхняя часть их очерчена по кривой свода или арок, что дости-
гается применением различной длины стоек. К кружалам предъ-
являются повышенные требования по точности изготовления и
жесткости их конструкции, так как даже незначительные откло-
нения оси арок от заданного проектного положения могут вызвать
повышение напряжений в отдельных сечениях конструкции. Кру-
жала обычно делят на две основные части: нижнюю—подмости
и верхнюю, состоящую из кружальных ферм. Между ними распо-
лагают приборы для раскружаливания. Кружала, как правило,
представляют собой сложные инженерные конструкции, их рас-
чет — проектирование и особенно возведение требуют тщательнос-
ти и высокой квалифицированности исполнения. Вследствие боль-
шого расхода пиленого лесоматериала, повышенной пожарной
опасности и трудоемкости изготовления деревянные арочные кру-
жала в настоящее время не применяют, а используют инвентарные
металлические конструкции.
Вопросы для самопроверки по гл. 14
1. Какие лесоматериалы применяют для проектирования деревянных мостов?
2. Какие существуют основные конструкции деревянных железнодорожных
и автодорожных мостов?
3. Как устраивают прогоны деревянных мостов?
4. Какие преимущества перед деревянными прогонами имеют металлические
пакетные пролетные строения?
5. Что относится к клееным конструкциям деревянных мостов и каковы их
преимущества перед обычными конструкциями?
6. Каковы особенности устройства мостового полотна деревянных мостов?
7. Когда и какие применяют опоры деревянных мостов?
8. С какой целью устраивают ледорезы и каковы их основные конструкции?
9. Какие существуют конструкции деревянных подмостей и каково их наз-
начение?
Глава 15
РАСЧЕТ ДВ>ЕВЯННЫХ МОСТОВ
15.1. Общие сведения
Конструкции деревянных мостов рассчитывают по первой груп-
пе предельных состояний: на прочность, устойчивость формы, а
также на устойчивость против опрокидывания. Динамический ко-
эффициент (1-Ьн) ПРИ расчете сечений элементов деревянных
мостов под железную дорогу принимают равным 1,0, а при рас-
чете сопряжений— 1,2.
Автодорожные и городские мосты рассчитывают без учета
динамического коэффициента.
343
Таблица 15.1
Напряженное состояние и характеристика элементов Обозначение Расчетное сопротивление. МПа, при влажности
25%^ *25%
Изгиб: элементов из бревен естественной Rdb 17,7 15,2
коннчности элементов из брусьев н окантован- 15,7 13,7
ных бревен доски настила 13,7 П.8
Растяжение вдоль волокон Rdf 11 8 9,8
Сжатие и смятие вдоль волокон Rdc< Rdqs 14*7 11,8
Сжатие н смятие поверхности поперек Rdq 1.77 1.47
волокон Смятие местное поперек волокон: в лобовых врубках при длине пло- Rdqp 3,1 2,5
щадки смятия до 15 см под шайбами при углах смятия от 3,9 з.з
90 до 60° Скалывание (наибольшее) вдоль воло- Rdab 2,35 2.15
кон при изгибе Скалывание (среднее по площадке) в соединениях на врубках, учитываемое в пределах длины ие более 10 глубнн врез- ки н двух толщин брутто элемента: вдоль волокон Rdam 1,57 1.47
поперек волокон Rdsm 0,78 0,69
При определении усилий и моментов в элементах моста услов-
но расчленяют пространственную конструкцию на отдельные
плоские системы без учета податливости этих элементов. Узловые
соединения разрешается считать шарнирными; укосины, диаго-
Та блица 15.2
Вид напряжешюго состояния Обозначение Расчетное сопротивление. МПа
Изгиб бруса Rdb 17,7 12,7
Растяжение вдоль волокон Rdt
Сжатие вдоль волокон Rdc 15,7
Смятие > * Rdq* 14,7
Сжатие и смятие всей поверхности поперек волокон Rdcq, Qdqq 1,96
Смятие местное поперек волокон: в опорных плоскостях конструкции Rdqp 2,50
под шайбами при углах смятия от 90 до 60° Rdqp 4.31
Скалывание наибольшее вдоль волокон по клеевым Rdaf 1.47
швам при изгибе Скалывание поперек волокон по клеевым швам 0.78
нальные связи и раскосы условно считают не воспринимающими
вертикальных усилий.
Прогоны балочных мостов, элементы нижнего настила (доски,
накатины и др.), поперечины проезжей части автодорожных и
городских мостов рассчитывают как разрезные.
Расчетные сопротивлении древесины сосны 1-го сорта в зави-
симости от влажности приведены в табл. 15.1. Дли древесины
сосны 2-го сорта расчетные сопротивления принимают менее уста-
новленных дли 1-го сорта на 30% — при растижении вдоль воло-
кон и на 10% — при всех других видах напряженных состоиний.
Расчетное сопротивление древесины смятию и скалыванию
под углом а и направлению волокон определяют по формуле:
где На। и Ra2 — расчетные сопротивления смятию и скалыванию соответствен-
но вдоль н поперек волокон (aj=O н 02=90°).
Расчетное сопротивление местному смятию поперек волокон
(кроме смятия в лобовых врубках и под шайбами, см. табл. 15.1)
на части длины элемента при длине незагружаемых участков не
менее площадки смятия н не менее толщины элемента определяют
по формуле:
Кй)а -I- /g+ J 2 ) •
где I. — длина площадки смятия вдоль волокон древесины.
Если в расчетных сечениях элементов имеется ослабление
врубками или врезками, то основные расчетные сопротивлении
умножают на коэффициенты условий работы, равные 0,80 для
растянутых элементов; 0,85 — для изгибаемых элементов из бру-
сьев; 0,90 — то же из бревен.
Расчетные сопротивления клееной древесины сосны при толщи-
не склеиваемых досок 33 мм и высоте элементов до 50 см прини-
мают по табл. 15.2.
В случае применения в клееных конструкциях досок толщиной,
отличной от 33 мм, расчетные сопротивления умножают на коэф-
фициенты условий работы, равные 1,10; 1,05; 0,95 соответственно
при толщине досок менее 19, 26 и 43 мм. Для древесины других
пород (кроме сосны) расчетные сопротивления, приведенные в
табл. 15.1 и 15.2, умножают на коэффициенты перехода из
табл. 15.3.
Плотность древесины сосны, ели, не пропитанной антисепти-
ками, принимают 0,6 т/м3, пропитанной — 0,7 т/м3, соответственно
дуба и лиственницы — 0,8 и 0,9 т/м3, бакелизированной фанеры —
1,1 т/м3. Модули упругости древесины всех пород при сжатии и
345
Таблица 15.3
Породы
Ель
Лиственница
Пихта
Дуб
Ясень, граб
Бук
растяжению, изгибу, сжатию сжатию и смятию
и смятию вдоль поперек волокон скалыванию
волокон
1.0 1.0 1.0
1,2 1.2 1.0*
0,8 0,8 0,8
1.3 2,0 1.3
1.3 2,0 1 6
1.1 1.6 L3
• Для клееных конструкций — 0.9.
растяжении вдоль волокон, а также при изгибе принимают рав-
ными для обычной древесины при определении деформации: от
постоянных нагрузок — 8340 МПа; от временных нагрузок
9810 МПа, для клееной древесины при определении деформаций
от любых нагрузок — 9810 МПа. Модуль упругости древесины при
сжатии поперек волокон принимают 392 МПа. Расчетные сопро-
тивления стальных элементов деревянных конструкций принимают
по табл. 11.1; 11.2 и 13.4. Модуль упругости стальных элементов
принимают £=2-0,6-105 МПа.
15.2. Расчет элементов балочных мостов под железную дорогу
Расчет балочных железнодорожных деревянных мостов рассмотрим на
примерах расчета их отдельных элементов. Балочное пролетное строение с рас-
четным пролетом 3 м состоит из восьми прогонов, расположенных в одном яру-
се н выполненных из брусьев ссчсннем 22x28 см (см. рнс. 14.6). Материал —
сосна аптнеептнрованная с плотностью 0,6 т/м3. Влажность древесины менее
25%.
Вес мостового полотна с двумя тротуарами на деревянных поперечинах
7,85 кН/м. Собственный вес прогонов
8-0,22-0,28-1,0-0,69=3,44 кН/м.
Общая постоянная «нагрузка р=7,85 +3,44 = 11,29 кН/м.
Момент от постоянной нагрузки
15,2 кН-м,
где у/ — коэффициент надежности по нагрузке для постоянной нагрузки (л. 2.10
СНиП 2.05.03-84).
Нормативная временная вертикальная железнодорожная нагрузка для де-
ревянных мостов — класса К—10; равномерно распределенная эквивалентная на-
грузка для Х=/=3,0 м н а=0,5; Vi=211,5 кН/м для а=0; Vs=241,7 кН/м;
динамический коэффициент для расчета сечений 1+ц=1,0 и коэффициент на-
дежности по нагрузке для временной нагрузки у/ = 1,29 (п. 2.23 СНиП 2.05.03-
84). С учетом значительной жесткости мосторого полотна расчетный изгибающий
346
момент в прогонах определяем без учета упругого распределения поперечинами
временной нагрузки. Расчетный изгибающий момент в середине пролета от вре-
менной нагрузки
И) V.F
306 кН-м.
Полный расчетный изгибающий момент М<|=Л1г+Лк = 15,24-306=
= 321,2 кН-м.
Момент
восьми прогонов нетто
8b/i® 8-22-28®
W'.U
23000 см®,
где b н h — соответственно ширина и высота сечения прогона.
Прочность прогона на изгиб по I группе предельных состояний проверяем
по формуле о = < Rm, где Rm — расчетное сопротивление изгибу элс-
W„f
ментов из брусьев при влажности древесины менее 25% (см. табл. 15.1)
32 120
°23000 ’ ,4° КН/СМ = М ’° МПЭ < Rdb15 ’7 МПа’
Прочность прогона на скалыванне проверяем по наибольшей поперечной си-
ле от постоянной и временной нагрузок. Касательные напряжения при изгибе
определяем по формуле
QgSbr
т~~ , , < Rdab,
Ibrb
где R<t„b— расчетное сопротивление древесины на скалывание (см. табл. 15.1).
Поперечная сила от постоянной и временной нагрузок
о OIO _Ei₽L. 1,2-11,29.3
Стах = Ср -I' Се +---------Г ~ ~ 4"
1,29-1,0.241,7-3
—------!-------:-- = 479,2 кН.
Поперечная сила, передаваемая на одни прогон.
Qd=-
Статический момент верхней
тельио нейтральной осн
(сдвигаемой) части сечения прогона относн-
„ М3
22-28®
------- -. 2156 см®.
Момент инерции одного прогона относительно нейтральной оси
, Mi® 22-28® „ „ ,
lbr = — =------------- = 40 245 см®.
Касательные напряжения
т = 40 245 22 -°-148 кН/см* =1,4 МПа </?л6 = 2,35 МПа.
347
Вертикальный прогиб прогона определяем от нормативной временной рав-
номерно распределенной эквивалентной нагпузкн без коэффициента надежности
по нагрузке и динамического коэффициента по второй группе предельных сос-
тояний по следующей формуле:
ЗЫЕ1Ьг * 400 ‘
здесь — I — допускаемый вертикальный прогиб деревянных пролетных строений
400
железнодорожных мостов;
Е — модуль упругости древесины при определении деформации от вре-
менных нагрузок, равный 9810 МПа.
Момент инерции восьми прогонов
7=8-40 245=321960 см*.
Прогиб
5-211.5-300* Л , 1 1
f------------------0,71 см --------/< ------/.
' 384-9810-321960 430 400
Расчет насадки. Насадку рассчитываем на смятие в местах сопряжения с
прогонами и стойками по формуле
о < Rdg.
где Na— опорная реакции от вертикальной нагрузки одного пролета;
IPYr + l.YfO I (11,29-1,2+ 211,5-1,29-1,2)-|- 514 кН.
Величины р, у/, V| определены при расчете прогонов. Динамический коэф-
фициент для расчета сопряжений (1+р) = 1,2.
Площадь опирания восьми прогонов сечением 22x28 см на насадку сече-
нием 26 X28 см
Л,=8-22-28=4928 см2
Условие прочности проверяем по указанной выше формуле
Nd 514
<т = —= ------- 0,104 кН/см2 1.02 МПа < 1,77 МПа.
Ад 4928
Для расчета сопряжения насадки со стойкамн определяем реакцию от на-
грузки с двух пролетов. Тогда Х=/=2-3=6 м; У8=170,7 кН/м; у/=1.30—
—0,003=1,28 (т. 2.23 СНиП 2.05.03-84);
2-3
Ndt- (11.29-1.2+170,7-1.28-1,2)—— =824 кН.
Площадь опирании на местное смятие поперек волокон н местах опирания
насадки определяем по формуле
. N‘-
•
Здесь расчетное сопротивление местному смятию по части длины элемента
определяем по формуле
-^('+ ТГГг)"»““(1+Т5ТТт)1-2“2-68
где /п,= 1,2 — коэффициент условий работы (п. 6.39 СНиП 2.05.03-84).
348
Площадь опирания насадкн на четыре стойки сечением 28x28 см.
Лв=4-28-28=3136 см®.
Условие прочности на смятие поперек волокон в местах опирания насадки
A'd. 824
<т =------ = —---= 0,26 кН/см2 .2.55 МПа < 2.68 МПа.
Aq 3136
При размещении прогонов в один ярус насадка загружена равномерно рас-
пределенной нагрузкой по длине насадки от опорной реакции с двух пролетов.
Для расчета насадки, как н для прогонов, динамический коэффициент 1 +р=
= 1,0.
Нагрузка с двух пролетов
2 • 3,0
(11,29-1,2+170,7-1,28-1,0)----696 кН.
Эта нагрузка по длине насадкн распределяется на расстояние, равное ши-
рине восьми прогонов и шести прокладок между ними шириной 10 см:
6=8-22+6-10= 236 см.
Равномерно распределенная нагрузка по длине насадкн
696
4 ’ b 236
Момент в насадке определяем, как в простой балке, с учетом неразреэнос-
тн введением коэффициента 0,7:
Ма — - —
2,9 кН/см.
0,7-2,9.85*
—----j------ 1833 кН • см,
где I — расстояние между крайней н средней стойками рамы, равное 0,85 м.
Момент сопротивления насадкн
3,50 см*.
Условие прочности насадки на изгиб
о- 0,58 кН/сй*=5,65 М11а< 15.7 МПа.
Расчет стойки опоры. Стойку проверяем на сжатие с учетом продольного
изгиба. Свободная (расчетная) длина стойки 1=6,0 м, полная опорная реакция
от нагрузки с двух пролетов, определенная при расчете насадкн, Ма=696 кН.
Раднус инерции сечения стойки 28X28 см
где / — момент инерции сечения стойки;
А — площадь сечения ее.
Гибкость Х=//г=600/8,12 =74 >70.
Коэффициент понижения несущей способности (продольного изгиба)
3000 3000
ЙГ -°-55-
Условие устойчивости положения стойки
349
Рис. 15.1. Схема опоры моста для
расчета на устойчивость
Hj-2,7 НС^5, НгЗ,ОМ
о= —/-
Следовательно,
696
o^SiS" ,<н/“’=
3,8 МПа < 14,7 МПа.
Значительный запас прочности и
устойчивости четырех стоек опоры объ-
ясняется тем, что сечение их определе-
но нз условия прочности по смятию на-
садки поперек волокон.
Проверка устойчивости опоры про-
тив опрокидывания. Расчетная схема
для такой проверки приведена на рис.
15.1. Устойчивость опоры проверяем при
нахождении на мосту порожнего под-
вижного состава. Снлы, опрокидываю-
щие мост:
а) от давления ветра на подвижной состав
F1 = f£(//I/w.-l,77-3,0-3,0-l,5-0.5 12 кН,
где Fb = 1,77 кПа — интенсивность горизонтальной поперечной ветровой на-
грузки;
Н, — высота подвижного состава, м;
V/—коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,5 (п. 2.32 СНиП
2.05.03-84);
?) —коэффициент сочетания нагрузок, равный 0,5 (п. 2.2 СНиП 2.05.03-
84);
б) от давления ветра на проезжую часть
F» FbHtlVi4 1,77 0,65-3,0-1,5 0,5 2.5 кН,
где Ht—высота проезжей части (прогонов, поперечин, рельса), равная 0,65 м.
в) от давления ветра «а опору
Fa FbH3b0lly^ - 1.77-2.7-0.48 1,5 0,5 1.7 кН.
где Нъ—высота опоры;
Ьои — ширина опоры по фасаду моста;
Ми — момент опрокидывающих сил относительно точки возможного поворо-
та (О)
M„ -Flhl-l-Fvht I FJi3 -12-5,35 + 2,5-3.02+1,7-1,35 - 64,2 +
+ 7,55 1-2.3-74,05 кН-м.
Силы, удерживающие мост от опрокидывания:
а) от веса порожнего подвижного состава интенсивностью 13,7 кН/м
Л,=13,7-3,0=41,10 кН;
б) от веса проезжей части на длине I с коэффициентом надежности по на-
грузке у/=0,9:
Ма-р/У1=11.29-3,0-0.9=.31 кН,
где р—постоянная нагрузка (нз расчета прогона на прочность);
в) от собственного веса опоры
Ms=l/onYwV/ = 0,90-6,9-0,9=5.7 кН.
350
Удерживающий момент относительно точки О
(41,104-314 5,7)2,0-155,60 кН-м.
Проверка устойчивости против опрокидывания
М„ с —— Мг;
Vi.
74,05 < -уу- 155,60; 74,05 кН м< 141.4 кН-м,
где т—коэффициент условий работы при проверке конструкций, опирающихся
яа отдельные точки в стадии постоянной эксплуатации, равный 1,0
(п. 1.40 СНиП 2.05.03-84);
Y>i — коэффициент надежности по назначению, принимаемый равным 1,1 в
стадии постоянной эксплуатации.
15.3. Расчет элементов балочных автодорожных мостов
Элементы конструкции проезжей части автодорожных дере-
вянных мостов рассчитывают на нагрузку от одиночной оси, рав-
ную 108 кН с шириной ската 60 см и расстоянием между ними
Рис. 15.2. Расчетные схемы проезжей части автодорожных мостов
351
поперек моста 1,9 м. Простейший настил из пластин или накатин
(рис. 15.2, а) рассчитывают без учета его неразреэности и незна-
чительного собственного веса, как простую балку пролетом /, рав-
ным расстоянию между осями прогонов.
Момент в середине пролета от действия временной нагрузки
где у/ — коэффициент надежности по нагрузке;
Ро— нагрузка от колеса одноосной тележки;
b — ширина ската (обода) колеса.
Сечение элемента настила подбирают из условия прочности
где UZut — момент сопротивления сечения настила с учетом подтесок и ослабло
иия от износа 2—3 см;
Rat—расчетное сопротивление древесины на изгиб. При двойном дощатом
настиле верхний настил не рассчитывают в нз услоння износа назнача-
ют его толщиной 5—6 см.
Нижний несущий настил из досок рассчитывают, как простую
балку с расчетным пролетом /, равным расстоянию в свету между
крайними точками площадок опирания на поперечины, увеличен-
ному на толщину доски 6, т. е. (рнс. 15.2, б), но не более
расстояния между осями поперечин /о- Если нижний настил вы-
полняют из пластин или накатин, то расчетный пролет равен рас-
стоянию между осями прогонов. Сосредоточенную нагрузку от
колеса тележки Рп считают распределенной верхним настилом
па несколько досок нижнего. При продольном размещении досок
верхнего и нижнего настилов считают, что при ширинах ската
60, 40 и 30 см усилие от колеса передается соответственно на 4; 3
и 2,5 несущих доски. При взаимно перпендикулярном расположе-
нии досок настилов упругое распределение нагрузки от колеса
верхним настилом на нижний принимают приближенно, если ниж-
ний настил лежит поперек движения, равным половине давления
колеса Р. При продольном нижнем настиле нагрузку принимают
равной Р/4, Р/3 или Р/2,5 при ширинах колеса соответственно
60, 40 и 30 см. Расчетный изгибающий момент в элементах ниж-
него настила из накатин, пластин или досок от нагрузки от коле-
са тележки
Md=(/—0,5с).
чп
где п — число элементен настила, на которые передается давление;
с —длина распределения нагрузки на элемент нижнего настила (см. рнс.
15.2, б).
Поперечины рассчитывают как разрезные балки с пролетом,
равным расстоянию между осями прогонов. Стыки досок рабоче-
352
го настила обычно укладывают со стыками вразбежку, а поэтому
при расчете поперечин учитывают упругое распределение усилий
от колес автомобили. В зависимости от соотношения жесткостей
пастила и поперечин нагрузка колеса распределяется на три и бо-
лее поперечины и зависит от коэффициента
где с — расстояние между осями поперечин;
1п— момент инерции поперечины;
/ — расстояние между осями прогонов, т. е. пролет поперечин;
/и — момент инерции досок нижнего настила.
Если К^Чз, то сосредоточенная нагрузка Ро распределяется
па три поперечины (рис. 15.2, в):
Р Н-2К р 1 р
*' 3-| 2К °’ 3'= 34-2К °'
Если коэффициент 0,055К< Чз, то Ро распределяется на
пять поперечин, а при /(<0,055—на семь. Расчетный изгибаю-
щий момент в поперечине от постоянной и временной нагрузок
определяют по формуле
I I (/-0.5b),
’ где gB, g—давления на поперечину от веса настила н собственного веса по-
перечины;
Y/I. Ун, У/з — коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для веса
настила, собственного веса поперечины н временной нагрузки;
Pi — нагрузка на одну поперечину с учетом упругого распределения;
b — ширина, на которую распределяется давление, передающееся по-
перечине (см. рис. 15.2, в).
По полученному моменту подбирают сечение. Расчет прогонов
начинают с размещения временной нагрузки А8 в виде двухосных
тележек с нагрузкой на ось Р=9,81 кН и равномерно распреде-
ленной нагрузки интенсивностью V. Кроме этого, прогоны загру-
жают гусеничной нагрузкой НГ-60 общим весом 588 кН и прове-
ряют на действие одиночной оси весом 108 кН. Для этого времен-
ную нагрузку устанавливают в самое невыгодное положение в
поперечном направлении и определяют коэффициент поперечной
установки. Обычно наиболее сильно работающим прогоном ока-
зывается один из средних прогонов при расположении над ним
продольного ряда колес одной из колонн автомобилей и установке
второй колонны возможно ближе к первой.
Коэффициент поперечной установки Кт для сосредоточенных
прогонов определяют «по закону рычага» без учета упругого рас-
пределения.
353
Рис. 15.3. Схемы загруження прогонок автодорожных мостов
Нагрузка на прогон А (рис. 15.3, а) от одного ряда осей
Р=2Р0:
Л=0,5р(| +
Отсюда коэффициент поперечной установки от осевой нагрузки
тележек
Воздействие от равномерно распределенной нагрузки V на две
полосы движения, расстояние между осями которых, должно быть
не более 3,0 м с учетом коэффициента поперечной установки
/Л=0,5у(1 I- -у- +“) ~УК«.
В случае загружения моста (рис. 15.3, б) гусеничным грузом
наибольшие нагрузки на прогон возникнут при расположении од-
ной из гусениц над рассматриваемым прогоном с соблюдением
_________________________________________________ ь%
следующего условия: У1 = Уг или ~ •
354
' При ширине гусеницы b и давлении на 1 м ее длины Рг нагруз-
ка, передающаяся на I м прогона А,
Р- РгК,\
где Кг — коэффициент поперечной установки для гусеничной иагрузкн.
Определив коэффициенты поперечной установки, вычисляют
наибольшее значение изгибающего момента в наиболее загружен-
ном прогоне. Для этого необходимо выявить наиневыгоднейшее
положение нагрузки па пролетном строении моста. Согласно
п. 2.12 СНиП 2.05.03-84 пролетное строение загружают тележками
с осевой нагрузкой Р=78,48 кН, одной осью с нагрузкой 108 кН
и равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью V. При
пролетах примерно до 4 м более опасным будет загружение оди-
ночной осью (рис. 15.3, в). Прогоны деревянного моста с пролета-
ми более 4 м проверяют на нагрузку из двух осей при таком их
расположении, когда середина пролета находится на равных рас-
стояниях от равнодействующей /? всех находящихся на пролетном
строении грузов и ближайшего к ней груза (рис. 15.3, г). Тогда
наибольший изгибающий момент в прогоне возникает под одной
из осей. Момент от постоянных нагрузок
М„, (Yfig.il Yfsg l-Y/sgi) .
где g., / — соответственно собственный вес н пролет прогона. Остальные обоз-
начения те же, что н при расчете поперечины.
Моменты от временных нагрузок:
при нахождении одной оси тележки
при размещении двух осей тележек наибольший момент воз-
никает под одной из осей и составляет
; R=2P ,5 3.
а от постоянной нагрузки в том же сечении
(р—с2)
М,а= (Yfigi.+V/sg+Yftgi) -g---•
Таким образом, общий изгибающий момент при действии од-
ной оси посередине пролета
= М П1 -| - М Вр1,
355
а при действии двух осей
= Afnl-J-AfBP2.
При проверке прогонов па действие гусеничной нагрузки при
пролетах, мепыиих длины опорной части гусениц, изгибающий
момент
р
Мг~РгКг— ,
а для пролетов, превышающих опорную длину гусениц
(рис. 15.3, <?),
Мг=РгКг (/—0,5ьг) ,
где Рг —давление на одну гусеницу;
Кг—коэффициент поперечной установки гусеничной нагрузки;
Ьт — длина опорной площадки гусеницы.
В расчете на прочность принимают тот момент, который равен
наибольшему из вычисленных.
Прогиб прогонов определяют от временной нагрузки по фор-
мулам:
от сосредоточенного груза
, KS3
' WEI ’
от действия гусеничной нагрузки при пролете прогона, мень-
шем длины гусеницы,
' 384Е/ ’
от действия гусеничной нагрузки при пролете прогона, превы-
вышающем длину гусеницы,
где Е—модуль упругости древесины;
/ — момент инерции сечения прогона.
Вертикальные прогибы пролетных строений не должны превы-
шать примерно ggjj- /, углы перелома на опоре не должны быть
более 0,02 от действия нагрузки АК и не более 0,036 — от гусе-
ничной. В мостах с разбросными прогонами большое значение
имеет упругое распределение элементами проезжей части сосре-
доточенных нагрузок от временной нагрузки. Это упругое распре-
деление учитывают методом, аналогичным приведенному в расче-
те поперечин.
356
Расчет клееных и клеефанер-
ных конструкций имеет некото-
рые особенности. Изгибаемые
клееные элементы на прочность
рассчитывают по формуле
Мр п
Чм.
Wutmbm^
где ть, г>1ф — коэффициенты условий
работы элементов на из-
гиб. Коэффициент /ль за-
висит от высоты н ши-
рины балки (табл. 15.4);
/м«ь — коэффициент условий ра-
боты на изгиб, прини-
маемый для балок пря-
моугольного сечения
ранным 1,0, а для дву-
тавровых балок — 0,8.
В расчетах клеефанерных кон-
струкций, в состав которых вхо-
дят материалы с разными моду-
лями упругости (например, обыч-
ная древесина и бакелнзирован-
ная фанера), принимают приве-
денные сечения, т. е. с геометри-
ческими характеристиками, при- Рнс. 15.4. Схема к расчету клеефа-
веденными к одному материалу. нерпой балки
Коэффициент приведения — это
отношение модуля упругости материалов. Так, площадь сечения
/1цр.<)> клеефанерной балки (рис. 15.4), приведенная к фанере,
Лцр.ф — Лф4-/1Д .
где Л®, Ая — площади сечения соответственно фанерных в деревянных элементов;
Еф, Ед — модули упругости соответственно фанерных и деревянных элемен-
тов.
Аналогичным способом можно определить приведенные к фа-
нере или дереву статические моменты сечения Slip. ф и Snp. д или
Таблица 15.4
Ширина балкн. Коэффициент ть при пысоте балки, см
14—50 со 70 ДО 100
Менее 14 j 1.0 1.0 0,9 0,85
14 и более 1,15 1,05 1.0 0.9 0,85
357
моменты инерции /пр. ф и /пр.я. Положение нейтральной оси сече-
ния у0 определяют из условия:
У $пр-ф ^пр-д
Ллр.ф ^пр.д
а напряжения в балке по формулам:
для фанерных элементов сечения
Муф D .
<тф=- —------ с
'пр-Ф^н
для деревянных элементов сечения
Муд
Од < Rdb.
'пР.дО’н
Двутавровые фанерные балки со стенками из бакелизирован-
ной фанеры проверяют на скалывание по формулам:
в стенках по нейтральной оси балки
СдЗпр.ф .
—-----— < Rdaf.
^пр-Ф®
по клеевым швам между стенкой и полкой
QdSiiP-Д _ „
где Q.i — расчетная поперечная сила н сечении;
5пр.ф, Хпр.д—статические моменты отсеченной части балки, приведенные соот-
ветственно к фанере н древесине;
6 — толщина фанерной стенки;
Ь — высота пояса;
/лр.ф, 1пр.к — моменты инерции сечения, приведенные соответственно к фанере
в древесине;
Rdat—расчетное сопротивление на скалывание вдоль волокон по клее-
ным швам, ранное 1,47 МПа.
Прогиб клееных балок определяют так же, как и обычных
конструкций, но при определении прогиба клеефанерных балок,
имеющих тонкие вертикальные стенки, расчетный изгибающий
момент увеличивают на 20%.
Вопросы для самопроверки по гл. 1Б
1. Как определяют расчетные сопротивления древесины для различных нап-
ряженных состояний?
2. В чем заключается расчет прогонов моста?
3. Как рассчитывают насадки деревянных опор моста?
4. Как проверить устойчивость опоры?
5. Каковы особенности расчета клееных конструкций?
358
РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ
ВОДОПРОПУСКНЫЕ ТРУБЫ. ЛОТКИ И ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ
Глава 16
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБАХ И ЛОТКАХ
16.1. Виды водопропускных труб. Назначение их размеров
Водопропускные трубы — наиболее распространенный вид
искусственных сооружений. Число их на железных дорогах в рай-
онах с различным рельефом местности составляет 0,3—0,9 трубы, а
на автомобильных—1,0—1,4 трубы на 1 км трассы. В целом трубы
составляют 75% общего количества искусственных сооружений на
дорогах и 40- 45% стоимости общих затрат на постройку искус-
ственных сооружений.
Прежде при постройке дорог были распространены каменные
и бетонные трубы, но в начале XX в. стали применяться и железо-
бетонные трубы. В 1936 г. были разработаны первые типовые
круглые железобетонные трубы диаметром 1—2 м звеньями дли-
ной 1 м для железных дорог.
С 1962 г. получили распространение типовые унифицирован-
ные сборные железобетонные трубы, разработанные Ленгипро-
трансмостом.
Первые металлические трубы были чугунными, в дальнейшем
их вытеснили стальные гофрированные (гибкие) трубы. В России
первые гофрированные металлические трубы появились в 1875 г.
диаметром 0,53 и 1,07 м. Металлические трубы подвержены вред-
ному воздействию агрессивных вод, блуждающих токов, атмосфер-
ной и грунтовой коррозии. Однако специальными мероприятиями
по защите металла от коррозии удается увеличить срок службы
их до 40—50 лет и более.
Железобетонные трубы долговечнее металлических, так как
они менее подвержены вредному воздействию агрессивных вод,
особенно в случаях, когда отсутствуют металлические элементы в
стыковых соединениях. На заводах освоена технология изготовле-
35»
Рнс. 16.1. Конструктивные элементы
труб:
/ - пхидиоП оголовок; 2 — с|>сдипс сек-
ции трубы; 3 — выходной оголопок
ния круглых железобетонных
звеньев труб диаметром до 1,5 м
на вибростанках.
Водопропускная труба — это
искусственное сооружение, пред-
назначенное для пропуска под
насыпями дорог небольших по-
стоянно или периодически дейст-
вующих водотоков. В отдельных
случаях трубы могут использо-
ваться в качестве путепроводов, для прогона скота и т. п.
Расход воды в трубе не должен превышать, как правило, 80—
100 ms/c. При проектировании дороги, особенно при малых высо-
тах насыпи, часто приходится решать вопрос выбора одного из
двух возможных сооружений — малого моста или трубы. Если тех-
нико-экономические показатели этих сооружений примерно одина-
ковы, предпочтение отдается трубе, так как наличие трубы в на-
сыпи не нарушает непрерывности земляного полотна и верхнего
строения пути; эксплуатационные расходы на содержание трубы
меньше, чем малого моста.
Влияние подвижного состава при высоте засыпки над трубой
более 2 м на нее резко снижается, а затем по мере увеличения
высоты насыпи практически теряет свое значение.
Основные элементы водопропускных труб (рис. 16.1): средняя
часть (собственно труба), состоящая из секций, оголовки входной
и выходной и фундаменты. Секции воспринимают давление от веса
грунта насыпи и расположенной на ней временной нагрузки. Это
давление неодинаково по длине трубы — оно увеличивается к се-
редине и уменьшается к оголовкам. Поэтому осадки трубы тоже
неравномерны и, чтобы предупредить образование трещин и дру-
гие повреждения, секции жестких труб (железобетонных, бетонных
и каменных) вместе с фундаментами разделяют деформационными
швами, расположенными друг от друга на расстоянии до 5 м.
При возведении трубе придают строительный подъем в про-
дольном направлении по круговой кривой со стрелой подъема
*/«>—‘/во от высоты насыпи с тем, чтобы предотвратить при эксплу-
атации образование впадины в середине трубы и застоя воды.
В зависимости от материала звеньев трубы могут быть камен-
ные, бетонные, железобетонные, металлические (чугунные, сталь-
ные гофрированные), деревянные.
Деревянные трубы строят только в качестве временных соору-
жений на обходах, временных путях и т. п. Не применяют в нас-
тоящее время и каменные трубы, так как они не отвечают совре-
менным требованиям индустриализации строительства.
По очертанию отверстия трубы могут быть круглые, прямоу-
гольные, овоидальные, эллиптические, арочные, а также треуголь-
360
ные и трапецеидальные (только деревянные); по числу отвер-
стий — одно- двух-, и многоочковые.
По характеру протекания воды в трубах могут быть следующие
гидравлические режимы: напорный, полунапорный и безнапорный.
Напорные трубы, работающие на всем протяжении полным сечени-
ем, в ряде случаев оказываются экономичнее безнапорных, но
сложность обеспечения водонепроницаемости между звеньями тела
трубы и неблагоприятные условия работы насыпи как плотины ог-
раничивают их применение.
Возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы над
поверхностью воды в ней при расчетном расходе и безнапорном
режиме должно быть: в круглых и сводчатых трубах высотой до
3 м не меньше */« высоты трубы в свету; высотой больше 3 м — не
менее 0,75 м; в прямоугольных трубах высотой до 3 м — не ме-
иее */в высоты трубы в свету; высотой больше 3 м — не меньше
0,5 м. Эти возвышения определяют на входе в трубу и в трубе,
а для труб с повышенными звеньями — также на входе в нормаль-
ное звено.
В гофрированных трубах возможен частично напорный режим,
при котором труба на участке, примыкающем к входу, работает
полным сечением и на остальной части имеет свободную поверх-
ность.
Оголовки труб предназначены для обеспечения плавного входа
и выхода водного потока. Увеличивая этим водопропускную спо-
собность труб, они поддерживают откосы насыпи и предотвра-
щают продольные деформации трубы от воздействия горизонталь-
ного давления грунта насыпи. Известны следующие типы оголов-
ков: портальные, состоящие из вертикальной стенки, перпендику-
лярной к оси трубы (рис. 16.2, а); коридорные с параллельными
стенками постоянной высоты и развернутыми в начале оголовка
(рис. 16.2, б); раструбные с откосными крыльями переменной вы-
соты, расходящиеся от оси трубы (рис. 16.2, в); воротниковые со
срезанным параллельно откосу насыпи концевым звеном трубы
(рис. 16.2, г); обтекаемые в виде выступающего из насыпи усечен-
ного конуса с плоской пятой, называемые коническими оголовка-
ми (рис. 16.2, б). Наилучшие условия протекания воды обеспечи-
а) б) в) г) S)
Рис. 16.2. Типы оголовков труб
361
Рис. 16.3. Железобетонные трубы:
: коническим входным звеном; б — с повышенным входным зв<
I — оклеечнан гидроизоляция; 2 — обмазочная гидроизоляция
вают раструбные оголовки в сочетании с коническим или повышен-
ным входным звеном (рис. 16.3).
Металлические трубы часто строят без оголовков с наклонной
срезкой конца трубы параллельно откосу насыпи или с удлинени-
ем трубы до основания откосов насыпи.
Фундаменты труб, обеспечивающие равномерное распределение
давления на грунт и объединение звеньев трубы в продольном на-
правлении, делают сборными из бетонных блоков или монолитны-
ми бетонными.
Звенья железобетонных и бетонных дорожных труб отверстием
до 1,5 м, а также металлические трубы укладывают на щебеночно-
песчаную или гравийно-песчаиую подушку, а при благоприятных
инженерно-геологических условиях — на спрофилированное естес-
твенное основание; такие трубы называют бесфундаментными.
Оголовки труб устанавливают на бетонные или железобетонные
фундаменты, заложенные ниже глубины промерзания. Наружные
поверхности железобетонных и бетонных труб покрывают обмазоч-
ной или оклеечной гидроизоляцией (см. рис. 16.3).
Основная характеристика трубы — ее отверстие, определяющее
водопропускную способность. Очертание и форму отверстия трубы
принимают по конструктивным соображениям, а водопропускную
способность определяют гидравлическим расчетом. Полученные
расчетом гидравлические характеристики должны обеспечивать
нормальное протекание воды, чтобы в трубе и у оголовков не воз-
никало таких скоростей воды, которые могли бы привести к пов-
реждению трубы и размывам грунта насыпи, подводящего и от-
водящего русел.
По строительным и эксплуатационным качествам трубы пред-
почтительнее малых мостов, но в суровых климатических условиях,
362
в частности на Байкало-Амурской магистрали, применение труб
часто ограничивалось в связи с наличием наледей или пучинистых
грунтов в основании труб. В этих районах целесообразно примене-
ние труб только на сухих логах и постоянных водотоках, на кото-
рых исключена возможность появления наледей, а также под вы-
сокими насыпями, когда постройка моста нецелесообразна.
В настоящее время наибольшее распространение получили
сборные железобетонные и бетонные типовые унифицированные
трубы. Железобетонные круглые трубы имеют отверстие от 0,5 до
2,0 м и прямоугольные — от 1,5 до 6,0 м.
Отверстие и высоту в свету труб назначают, как правило, при
длине их до 20 м не менее 1,0 м, а при длине трубы больше 20 м —
1,25 м.
Трубы на автомобильных дорогах II категории допускается
устраивать отверстием не менее 0,75 м при длине трубы до 15 м, а
при длине до 30 м — не менее 1,0 м.
Отверстия труб на железных и автомобильных дорогах в райо-
нах со средней температурой наружного воздуха наиболее холод-
ной пятидневки ниже минус 40 °C назначают не менее 1,5 м неза-
висимо от длины трубы с работой их по безнапорному режиму.
В местах образования наледей применяют прямоугольные трубы
отверстием не менее 3,0 м и высотой не менее 2,0 м с сооружени-
ем противоналедных устройств. При наличии ледохода или кар-
чехода трубы не применяют.
В северной строительно-климатической зоне нецелесообразно
строить напорные и полунапориые трубы, потому что при значи-
тельных расходах воды возникает опасность проникания ее че-
рез стыки звеньев, что в большие морозы может вызвать разруше-
ния.
Одноочковые и многоочковые металлические гофрированные
трубы применяют отверстием 1; 1,5; 2 и 3 м, наибольшее распрос-
транение получают безоголовочные трубы диаметром 1,5 м. Осо-
бенностью металлических гофрированных труб является малая по-
перечная жесткость. Однако деформации от внешних нагрузок ог-
раничены воздействием на трубу отпора грунта, который обеспечи-
вают правильной засыпкой ее грунтом с трамбованием.
Высокая гибкость сплошной по длине гофрированной конструк-
ции позволяет ей воспринимать деформации грунтового основа-
ния и укладывать ее на грунтовую подушку без фунда-
мента (рис. 16.4). Это создает уменьшение стоимости строитель-
ства иа 30—40 % по сравнению с железобетонными трубами и по-
вышает производительность труда в 2—2,5 ра4а.
Минимальную высоту насыпи в месте расположения трубы оп-
ределяют исходя из следующих условий: отметка бровки насыпи
в месте расположения трубы должна обеспечивать минимальную
толщину засыпки иад трубой, которая на железных дорогах сос-
363
Рис. 16.4. Основание под металлической гофрированной трубой:
— при грунтовоП подушке: б — при устроПстве подбивки;
I — грунт основания; ’ - подушка; 3 подбивка
тавляет не менее 1 м, считая от подошвы рельса до верха конструк-
ции звена, а на автомобильных дорогах 0,5 м от верха проезжей
части по оси дороги до верха конструкции звена.
Бровка земляного полотна у трубы должна возвышаться над
уровнем подпертых вод с учетом аккумуляции, соответствующей
наибольшему расходу для железных дорог и расчетному расходу
для автомобильных дорог не менее чем на 0,5 м, а для труб от-
верстием 2 м и более при напорном и полунапорном режимах —
не менее чем на 1 м.
Возвышение высшей точки внутренней поверхности круглых
труб в любом сечении над уровнем воды при максимальном рас-
ходе и безнапорном режиме должно быть не менее ‘Д высоты тру-
бы, не превышающей 3,0 м, и не менее 0,75 м при высоте трубы бо-
лее 3,0 м. В прямоугольных трубах высотой до 3,0 м указанное
выше расстояние должно быть не менее 76 высоты трубы, а при
высоте трубы более 3,0 м — не менее 0,5 м.
Обязательным и важнейшим конструктивным элементом при
сооружении трубы является укрепление подводящего и отводящего
русел. Вместе с проводимой унификацией конструкций водопропу-
скных труб, кроме старых видов укреплений (каменные отсыпки
и мощение), были рекомендованы следующие виды укреплений,
кроме районов вечной мерзлоты:
1 — бетонными квадратными плитами размером 49х49Х10см
со срезанными углами, укладываемыми па щебеночное основание
толщиной 10 см;
2 — бетонными призматическими плитами (блоками П-2);
3 — монолитным бетоном классом по прочности на сжатие не
ниже В20 толщиной не менее 8 см;
4 — одиночным мощением и каменной наброской. Тип крепле-
ния выбирают с учетом скорости протекания воды, а также в ре-
зультате технико-экономического обоснования.
364
16.2. Конструкции бетонных и железобетонных труб
Для изготовления элементов сборных железобетонных труб
применяют тяжелый гидротехнический бетон со средней плотнос-
тью 21,6—23,5 кН/м3 с классом по прочности на сжатие не ниже
В20 и маркой бетона по морозостойкости, как для конструкций,
находящихся в зоне переменного уровня воды F не ниже 200 для
районов с умеренным климатом и Г не ниже 300 цля районов с
суровым и особо суровым климатом.
В качестве вяжущих материалов применяют портландцемент:
сульфатостойкий, пластифицированный и гидрофобный. Для по-
вышения пластичности бетонной смеси в нее добавляют концентра-
ты сульфатно-дрожжевой бражки (СДБ) в количестве 0,2 % от
массы цемента и нейтрализованной воздухоотвлекающей добавки
(СНВ) в количестве 0,005—0,05%.
Арматуру применяют классов A-I, А-П и А-П1, которую назна-
чают в зависимости от климатических условий применения и тех-
нико-экономического обоснования. Сталь марки 10ГТ применяют
при различных сочетаниях температуры и условий изготовления
каркасов (сварных и вязаных) в северных условиях.
Швы между звеньями и секциями конопатят паклей, пропитан-
ной битумом, и покрывают с наружной стороны полосой оклвеч-
ной гидроизоляции шириной 20 см и с внутренней стороны заде-
лывают цементным раствором. Сборные унифицированные бетон-
ные трубы бывают одно- и двухочковые на сплошных и раздель-
ных фундаментах (рис. 16.5). Блоки перекрытий в виде
железобетонной плиты, а также блоки насадки, стен и фундамен-
тов изготавливают на заводах или полигонах и только лотки бето-
нируются на месте. Через 3—6 м по длине трубы устраивают швы
между секциями для возможности осадок каждой из них само-
стоятельно от давления насыпи и неоднородности грунтов основа-
ния.
Бетонные трубы применяют обычно на постоянных воДотоках,
так как сооружение в этих условиях тонкостенных конструкций
может вызвать быструю коррозию арматуры. Недостатком бетон-
ных труб является сравнительно
сокая трудоемкость работ.
Сборные унифицированные
железобетонные трубы состо-
ят из элементов, изготавливае-
мых на заводах или полигонах
и перевозимых к месту по-
стройки железнодорожным или
автомобильным транспортом.
Длина звеньев 1—2 м. Вход-
большой расход арматуры и вы-
Рис. 16.5. Сборные унифицированные
бетонные трубы
365
Рис. 16.6. Типы фундаментов под круглыми звеньями:
/ — монолитный бетон; 2 — оклеенная гидроизоляция; 3 — лекальный блок; 4 — нижние
блоки фундамента; 5 — обмазочная изоляция; 6 — гравнПно-песчаная подушка
ные и выходные оголовки из условий унификации применяют оди-
наковыми. При непучинистых грунтах глубина заложения фунда-
мента оголовка должна быть не менее 1,25 м, при скальных поро-
дах— менее 1,25 м. При наличии пучннистых грунтов глубина
заложения фундаментов оголовочного звена, портальной стенки и
откосных стенок должна быть на 0,25 м больше расчетной глуби-
ны промерзания в районе строительства.
Среднюю часть трубы делят на секции до 5 м (чаше всего 3 м)
и располагают на фундаментах из сборного бетона, железобетона,
на гравийно-песчаной подушке или без фундаментов.
Основным типом фундамента для средних звеньев труб на же-
лезных дорогах является фундамент из бетонных блоков (рис. 16.6,
а). Верхний ряд сборных фундаментов делают из лекальных же-
лезобетонных блоков. Иногда применяют фундаменты из моно-
литного бетона. Глубину заложения фундамента под средними
звеньями назначают в пределах 0,5—1,5 м. При наличии прочных
грунтов основания звенья бесфундаментных труб укладывают на
гравийно-песчаную подушку (рис. 16.6, б) толщиной не менее
0,4—0,5 м, а в грунтах с высокой несущей способностью — непос-
редственно на спланированный грунт.
В зависимости от отверстия, высоты насыпи и вида временной
нагрузки (автомобильной и железнодорожной) круглая железо-
бетонная труба имеет звенья с различной толщиной стенки. Так,
например, для круглых звеньев диаметром 1,25 м под автомобиль-
ную дорогу расчетная высота насыпи принята равной 4, 8 и 20 м,
а толщина стенки звена соответственно 12, 14 и 18 см. Для
звеньев такого же диаметра и с такой же толщиной стенки, но для
труб под железную дорогу расчетная высота насыпи меньше на
1 м, т. е. 3,7 и 19 м.
В железобетонных круглых трубах существенным недостатком
является опирание круглых звеньев на фундамент; применение
лекальных блоков не всегда обеспечивает равномерное опирание
366
Рис. 16.7. Армирование круглого звена трубы диаметром 1,25 м для высоты
иасып-н железной дороги до 7 м и автомобильной до 8 м
звеньев, что вызывает разрушение как лекальных блоков, так и
звеньев. Учитывая это, в опытном порядке были применены круг-
лые трубы с плоской пятой (рис. 16.6, в).
Таблица 16.1
Отверстне круглой трубы.ы Расчетная высота насыпи для трубы, ы т^»^на Расход арматуры на
желсзнодо- автодорожной
1,о «3 «4 10 0,35 36,8
1.0 3,1—6 4 1 В 12 0,42 46,8
1.25 <3 «4 12 0,52 49,5
1.25 3,1—7 4 1—8 14 0,61 73,0
1.25 7,1—19 8’1—20 18 0,81 111,4
1.5 «3 «4,5 14 0,72 66,7
1.5 3,1-8 4,6—9 16 0,84 109.2
1.5 8,1—19 9,1—20 22 1,19 157,5
2,0 <3 <5 16 1,09 104.4
2,0 3,1-8 5,1—9 20 1,38 169,0
2,0 8.1—19 9,1—19 24 1,69 363,9
367
Звенья круглых труб армируют двойной рабочей спиральной
арматурой и распределительными продольными стержнями (рис.
16.7). Наружную и внутреннюю арматуру соединяют в общий кар-
кас стяжками-хомутами. Обе спирали содержат одинаковое коли-
чество витков, определяемое расчетом. Поперечную арматуру ус-
танавливают, конструктивно. Интенсивность армирования, объем
и толщина звена типовой круглой трубы для различных высот на-
сыпей приведены в табл. 16.1.
Для падежного опирания звеньев на плоский фундамент при-
меняют лекальные блоки (рис. 16.8). Армируют их арматурными
сетками по конструктивным соображениям. Армирование звеньев
•с плоским основанием (пятой) осуществляют также двумя спи-
ралями и сетками, армирующими плоское основание (рис. 16.9).
Портальную стенку или портальный блок для удобства сопряже-
ния с оголовком раструбного типа в круглых трубах устраивают
снаружи прямоугольным или квадратным.
Рис. 16.9. Армирование звена с плоским основанием:
» — спираль наружная; 2 — то же внутренняя; 3 — сетка армирования плоского основа-
ния; 4 — хомут
368
Прямоугольные трубы выполняют из звеньев в виде замкнутой
рамы отверстием от 1 до 4 м высотой от 1,5 до 2,5 м при высоте
насыпи на железных дорогах до 19 м, на автомобильных доро-
гах — до 20 м.
Для увеличения пропускной способности на входе в трубу уст-
раивают раструбный оголовок с повышенным входным звеном, а
на выходе — с нормальным звеном (см. рис. 16.3, б).
На водотоках с небольшим расходом воды допускается уст-
ройство оголовка с нормальным звеном и на входе в трубу. Обыч-
но повышенные звенья выше нормальных на 0,5 м, а длина повы-
шенного оголовка 3 м. Длину секций средней части трубы назна-
чают 2 и 3 м. Толщина стенок и ригелей от 10 до 40 см.
Фундаменты применяют трех типов в зависимости от рода
грунтов основания. Так, например, при условном сопротивлении
грунтов свыше 0,3 МПа применяют железобетонные фундаменты
мелкого заложения 1 типа. Фундаменты 2 и 3 типов из бетонных
блоков или монолитного бетона устанавливают преимущественно
на железных дорогах на грунтах всех разновидностей.
Рис. 16.10. Армирование сварными сетками прямоугольного звена трубы отвер-
стием 2 м при высоте насыпи до 10 м
369
При слабых грунтах осно-
вания принимают меры по уси-
лению их химическими средст-
вами, механическим уплотне-
нием или устройством свайных
или столбчатых фундаментов.
При наличии грунтов с доста-
точной несущей способностью
среднюю часть трубы соору-
жают без бетонных фундамен-
тов на гравийно-песчаной по-
душке толщиной не менее
70 см. Прямоугольные звенья
труб армируют каркасами,
расположенными у наружной
и внутренней поверхностей
стенок и ригелей (рис. 16.10).
При армировании отдельными
стержнями предусматривают отгибы стержней в соответствии с ха-
рактером работы стенок и ригеля.
Кроме круглых и прямоугольных, применяют овоидальные тру-
бы (рис. 16.11) отверстием 1; 1,25; 1,5; 2 м во всех районах терри-
тории СССР, кроме районов распространения вечномерзлых грун-
тов, па водотоках без наледеобразования. Овоидальные трубы
армируют в виде одной замкнутой спирали (при отверстии до
1,5 м) ив виде двух спиралей — при отверстии 2,0 м.
16.3. Конструкции металлических гофрированных труб
Металлические гофрированные трубы имеют диаметр от 1,5 до
3 м для пропуска периодически действующих водотоков. Па пос-
тоянных водотоках они допускаются па железных дорогах в рай-
онах со средней температурой воздуха в зимний период выше ми-
нус 5°С, а на автомобильных дорогах III—V категорий и времен-
ных железнодорожных обходах — без ограничения. Высота на-
сыпи может быть допущена до 13 м.
Укладывают металлические гофрированные трубы на грунто-
вую подушку, которую выполняют из разнозернистого песка, гра-
вия, смеси гравия со щебнем толщиной 0,4—0,7 м. Ширину по-
душки назначают равной сумме диаметра трубы и двух глубин за-
меняемого грунта. Грунтовая призма (рис. 16.12) состоит из
гранулированных и связных грунтов с уплотнением до 0,95 мак-
симальной стандартной плотности. Как правило, металлические
гофрированные трубы в СССР не имеют оголовков, их укладыва-
ют с вертикальными или срезанными параллельно откосу насыпи
370
Рис. 16.12. Металлическая гофрированная двухочковая труба отверстием 2x1,5 м:
t — верхняя отметка грунтовой призмы: 2 — труба; S — бетонный блок э>д>ана; 4 — ле-
кальный бетонный блок; 6 — гравийно-песчаная подушка: 6 — асфальтовый лоток; 7 —
грунтовая призма
торцами, так чтобы конец трубы выходил за пределы основания на-
сыпи на расстояние 0,2—0,5 м. Применяют многоочковые трубы
(рис. 16.13), расположенные в два яруса и более.
Металл труб находится под воздействием временных нагрузок,
атмосферы, грунтовой коррозии, блуждающих токов. Твердые
частицы, находящиеся в воде, вызывают абразию металла. Поэ-
тому металл должен иметь повышенную коррозийную стойкость
и быть защищен специальными покрытиями. Этим требованиям
удовлетворяет медистая сталь 15 СП для труб в обычных условиях
и низколегированная марки 09Г2Д для труб в северной строи-
тельно-климатической зоне.
Трубы выполняют из стандартных волнистых листов размером
1760x975 мм толщиной 1,5; 2,0 и 2,5 мм с гофрами размером
130 x 32,5 мм (рис. 16.14). Все элементы и детали оцинковывают с
Рис. 16.13. Двухъярусная металлическая гофрированная труба отверстием
3X2,0 4-2X1,5 м:
I — насыпь; 2 — труба верхнего яруса; 3 — труба нижнего яруса; 4 — блок экрана;
б — лекальный блок; 6 — гравнйио-песчапая подушка
371
Рис. 16.14. Стальной гофрированный лист
толщиной покрытия не менее 80 мкм (внутреннюю и наружную
поверхности). Поперечные и продольные стыки выполняют вна-
хлестку на болтах (рис. 16.15). Кроме оцинковывания, трубы сна-
ружи защищают битумными мастиками типа МБР-65, пластбути-
леном, полимерными лакокрасочными материалами ЭП-1155 или
ЭП-5116. Лотки в трубах устраивают из монолитного, сборного бе-
тона или асфальтобетона. Угол охвата трубы лотком должен быть
пе менее 90°.
Конструкции труб, сооружаемых в суровых климатических ус-
ловиях. Кроме низких температур воздуха, глубокого сезонного
промерзания и значительного распространения вечномерзлых
грунтов в северной строительно-климатической зоне, часто наб-
Рис. 16.15. Стыки внахлестку на
болтах:
1 — ось трубы; 2 — продольный стык;
3 — поперечный стык
людается наличие слабых переув-
лажненных грунтов. Это вызывает
дополнительные силовые воздейст-
вия окружающего грунта на эле-
менты труб — пучение, оттаивание
мерзлоты, воздействие наледей. Эти
воздействия приводят к тому, что
трубы подвергаются различным де-
формациям в большей мере, чем в
обычных условиях.
Глубину заложения фундамен-
тов труб назначают не менее чем
на 0,25 м ниже расчетной глубины
промерзания грунтов, а при скаль-
ных, крупнообломочных гравийных
и крупнопссчаных грунтах — неза-
висимо от глубины промерзания.
По конструкции трубы в основ-
ном те же, что и для обычных ус-
ловий, но при наличии вечной мерз-
лоты особенности их устройства мо-
372
Рис. 16.16. Варианты труб на вечномерзлых грунтах:
/ — звено трубы; 2 — насадке; 3 — столб; 4 — железобетонная рама; S — анкерная
стенка; 6 — граница печной мерзлоты; 7 — фундамент — стена с анкерной плитой; в —
плита перекрытия; 9 — сборный лоток
гут быть следующие: фундаменты труб выполняют в виде одного
или нескольких рядов железобетонных столбов диаметром 0,6—
0,8 м, погруженных в пробуренные в грунте основания скважины
(рис. 16.16,а). Столбы объединяют насадками, на которые опи-
рают вышележащие детали трубы; при сравнительно близком за-
373
легаиии несжимаемых грунтов фундамент устраивают в виде же-
лезобетонных рам (рис. 16.16, б); фундаменты объединяют со
стенками тела трубы (рис. 16.16, в). В этом случае противодейст-
вие силам выпучивания обеспечивают за счет анкерной плиты в
нижней части стен — фундаментов. Сверху на эти стены уклады-
вают плиты перекрытия, а в нижней части — плиты лотка.
Гидроизоляция бетонных и железобетонных труб применяется:
оклеечная, армированная или обмазочная неармированная с при-
менением стеклоткани и мастик на основе тепломорозостойких би-
тумов с последующим нанесением защитного слоя и цементного
раствора. Металлические гофрированные трубы целесообразно по-
крывать эпоксидно-каучуковой мастикой ЭКК-ЮО в сочетании с
эпоксидно-каучуковым грунтом ЭКГ.
16.4. Лотки и трубы на косогорах
11а небольших водотоках с расходом воды до 4 м3/с при высоте
насыпи до 1—1,5 м, если невозможно построить трубу или отвести
воду в соседнее сооружение, устраивают лотки, отличающиеся от
труб отсутствием засыпки сверху. Железобетонные лотки (рис.
16.17) прямоугольного замкнутого или открытого сверху попереч-
ного сечения обычно имеют отверстие 0,75-1,25 м. Звенья их ук-
ладывают на бетонный фундамент, а при благоприятных геологи-
ческих условиях — на грунтовое основание. Открытые железо-
бетонные или деревянные лотки глубиной 1,5—1,8 м пригодны для
отвода верховой и грунтовой вод из выемок и оснований насыпей,
а также вместо кюветов в выемках, когда необходимо осушить
земляное полотно на глубину большую, чем это возможно с по-
мощью кюветов. В таких случаях железобетонные сборные лотки
делают в виде рам с заборными стенками нз железобетонных до-
сок с отверстиями диаметром 3 см или прорезями для собирания
воды.
Ряс. 16.17. Лотки
374
Рис. 16.18. Конструкция трубы на косогоре:
I — водобойный колодец; 2 — наклонная часть трубы; 3 — бетонный упор; 4 — нормаль-
ный участок трубы; 5 — выходной оголовок
К косогорным сооружениям относятся сооружения, располо-
женные на участках автомобильных дорог и железных дорог при
поперечных к оси дороги уклонах местности 0,02 и круче, а также
подводящие и отводящие русла и обустройства ко всем этим со-
оружениям.
В косогорных сооружениях формируется бурный поток. Их
строят обычно по типовому проекту (рис. 16.18). Косогорными бы-
вают трубы, мосты, быстротоки, гасители энергии водного потока,
водобойные колодцы и стенки, перепады. Основной тип косогор-
ных сооружений — это прямоугольные и трапецеидальные быс-
Жоки, которые можно сооружать с очень крутыми уклонами.
пления подводящих и отводящих русел, где развиваются на-
ибольшие скорости воды, должны обеспечивать сохранность соору-
жений и, следовательно, безопасность движения по дороге.
Русло потока у входа и выхода из трубы, конусы и прилегаю-
щие к трубе откосы насыпи защищают от размыва различными
типами укреплений. Наиболее распространенные из них — оди-
ночное и двойное мощение, монолитные или сборные бетонные
плиты.
Косогорные трубы сооружают из тех же типовых элементов, что
и равнинные. Звенья или секции трубы располагают ступенями
или наклонно в соответствии с уклоном местности. Расположение
труб на косогорах строго по уклону местности вызывает увеличе-
ние длины трубы, большой объем земляных работ, наличие боль-
ших скоростей течения воды и необходимость устройства сложных
и дорогостоящих гасителей энергии потока.
375
16.5. Основные принципы расчета труб
На трубы действуют постоянная нагрузка от веса грунта и на-
сыпи и временная железнодорожная, автодорожная, а в отдель-
ных случаях нагрузка от городских видов транспорта. Постоянная
и временная нагрузки создают вертикальное и горизонтальное да-
вления на трубу. Вертикальное давление насыпи определяют в
предположении, что на трубу передается вес расположенного на
ней грунтового столба и действуют направленные вниз силы тре-
ния по плоскостям, ограничивающим столб (рис. 16.19).
Такое предположение обусловлено тем, что осадка насыпи в
первый период после отсыпки происходит неравномерно — непо-
средственно над трубой осадка меньше, чем на участках, распо-
ложенных по ее сторонам. Создающиеся из-за разности осадок
грунта тилы трения будут действовать вниз. Следовательно, вер-
тикальное давление насыпи на трубу, кПа, оказывается больше, чем
вес расположенного нал трубой столба грунта, и определяется:
Ру —VfCvynH,
где у/—коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,3; (п. 2.10 СНиП
2.0Б.03-84);
Cv — коэффициент вертикального давления;
Yn — удельный вес грунта. кН/м3, допускается принимать равным 17,7 кН/м3;
Н — высота засыпки, равная расстоянию от верха трубы до подошвы рель-
са или до верха дорожного полотна, м.
Коэффициент вертикального давления грунта Cv определяют
по следующей формуле (см. приложение 4 CI 1иП 2.05.03-84):
3 Sa
где В = ----------— ;
tn tg ф„ Н
— нормативный угол внутреннего трення грунта засыпкн трубы, принимае-
мый для звеньев труб 30®, для оголовков труб — 25°;
т„ — коэффициент горизонтального
давления грунта засыпки;
Рис. 16.19. Схема нагрузок от насыпи
d — диаметр (ширина) звена по
внешнему контуру, м;
а — расстояние от основания пасы-
пи до верха звена трубы, м;
S — коэффициент, равный 1,2 при
малоподатливых основаниях
(свайное основание, скальные
грунты); 1,1 — при фундамен-
тах мелкого заложения и ие-
скальных грунтах. Если В>
При расчете металлических
гофрированных труб Cv= 1.
Горизонтальное давление на
трубу определяют ио формуле
V»"xVnTn.
где /7<=Я для круглых труС
й
НХ=Н+ — для прямоугольных.
Рис. 16.20. Передача давления от
временной нагрузки на трубу
Временная вертикальная нагрузка, расположенная на насыпи,
также оказывает вертикальное и горизонтальное давления грунта
на трубу (рис. 16.20).
Вертикальное давление от временной нагрузки распределяется
в насыпи под углом, равным arctg~ к вертикали,
Pv Vf 2,7 I Н ’
От автомобильных транспортных средств (кроме нагрузки АК,
на которую расчет не производится), а также для дорог промыш-
ленных предприятий с обращением автомобилей АБ
V
где V —интенсивность временной вертикальной нагрузки от подвижного соста-
ва железных дорог (табл. 1, приложение 5 СНиП 2.05.03-84) для дли-
ны линии загружения 7=d+H и положения вершины линии влияния
а=0,5 (но ие более 19,6 кН/м);
d — диаметр (ширина) звена трубы по внешнему контуру, м;
К —класс железнодорожной нагрузки, равный 14;
S' — линейная нагрузка, кН/м;
а — длина участка распределения, м: V и а определяют по табл. 16.1;
ф; — коэффициент надежности по нагрузке для временной вертикальной на-
грузки, равный 1,3 (п. 2.23 СНнП 2.05.03-84).
Таблица 16.1
Нагрузка Высота насыпи, н V. кН/н а. м
НК-80 1 и более 186 3
НГ-60 1,5 и более 108 3
АБ-51 1.3 и более 186 3
Менее 1,3 42 —0,3
ЛБ-74 1,9 н более 186 3
Менее 1,9 66 —0,15
АБ-151 3 и более 186 3
Менее 3 93 0
377
Динамический коэффици-
ент к нагрузке от железнодо-
рожного подвижного состава
при толщине засыпки 0,4 м и
менее 1 + ;
при толщине засыпки 1 м и
более 1+р,= 1,0; от автомо-
бильной нагрузки 1+ц=1,0.
Звенья прямоугольных труб
рассчитывают как рамы зам-
Рис. 16.21. Расчетные схемы звеньев
труб
кнутого контура, загруженные по всем четырем сторонам рав-
номерно распределенной нагрузкой (рис. 16.21, а), различной
по горизонтали и вертикали. Расчет на прочность ведут по форму-
лам для изгибаемых железобетонных прямоугольных сечений. Кро-
ме этого, стенки звеньев проверяют по схеме рамы с жестко заде-
ланными стойками. Звенья круглых труб (рис. 16.21, б) рассчиты-
вают как кольца, работающие в условиях неравномерного ради-
ального сжатия. Наибольший расчетный изгибающий момент в та-
ком кольце в вертикальном и горизонтальном сечениях (без учета
нормальных и поперечных сил) определяют по формуле
Л4 = г,р(1—р) б.
где г — радиус звена, принимаемый до середины толщины звена, м;
р — расчетное давление на звено, принимаемое 1.3 (pvp+Pi>*)— для же-
лезнодорожных труб; 1,3 (pvp + l,2pv*) — для автодорожных труб;
' р.р—нормативное давление грунта насыпи по п. 2.6 СНиП 2.05.03-84;
р»л — нормативное вертикальное давление от временной нагрузки по п. 2.17
СНиП 2.05.03-84;
6 —коэффициент, принимаемый в зависимости от условий опирания звена
на фундамент или грунтовую подушку согласно табл. 16.2.
Звено Условия опирания е
Круглое На грунтовую (профилированную) уплотнен- ную подушку прн а >90° 0,25
На бетонный или железобетонный фундамент через бетонную подушку при а>120° 0,22
Круглое с плос- кой пятой На бетонный илн железобетонный фундамент или грунтовую уплотненную подушку 0,22
378
Глава 17
ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ
17.1. Назначение и виды подпорных стен
Подпорные стены служат для поддержания от обрушения на-
ходящегося за ними грунта. Обрушение грунта может происходить
по разным причинам: естественное сползание по плоскостям сколь-
жения от действия временной нагрузки и волн. В отдельных слу-
чаях подпорные стены нужны для уменьшения размеров насыпи
в плане. Широко применяются подпорные стены в горных райо-
нах, где дорога проходит на крутых косогорах или у обрывистых
берегов рек, озер и оврагов, а также на подходах к тоннелям, где
не представляется возможным устроить нормальный откос насы-
пи или выемки. Кроме того, подпорные стены устраивают у отко-
сов конусов насыпи или дамб для защиты их от подмыва водой,
а также в городах для ограждения построек и территории по бе-
регу моря, озера или реки от штормового действия волн или при-
боя.
Подпорные стены строят также для защиты дорог против осы-
пей и обвалов, для гашения энергии водного или селевого потока.
По материалу подпорные стены делят на каменные, бетонные,
железобетонные, выполняют в виде металлического или деревян-
ного шпунта; по расположению — на низовые, поддерживающие
Рис. 17.1. Схемы подпорных стен:
/ - вертикальная железобетонная стенка; 2 — фундаментная плита; 3 — контрфорс;
4 - разгружающая плита; 5 — анкер
379
откосы насыпи (рис. 17.1, а), и верховые, поддерживающие откосы
выемки.
Массивные подпорные стены, хотя и менее экономичные, при-
меняют при использовании местных строительных материалов.
Эти стены представляют собой прямоугольное сооружение (см. рис.
17.1, а) и трапецеидальные (рис. 17.1, б), имеют ширину поверху
0,6—0,9 м и ширину по подошве фундамента, составляющую 45 %
от высоты стены.
Лучшим видом считают стены с ломаными или противолиней-
ными гранями и наклоном в сторону насыпи (рис. 17.1, в) или с
разгружающей площадкой (рис. 17.1, г).
Такие подпорные стены выполняют из каменной кладки, на це-
ментном растворе или из бетона. Высота каменных и бетонных под-
порных стен не более 6 м.
Фундаменты подпорных стен закладывают, как правило, на
прочном основании ниже глубины промерзания.
Во избежание неравномерной осадки и появления трещин под-
порные стены разбивают на отдельные звенья, длину которых
принимают от 6 до 20 м. Грунтовые воды, скапливающиеся за
подпорной стеной, ухудшают условия работы грунта и увеличива-
ют его давление на стену.
Поэтому для обеспечения нормального стока воды в нижней
части стен устраивают выпускные отверстия размером 15X15 см
через 2—3 м друг от друга.
Задние поверхности стен, соприкасающиеся с грунтом, пок-
рывают обмазочной гидроизоляцией.
Для защиты от действия морских волн земляного полотна, рас-
положенного по берегу моря, устраивают специальные подпорные
стены, у которых поверхность со стороны моря имеет криволиней-
ное очертание (рис. 17.2).
При больших высотах оказываются целесообразными тонко-
стенные железобетонные подпорные стены: уголковая (рис. 17.1,
д), состоящая из стенки и фун-
даментной плиты; контрфорс-
ная (рис. 17.1, е), представля-
ющая собой консольную сте-
ну, усиленную поперечными
ребрами (контрфорсами), при-
дающими стене большую проч-
ность. Контрфорсы располага-
ют через 2—3,5 м.
Для повышения устойчи-
вости в подпорных стенах
контрфорсного типа большой
17.2. Морская подпорная стена высоты устраивают разгружа-
Рис. 17.3. Конструкция сборной желе- Рнс. 17.4. Клеточная железобетонная
зобетониой уголковой подпорной подпорная стена:
стены: / — продольные блоки; 2 — анкерные
БМ — бетон омонолнчнвання блоки
ющую площадку (рис. 17.1, ж). Гибкую подпорную стену (рис.
17.1, а) закрепляют в грунте анкером. Толщина железобетонных
подпорных стен не менее 0,1 м.
Сборные железобетонные подпорные стены являются более пер-
спективными. Так, например, сборная подпорная стена уголкового
типа состоит из двух блоков: вертикальной стенки (рис. 17.3, а)
и плиты фундамента (рис. 17.3, б). Жесткое соединение вертикаль-
ной стенки с фундаментом обеспечивается следующим образом: в
нижней части вертикальной стенки и плите имеются арматурные
петли, взаимопересекающиеся при монтаже стены. По внутренне-
му контуру этой арматуры устанавливают продольные арматур-
ные стержни, а затем бетонируют.
Стена работает на изгиб, поэтому поверхность ее, направлен-
ная в сторону насыпи, армируется арматурой диаметром 22—
28 мм, а наружная — диаметром 10—12 мм.
Подобные подпорные стены применяют в качестве пандусов
городских развязок, подпорных стен набережных и т. п. Для ук-
репления откосов насыпи, не подвергающейся размывам, приме-
381
няют сборные клеточные подпорные стены (рис. 17.4). Они состо-
ят из отдельных железобетонных блоков двух типов: продольных,
укладываемых вдоль стены, и анкерных — поперек стены для свя-
зи продольных блоков. Сечение блоков от 15X15 до 25x25 см.
Клеточные подпорные стены просты в сборке, допускают осадку
грунта и не требуют специальных дренирующих устройств.
17.2. Основные принципы расчета подпорных стен
Подпорные стены рассчитывают по двум группам предельных
состояний. По первой группе выполняют расчеты: а) на прочность
кладки стены (материалу); б) на прочность основания под подош-
вой фундамента стены; в) на устойчивость положения против оп-
рокидывания и скольжения. По второй группе предельных состоя-
ний рассчитывают стены на трещиностойкость. Рассматривают
участок стены длиной 1 м. Расчет прочности грунтового основа-
ния под стеной производят аналогично расчету опор (п. 10.3 и
10.5) по формулам:
в случае малых эксцентриситетов
£N VcR
Ап Vn
в случае больших эксцентриситетов
2W ч ГМ VcR.
Ап + W * у„ '
где N и М — продольная сила и изгибающий момент по подошве фундамента;
Л» и W—площадь н момент сопротивления подошвы фундамента;
R— расчетное сопротивление нсскальных или скальных грунтов осе-
вому сжатию, кПа, определяемое согласно приложению 24 СНиП
2.05.03-84;
у„—коэффициент надежности по назначению сооружения, равный 1.4;
Те — коэффициент условий работы;
тс—коэффициент условий работай, равный 1,0 при определении несу-
щей способности нсскальных оснований и 1,2 при определении
несущей способности скальных оснований;
е0—эксцентриситет приложения сил по подошве фундамента;
b— ширина подошвы фундамента.
Положение равнодействующей нагрузок по подошве фундамен-
та должно удовлетворять следующим условиям для:
низовых подпорных стен на железных дорогах
е6/г < 1,0;
остальных стен
е0/г < 1,5;
поперечных сечений бетонных и каменных стен
ео/у <0,7,
382
где г—радиус ядра сечения;
у — расстояние от центра тяжести сечения до наиболее напряженного края
сечения.
Железнодорожную нагрузку принимают в виде сплошной по-
лосы шириной а на уровне балластной призмы толщиной ht>:
a--2,7-\-2hb.
Интенсивность нормативной нагрузки, кН/м,
Для подпорных стен на автомобильных дорогах при нагрузках
Н-30 и НК-80 (ширина следа колеса соответственно а=0,6 и 0,8 м)
интенсивность временной нагрузки q устанавливают в зависимости
от размера плеча:
оси полосы (рис. 17.5).
где X — расстояние от задней грани сечения стены до
Значения q при нагрузке Н-30 приведены ниже:
Z. м......... 0 0,5 1 1,5 2.0 3,0 4.0 5,0
q, кН/м ... 81,4 59,8 51.9 46,1 41.2 34,3 28,4 25.5
Z. м......... 6.0 7.0 8 10 12,0 13,0 14.0 15,0
q, кН/м . . . 23,5 21.6 19,6 17,6 15.7 14,7 14.7 13,7
Для нагрузки НК-80 значение q вычисляют по формуле
50
4.8+Z
Коэффициенты надежности по
нагрузке от подвижного состава
принимают: железнодорожного и
автодорожного у/=1,2 (п. 2.23
СНиП 2.05.03-84).
Активное давление грунта Е
(см. рис. 17.5) на вертикальную
грань стены определяют по фор-
муле
где у — удельный вес грунта, кН/м3;
Л — высота стены; м;
— коэффициент активного давле-
ния грунта, определяемый по
формулам или таблицам.
Расчет устойчивости всей сте-
ны против опрокидывания произ-
Рис. 17.5. Схема нагрузок, действу-
ющих по обрезу фундамента
383
водят по формуле
Мп < -у- Мх.
где М„ — момент опрокидывающих енл относительно оси, проходящей через пе-
реднее нижнее ребро подошвы фундамента;
Мг — момент удерживающих сил относительно той же осн.
Расчет на устойчивость стены против сдвига (скольжения)
производят по формуле
где Q, — удерживающая сила, равная сумме проекций удерживающих сил;
т — коэффициент условий работы, равный 0,9;
Т„ — коэффициент надежности по назначению принимают при расчете в ста-
дии строительства равным 1,0 и в стадия постоянной эксплуата-
ции — 1,1.
Вопросы для самопроверки по гл. 17
1. Какие существуют виды водопропускных труб и как назначают их раз-
меры?
2. Каковы конструктивные особенности бетонных и железобетонных круглых
труб?
3. Каковы отличия в конструкциях прямоугольных железобетонных труб?
4. В чем заключаются конструкции металлических гофрированных труб?
5. Каковы особенности конструкций косогориых труб?
6. В чем заключается расчет труб?
7. Каковы конструкции подпорных стен и в чем заключается расчет нх?
РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Глава 18
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
18.1. Приемка сооружений и организация надзора
Построенные искусственные сооружения в установленном по-
рядке передают эксплуатационным организациям. Для этого соз-
дают- специальные комиссии, ведущие приемку дороги со всеми
искусственными сооружениями на ней или приемку построенных
отдельных больших и внеклассных мостов. В зависимости от сто-
имости и значения дороги или крупных сооружений комиссию на-
значает Совет Министров СССР или министерства и ведомства —
заказчики.
При сдаче сооружения в эксплуатацию строительная организа-
ция (генподрядчик) должна представить комиссии всю исполни-
тельную техническую документацию и в том числе: 1. Список ор-
ганизаций. участвовавших в проектировании и строительстве дан-
ного сооружения. 2. Сводную ведомость технической документации
и рабочие чертежи со всеми изменениями и отступлениями от ут-
вержденного проекта с документами на согласование и утвержде-
ние этих изменений. 3. Данные об объемах и сметной стоимости
выполненных работ. 4. Генеральный разбивочный план сооруже-
ний. 5. Документы, характеризующие качество примененных ма-
териалов, изделий и конструкций. 6. Данные о геологии и резуль-
таты испытаний грунтов, забитых свай и оболочек. 7. Акты на
скрытые работы. 8. Акты испытания сооружения. 9. Акты о рас-
чистке русла реки, укрепления конусов, дна водотока и регуляци-
онных сооружений. 10. Материалы по наблюдению за режимом рек
на время постройки моста и т. п.
Приемку сооружений оформляют актом, в котором содержатся
сведения о конструкции моста, объеме выполненных работ, качес-
тве применяемых материалов, допущенных отклонениях, резуль-
таты осмотра н испытания. Имеющиеся недоделки отражают в ак-
385
те с указанием сроков их устранения. Этот акт утверждает ин-
станция, назначившая комиссию, после чего сооружение считает-
ся принятым в эксплуатацию. Всю техническую документацию,
предъявляемую приемочной комиссии, после оформления приемки
сооружения передают организации, которая будет эксплуатиро-
вать данное сооружение. На железных дорогах СССР ис-
кусственные сооружения находятся в ведении службы пути соот-
ветствующих дорог. В службах пути отдельных дорог имеются
отделы искусственных сооружений.
На линии работой по эксплуатации искусственных сооружений
руководят начальники дистанции пути и их заместители, дорож-
ные и мостовые мастера. Работы выполняют мостовые, тоннель-
ные и путевые бригады.
Состав работ и распределение обязанностей путевых работни-
ков указаны в Инструкции по содержанию искусственных соору-
жений (ЦП 3084, 1973). Эксплуатация мостов и труб на автомо-
бильных дорогах ведется персоналом дорожных участков (ДУ),
которые имеют дорожные дистанции (ДД) во главе с дорожными
мастерами (ДМ).
Для обеспечения нормального движения, своевременного об-
наружения и устранения неисправностей в сооружениях проводят
текущее содержание и капитальный ремонт. Текущее содержание
включает в себя обеспечение надзора на протяжении всего пери-
ода эксплуатации и выполнение определенных работ.
За всеми искусственными сооружениями устанавливают тща-
тельный надзор, включающий систематический надзор, текущие и
периодические осмотры, обследования и испытания, специальные
наблюдения и осмотры. При этом следят за состоянием пути, от-
водом воды, чистотой сооружений и пожарной безопасностью.
Текущий осмотр проводят для наблюдения за общим состояни-
ем сооружения, для выявления дефектов и объемов работ по их
устранению, а также для контроля работы и инструктирования
работников, ведущих постоянный надзор. Деревянные мосты и
тоннели осматривают не реже 1 раза в 1 мес, остальные искусст-
венные сооружения — не реже 1 раза в 2 мес.
В результате текущего осмотра выявляют дефекты, требующие
немедленного устранения, и определяют объем ремонтных работ.
Данные текущего осмотра сооружения заносят: бригадир пути и
дорожный мастер — в книгу проверки пути и стрелочных перево-
дов, а старший дорожный и мостовой мастера — в книгу искус-
ственного сооружения.
Периодический осмотр проводят ие реже 2 раз в год—после
пропуска весенних вод и окончания ремонтных работ. Детально
осматривают все элементы сооружения с инструментальной
съемкой плана и профиля главных ферм пролетных строений, вы-
являют дефекты конструкций и назначают меры для их устране-
386
ния, проверяют качество выполненных работ. Все эти ремонтные
работы возглавляет начальник дистанции пути или его замести-
тель, а на автомобильных дорогах — начальник или главный ин-
женер дорожного участка не реже 1 раза в год.
Наиболее сложные ответственные сооружения, а также имею-
щие серьезные дефекты обычно подвергают обследованию и испы-
танию мостоиспытательиыми станциями, которые производят рас-
чет прочности (классификацию) сооружения, измеряют напряже-
ния, прогибы, перемещения, колебания, осадки в различных час-
тях сооружений от испытательной нагрузки, дают заключение о
необходимом ремонте и условиях эксплуатации.
При капитальном ремонте и усилении сооружений заменяют
дефектные пролетные строения и все мостовые брусья, устраива-
ют смотровые приспособления, устраняют негабаритность, возоб-
новляют окраску и гидроизоляцию, усиляют слабые элементы,
цементируют кладку опор и т. п.
Для эксплуатируемых искусственных сооружений установлены
три вида технической документации — карточка, книга и дело ис-
кусственного сооружения. Карточки и книги содержат технические
характеристики, основные данные о сооружениях и ведутся мос-
товыми мастерами. На дистанциях пути или в службе пути ведут
дело искусственного сооружения, в котором содержатся все тех-
нические материалы по данному сооружению.
Для оценки технического состояния сооружений установлены
четыре категории неисправностей: нулевая категория (сооружение
не требует ремонта); первая категория (сооружение имеет неис-
правности, устранение которых возможно при текущем содержа-
нии); вторая категория (сооружение требует капитального ре-
монта); третья категория (сооружение требует неотложных работ
по замене или переустройству).
Для пропуска ледохода предусматриваются меры по предот-
вращению повреждения опор льдом, образования заторов льда и
размыва русла реки. До начала ледохода подготавливают инстру-
мент, инвентарь и материалы, а в отдельных случаях — все не-
обходимое для взрывных работ. Перед ледоходом лед вокруг дере-
вянных и массивных опор окалывают в виде ленточных прорубей
шириной 0,5 м, которые от замерзания закрывают хворостом и
засыпают снегом.
На местах, где возможны за горы льда, устанавливают непре-
рывное дежурство рабочих с баграми для предупреждения задер-
жки у моста плывущих льдин, а также дежурство взрывни-
ков с готовыми к употреблению зарядами взрывчатых ве-
ществ (ВВ).
Наблюдения за сооружениями ведут с учетом данных прошлых
лет об уровне воды, скорости течения, характере и месте размывов
387
и др. Для этого периодически измеряют глубину русла вокруг опор
и сравнивают с предыдущими замерами. При обнаружении подмы-
ва загружают промоины камнем, габионами, метками с глиной.
После прохода весеннего паводка ликвидируют все его послед-
ствия (промоины, заиления лотков и проходных русел).
Противопожарное оборудование на мостах и меры по защите
конструкций от возгорания применяют согласно действующим нор-
мам. 11а деревянных, а также металлических и железобетонных
мостах с ездой на деревянных поперечинах устанавливают проти-
вопожарные средства в виде кадок с водой вместимостью 200 л,
ящиков с песком вместимостью 0,25 м3, огнетушителей, гидропуль-
тов и других приспособлений. Эти средства устанавливают на
мостах в определенном порядке и количестве, согласованном с по-
жарной охраной дороги.
Для безопасности обслуживающего персонала на мостах дли-
ной более 50 м устраивают площадки, располагаемые в шахмат-
ном порядке через 50 м.
На путепроводах и пешеходных мостах, расположенных над
электрифицированными путями, устанавливают вертикальные пре-
дохранительные щиты (сетки) для ограждения частей контактного
провода.
На пешеходных мостах, путепроводах, расположенных в насе-
ленных пунктах, а также на мостах длиной больше 300 м устра-
ивают электрическое освещение.
Мосты через судоходные реки оборудуют судоходной сигнали-
зацией. Из коммуникаций, укладываемых на мостах, разрешается
располагать линии связи, а в Лтдельных случаях сети теплофика-
ции, водопровода. Высоковольтные линии электропередачи, газо-
проводы, нефтепроводы располагать запрещается.
18.2. Особенности эксплуатации искусственных сооружений
Эксплуатация деревянных мостов предусматривает вы-
явление таких дефектов, как неплотности во врубках соединений,
трещины, гниение древесины и своевременное их устранение. На-
личие сколов, щелей, значительных смятий не допускается. Не-
плотности врубок устраняют путем установки металлических и
деревянных прокладок, а также подтяжкой болтов. Болты и хому-
ты подтягивают ежегодно, а в мостах, построенных из сырого ле-
соматериала, в течение первых двух лет эксплуатации не реже 2
раз в год.
После подтяжки резьбу болтов смазывают автолом или соли-
долом.
В автодорожных мостах изнашиваются доски верхнего настила,
образуются щели между ними и выдергиваются гвозди, скрепляю-,
38в
щие доски с нижележащим элементом. Кроме того, может ослаб-
ляться крепление перильных стоек с наклоном в сторону реки.
Изношенные доски заменяют полностью.
При загнивании конструкцию проезжей части вскрывают, а по-
раженные элементы в зависимости от степени ослабления заменя-
ют или антнсептируют. Продольные трещины в древесине от попа-
дания в них влаги и развития гниения зашпаклевывают антисепти-
ческой пастой. Элементы, имеющие глубокие трещины, стягивают
хомутами на болтах, а при обнаружении крупных трещин или
сколов заменяют новыми. Большое значение в борьбе с загнива-
нием имеет своевременная очистка сооружения от мусора и грязи,
удерживающих влагу.
Деревянные элементы антнсептируют масляными и водораство-
римыми антисептиками, подогретыми до температуры 60—80°С,
путем нанесения их кистями или опрыскиванием из гидропульта
2 раза с перерывом в 2—4 ч. Деревянные сваи опор и ледорезов в
уровне грунта защищают от загнивания антисептическими бан-
дажами. Для этого освобожденную от грунта сваю стесывают на
глубину 1—2 см от загнивающей древесины и покрывают антисеп-
тической пастой, затем весь участок сваи обертывают мешковиной
или брезентом, прошивают толевыми гвоздями, края обматыва-
ют проволокой и снаружи обмазывают горячим битумом.
Наблюдая за опорами, следят за их наклоном и осадками. Наи-
более подвержены деформациям рамно-лежневые и ряжевые опо-
ры. Если наклон превышает 1/100 высоты опоры, то при закрытом
движении по мосту ее выправляют с помощью полиспастов, дом-
кратов или переустраивают.
Вследствие размыва основания возможны осадки и наклон
опор. Обычно размыв у опор предотвращают каменной наброской
или фашинами. При текущем ремонте деревянных мостов заменя-
ют отдельные элементы - сваи, насадки, прогоны, схватки и др.
В зависимости от длины пораженного участка сваю заменяют це-
ликом от насадки до нижней точки загнивания или только частич-
но. Длина новой вставки должна быть не меньше 2,5 м при стыко-
вании вполдерева и 1,5 м при стыковании в торец.
Насадки заменяют одновременно с заменой свай или отдельно.
В последнем случае все скрепления снимают и прогоны поддом-
крачивают, затем снимают насадку и заводят новую, а прогоны
опускают на место и крепят болтами. Прогоны заменяют по всей
длине между стыками. Возможна замена прогонов вместе с мос-
товым полотном путем поперечной сдвижки предварительно соб-
ранных конструкций или их установки при помощи кранов.
При эксплуатации железобетонных пролетных
строений могут возникать неисправности в виде трещин, отко-
лов защитного слоя, раковин и каверн в бетоне, обнажения и
ржавления арматуры, выщелачивания раствора, плохого состояния
389
а)
# 2 I
Рис. WJ.1. Характерные силовые трещины в железобетонных пролетных строениях
гидроизоляции и водоотводных приспособлений, неплотного опира-
ния балок на опоры и т. п. Трещины в пролетных строениях могут
быть технологическими, возникшими при изготовлении конструк-
ций, температурно-усадочными и силовыми от внешних нагрузок.
Подавляющее большинство технологических и температурно-уса-
дочных трещин имеют небольшую глубину (1—3 см). Они возника-
ют и обнаруживаются часто не сразу после изготовления конструк-
ций, а через 1—3 года. Спустя 3—5 лет развитие большей части
таких трещин, как правило, прекращается; подвижная нагрузка не
влияет на раскрытие этих трещин. После покраски поверхности
бетона цементным раствором они обычно не возобновляются.
Другая группа трещин, наблюдаемая реже, силового происхож-
дения и возникает, например, при изготовлении предварительно
напряженных конструкций из-за чрезмерного обжатия молодого
бетона напрягаемой арматурой или появляетсг! в процессе эксплу-
атации от тяжелых подвижных нагрузок.
Под влиянием проходящей нагрузки трещины могут раскры-
ваться; за ними устанавливают тщательное наблюдение. Для это-
го трещины обозначают чертой темной краски, проводимой парал-
лельно, ставят гипсовые маяки, а также делают эскизы с обозна-
чением длины, раскрытия и даты обнаружения. В зависимости от
этих данных и результатов наблюдения в течение 1—2 лет прини-
мают меры по заделке трещин или проводят более серьезные ме-
роприятия.
В пролетных строениях из железобетона обычного (рис. 18.1,
о) и преднапряженного (рис. 18.1, б) вертикальные и наклонные
силовые трещины / часто обнаруживают в зоне опорных частей;
их раскрытие — примерно 0,05—0,20 мм, длина 20—50 см. Они
возникают от вертикальных и горизонтальных сил и подаются ре-
монту путем инъектирования полимерным клеем.
В нижних поясах часто наблюдаются вертикальные сквозные
трещины 2 в средней части пролетных строений из обычного же-
лезобетона. Толщина трещин колеблется от 0,05 до 0,30 мм, а ино-
гда и больше. Они возникают вследствие неучета при проектирова-
нии конструкций пониженного сопротивления бетона растяжению.
Чем больше обращающаяся нагрузка приближается к расчетной,
тем чаще могут обнаруживаться подобные трещины. Трещины
390
толщиной меньше 0,15—0,20 мм не вызывают опасности развития
коррозии арматуры. При большом раскрытии должны быть при-
няты меры предохранения от попадания влаги в трещины. Для
этого можно применять полимерные клеи.
Наклонные трещины 3 в стенках балок (см. рис. 18.1) возника-
ют чаще всего в результате совместного воздействия на бетон
главных растягивающих и температурно-усадочных напряжений.
Раскрытие трещин наблюдается от 0,02 до 0,20 мм. Трещины могут
быть неглубокие, а иногда и сквозные через всю толщину стенки.
В этих случаях полезны их герметизация или инъектирование.
Горизонтальные продольные трещины 4 в нижней части стенки
и нижних поясах балок, наблюдаемые в преднапряженных про-
летных строениях, возникают из-за чрезмерного обжатия и усадки
бетона. Подобные трещины появляются не сразу, а спустя несколь-
ко лет после начала эксплуатации. Если такие трещины имеют рас-
крытие не больше 0,15—0,2 мм, то влага сквозь них не проникает.
При большом размере раскрытия их нужно заделывать.
Места с обнаруженными отколами защитного слоя, раковина-
ми и кавернами в бетоне, с обнажением и ржавлением арматуры,
выявленные при эксплуатации, исправляют путем заделки цемент-
ными составами.
Часто в железобетонных пролетных строениях обнаруживают
недостатки в водоотводе и протекание гидроизоляции балластного
корыта. Подобные дефекты могут привести к излишнему насыще-
нию бетона водой и размораживанию зимой, а также к коррозии
арматуры.
Наблюдающееся выщелачивание раствора происходит чаще все-
го из-за нарушений работы водоотводных устройств и поврежде.-
ния изоляции. Эти дефекты ликвидируют после вскрытия баллас-
та путем восстановления поврежденного гидроизоляционного слоя
и очистки водоотводных трубок. Работы ведут в «окно» или под
прикрытием разгрузочных пакетов.
В автодорожных мостах выщелачивание раствора является
следствием повреждения дорожного покрытия — трещины и сдви-
ги в асфальтобетонном слое, закупорка водоотводных трубок.
Для ремонта изоляции вскрывают покрытие и защитный слой,
очищают покрытие, защитный слой, трубки и восстанавливают ги-
дроизоляционные слои. Неплотности между бетоном и трубкой за-
делывают цементным раствором. Раковины, каверны, отставший
защитный слой оштукатуривают и наносят торкрет-бетон.
Сущность эксплуатации водопропускных труб состоит в
наблюдении за состоянием кладки тела трубы и оголовков, поло-
жением звеньев, состоянием укрепления русла на подходе и выходе
из трубы, выявлением достаточности отверстия.
Трещины в трубах могут возникать от большого давления
грунта, неравномерной осадки фундамента или от динамических
13в* 391
воздействий временной нагрузки при малой толщине засыпки над
трубой. Порядок наблюдений за трещинами в трубах тот же, что
и в пролетных строениях и опорах мостов.
Лоток в просевшей части трубы выравнивают бетоном или
цементным раствором. На зиму во избежание заполнения снегом
и обмерзания трубы малых отверстий закрывают деревянными щи-
тами или плетнями.
Перед паводком щиты убирают, а русло очищают от снега для
беспрепятственного входа и выхода паводковой воды.
Эксплуатация подпорных стен предусматривает обеспече-
ние нормальной работы дренажей и правильный отвод воды. Со-
бирающаяся за стенкой вода сильно увеличивает давление грунта
на стену, вызывая деформации — смещения, наклоны, трещины.
Для предотвращения этого необходимо регулярно очищать водо-
отводные отверстия.
О плохой работе дренажа свидетельствует наличие мокрых
пятен на наружной поверхности стены. Наблюдение за трещинами,
осадками, выколами в кладке и ликвидацию этих дефектов в под-
порных стенах выполняют так же, как в массивных опорах.
Наблюдение за элементами металлических пролетных
строений предусматривает своевременное обнаружение трещин
в основном металле или сварных швах, ослабления заклепок, ис-
кривления элементов, коррозии металла и других дефектов. Тре-
щины обнаруживают визуально, а в отдельных случаях — при по-
мощи лупы.
Внешними признаками, указывающими на наличие трещин, яв-
ляются полосы ржавчины красно-бурого цвета, проходящие вдоль
трещины, и ржавые потеки. Окраска в этих местах трескается, ше-
лушится. Образовавшуюся трещину следует засверлить по концам,
а затем перекрыть накладками на высокопрочных или точечных
болтах.
Заклепочные соединения систематически проверяют, чтобы
выявить расшатаны ли заклепки. Слабыми считают заклепки, ко-
торые имеют дрожание по звуку, по ощущению пальца или бойка
при простукивании их молотком массой 0,2—0,3 кг. Для выяснения
качества слабых заклепок рекомендуется выборочно срубать от-
дельные заклепки. Удалять их лучше всего газовой срезкой голов-
ки, высверливанием или спиливанием. Взамен удаленных заклепок
в ответственных местах конструкций ставят высокопрочные болты.
Наблюдения за прямолинейностью элементов металлических
мостов заключаются в выявлении искривлений. Прямолинейность
элементов проверяют с помощью тонкой проволоки, натягиваемой
вдоль элемента.
Для предотвращения коррозии элементов металлических про-
летных строений необходимо своевременно очищать их от грязи,
сора и систематически окрашивать. В отдельных случаях эффек-
392
тивным может быть устройство дренажных отверстий для спуска
воды, а также шпаклевка узких щелей. Дренажные отверстия диа-
метром не меньше 23 мм устраивают в местах застоя воды, но при
условии, чтр они не будут ослаблять рабочего сечения элемента.
Значительно ослабленные коррозией элементы нужно заменять.
Опорные части должны содержаться в чистоте, иметь плотное
опирание и правильно работать. Подвижные опорные части предо-
храняют от засорения, закрывая футлярами, а катки и плоскости
их качения от ржавления натирают графитом.
Содержание мостового полотна предусматривает наблюдение за
состоянием рельсового пути (с проверкой по шаблону и уровню),
которое должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к
пути на перегонах. Профиль пути должен быть плавным, без пере-
ломов и впадин.
На металлических мостах рельсовый путь в профиле имеет
подъем в середине не больше 1/2000 пролета на участках скорост-
ного движения поездов, и не больше 1/1000 пролета на прочих.
На железобетонных пролетных строениях подъем рельсового
пути не устраивают. Ось рельсового пути должна совпадать с
осью пролетных строений с отклонением не более 5 см.
Для уменьшения динамического воздействия подвижного сос-
тава на мосты следует устраивать возможно меньшее количество
стыков рельсов, а лучше применять бесстыковый путь и длинно-
мерные рельсы.
При устройстве мостового полотна на балласте его толщина дол-
жна быть не больше 25 см. Содержание мостов в суровых клима-
тических условиях, т. е. при низких отрицательных температурах
воздуха в течение продолжительного зимнего периода, при наличии
вечномерзлых грунтов и наледных явлений, имеет свои особен-
ности. Сооружения, построенные в этих районах, эксплуатируют с
сохранением грунтов в мерзлом состоянии или с предварительным
(или же последующим) их оттаиванием. Так как водопропускные
сооружения чаще всего возводят главным образом с сохранением
в основании мерзлого состояния, то в этих случаях не рекоменду-
ются планировки грунта, которые могут вызвать нарушение торфя-
но-мохового покрова. Сохранению вечной мерзлоты способствует
покрытие откосов насыпи береговых опор моста слоем теплоизоля-
ции или применением специальных охлаждающих устройств. Очень
часто деформации сооружений происходят из-за пучения грунтов.
Для предотвращения этих деформаций вокруг фундаментов ус-
траивают теплоизоляционные подушки, заменяют пучинистый грунт
на непучинистый. Большие трудности при эксплуатации мостов вы-
зывают наледи, которые могут заполнять отверстия мостов и труб,
а иногда оказывать непосредственное воздействие на конструкцию
опор или пролетного строения.
393
Вопросы для самопроверки по гл. 18
1. Какие работы производят при приемке сооружений в эксплуатацию и при
проведении надзора за ними?
2. Каковы основные дефекты деревянных мостов н методы их устранения?
3. В чем заключаются работы по эксплуатации железобетонных мостов и
труб?
4. Какие работы проводят на металлических мостах в период эксплуата-
ции?
Глава 19
РЕМОНТ И УСИЛЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
19.1. Выявление степени ремонта, усиления и переустройства
Для решения вопроса о переустройстве или усилении моста,
длительное время находившегося в эксплуатации, помимо выявле-
ния неудовлетворительного состояния пролетных строений и опор,
требуется установить его грузоподъемность. Нормальная грузо-
подъемность моста соответствует его состоянию, при котором он
способен обеспечить пропуск подвижного состава без ограничений
скорости и веса. Грузоподъемность, а следовательно, возможность
пропуска по мостам, рассчитанным по старым нормам современ-
ной подвижной нагрузки, устанавливают на основе перерасчета
пролетных строений и опор. Однако перерасчет большого количес-
тва мостов разной конструкции существующими способами — дос-
таточно трудоемкая задача.
Для металлических пролетных строений перерасчет для выяв-
ления грузоподъемности можно упростить, применяя метод клас-
сификации их элементов. Перерасчет моста методом классифика-
ции заключается в том, что временную вертикальную нагрузку,
которую элемент пролетного строения может безопасно выдержать
при регулярной эксплуатации, выражают в единицах эталонной
нагрузки. Определенное таким образом количество единиц эталон-
ной нагрузки называют классом элемента. За класс пролетного
строения принимают наименьший из классов его элементов.
Наряду с пролетными строениями классифицируют также и под-
вижной состав (локомотивы, вагоны). Классификация подвижного
состава заключается в том, что воздействие его на пролетное стро-
ение выражают в единицах той же эталонной нагрузки, при этом
количество единиц эталонной нагрузки называют классом нагруз-
ки.
В результате сравнения класса любого элемента пролетного
строения с соответствующим классом любой обращающейся или
предполагаемой к обращению нагрузки можно судить о том, удов-
летворяет ли этой нагрузке данный элемент или все пролетное
394
строение по своей расчетной грузоподъемности. В случае если
грузоподъемность отдельных элементов недостаточна, ее можно
повысить тем или иным усилением. Если требуется усилить боль-
шое число элементов, что связано со значительными средствами и
вызовет затруднение в бесперебойности эксплуатации моста,
может возникнуть необходимость смены всего пролетного строе-
ния.
Классификацию металлических пролетных строений и выявле-
ние эффективности их усиления выполняют в соответствии с Руко-
водством по определению грузоподъемности металлических про-
летных строений железнодорожных мостов (Главное управление
пути и сооружений МПС. 1987).
Приведем некоторые общие сведения по осуществлению клас-
сификации мостов. В качестве эталонной нагрузки для классифи-
кации пролетных строений железнодорожных мостов и подвижно-
го состава принимают временную вертикальную нагрузку по схеме
Н1, установленную в 1931 г. Класс любого элемента пролетного
строения К определяют как отношение допустимой на проверяе-
мый элемент эквивалентной эталонной нагрузки к к эталонному
классу:
При этом допустимую нагрузку к определяют не только по проч-
ности и выносливости рабочего сечения, но и по прочности его
прикрепления заклепками, болтами, сварными швами. Эквивален-
тную эталонную нагрузку кн от расчетной схемы Н1 определяют
при той же длине загружения н при таком же положении вершины
линии влияния, для которой определена к (в тоннах на 1 м пути).
При выполнении классификации условие прочности, а следователь-
но, и допустимую нагрузку к определяют по допускаемым напря-
жениям.
Например, для элемента фермы, работающего на осевое уси-
лие, допускаемое напряжение
-J-Qp+tAQ*
где р— постоянная нагрузка на 1 м пролетного строения;
N — число ферм или балок, на которые распределяется постоянная на-
грузка;
tip. tin—площади линий влияния, загружаемые соответственно постоянной и
временной нагрузками;
е— доля временной нагрузки «а одни путь, приходящаяся на рассмат-
риваемую ферму (для однопутных ферм e =
k— допускаемая эквивалентная нагрузка;
<оо— рабочая площадь поперечного сечения элемента.
Для элементов, работающих на знакопеременную нагрузку,
должно быть выполнено условие выносливости с учетом у — ко-
эффициента понижения допускаемых напряжений.
Тогда
_____I A'lnl y^u—pQp
К~~ eN
Эта формула является обобщенной при классификации элемен-
тов пролетных строений по грузоподъемности. Аналогичную фор-
мулу применяют также для элементов, работающих на изгиб, при
проверке по нормальным и касательным напряжениям. При клас-
сификации старых мостов основные допускаемые напряжения на
растяжение, сжатие и изгиб [<т] принимают (кН/см2):
Пролетные строения, изготовленные после 1905 г. для литого
железа (в том числе стали марки Ст. 3).......... 17
Пролетные строения, изготовленные по 1905 г, включительно
из литого железа................................ 16
Пролетные строения из сварочного железа......... 14
Если марка стали неизвестна, то допускаемое напряжение при-
нимают на основании результатов испытания образцов, вырезан-
ных из классифицируемой конструкции, как меньшее из двух зна-
чений: 70 % предела текучести или 40 % предела прочности испы-
танной стали.
Для сечений балок со сплошной стенкой (за исключением за-
клепок) допускаемое напряжение на сжатие и растяжение при из-
гибе увеличивают на 10 %.
При определении грузоподъемности железнодорожных мостов
учитывают коэффициент выносливости у, уменьшающий допускае-
мые напряжения при расчете элементов на переменные усилия.
Для клепаных балок по сечению, в котором не имеется обрывов
горизонтальных поясных листов, накладок и фасонок, принимают
у=1. В месте обрыва горизонтального листа растянутого пояса
при наличии накладок, перекрывающих стыки, у=0,75. Наиболее
низкие значения коэффициента (у=0,4) соответствуют случаю
приварки к растянутому поясу балки горизонтальных листов, на-
кладок и фасонок.
При классификации по устойчивости сжатых элементов допус-
каемые напряжения уменьшают введением коэффициента продоль-
ного изгиба <р.
Соединения на потайных заклепках и черных болтах класси-
фицируют по сниженным на 20 % допускаемым напряжениям. При
хорошем качестве заклепок в соединении допускают повышение
грузоподъемности этого соединения на 10%. Наряду с классифи-’
396
нацией пролетных строений классифицируют подвижные нагруз-
ки. Класс любой подвижной нагрузки определяют по формуле
К° *к(1 + Ю '
где Ло — эквивалентная нагрузка от классифицируемого подвижного состава,
кН/м;
ka — то же от эталонной нагрузки по схеме HI, кН/м.
Динамическое воздействие подвижной нагрузки при классифи-
кации учитывают следующим образом. При определении эталон-
ной нагрузки k„ независимо от вида тяги и Ло для классифицируе-
мых поездов с паровой тягой динамический коэффициент прини-
мают:
Ц-р==1+ .
а для поездов с электрической и тепловозной тягой
где Л — длина загружсиия или длина пролета, м.
Основные характеристики обращающихся на сети дорог сов-
ременных нагрузок приведены в указанном выше «Руководстве
по определению грузоподъемности металлических пролетных стро-
ений железнодорожных мостов».
Классификация железобетонных пролетных строений ввиду от-
сутствия специальной методики может производиться путем пря-
мого расчета по действующим техническим условиям. Однако по
аналогии с классификацией металлических пролетных строений
класс железобетонных пролетных строений определяют по следу-
ющей формуле:
к=___________0L____
eft**,, (1+p) vfft
где т — коэффициент условий работы;
R—расчетное сопротивление материала;
5 — геометрическая характеристика сечения (площади момент сопротив-
ления и т. п.);
V/. V/»— коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для посто-
янной интенсивности р и эталонной временной нагрузки kn по схеме
HI;
/V — число главных балок;
tip. Sih — площади линий влияния, загружаемые постоянной н временной па
грузками;
е — коэффициент распределения временной нагрузки между главными
балками (обычно е=0,5);
Н+р) — динамический коэффициент для временной нагрузки.
397
19.2. Ремонт опор и труб
Ремонт кладки опор, как правило, заключается в расшивке
разрушенных швов, заделке трещин, смазывании сливов, штука-
турке выветрившейся поверхности, частичной перекладке и т. в.
Швы облицовки расшивают цементным раствором состава 1:2.
Перед нанесением раствора все выветрившиеся и растрескавшиеся
швы тщательно расчищают на глубину 5 -6 см от слабого раст-
вора крошек, пыли и промывают струей воды. После этого в шов
подают цементный раствор и уплотняют расшивником (рис. 19.1)
с созданием вогнутой поверхности глубиной 6-10 мм. Работу ве-
дут с легких подмостей или подвесных люлек. Трещины, которые
не увеличиваются по ширине, можно заделывать путем нанесения
полимерцементных растворов. Трещины" шириной меньше 1 мм
тщательно очищают от грязи, пыли и масел металлическими щет-
ками, скребками и продувают воздухом. На сухую очищенную по-
верхность наносят полимерцементное покрытие краскораспылите-
лем или кистями. Трещины шириной более 1 мм вначале разделы-
вают в ширину и глубину по 10 мм, а затем заполняют жестким
полимерцементом посредством «чеканки».
Сливы на верхней поверхности опор ремонтируют цементным
раствором состава 1 :2. Перед нанесением раствора старую пот-
рескавшуюся поверхность удаляют. При наличии раковин поверх-
ности опор оштукатуривают. Поврежденную поверхность очищают
от слабого бетона и насекают зубилом для лучшего сцепления рас-
твора со старой кладкой. При небольших (местных) повреждениях
на подготовленную таким образом и увлажненную поверхность
наносят раствор состава 1 : 1 толщиной 5—7 мм без затирки; после
этого сильными бросками наносят раствор состава 1 :3 и затира-
ют его. Каждый последующий слой наносят после схватывания
предыдущего.
При большой площади повреждения оштукатуривание ведут по
металлической сетке из проволоки диаметром 2—4 мм с ячейками
5—10 см. Сетку прикрепляют к анкерам, заделанным в кладку, а
затем наносят раствор состава 1 :2 толщиной слоя 2—3 см.
Кроме оштукатуривания, поврежденную поверхность опоры
занием. В этом случае с помощью
цемент-пушки на ремонтируемую
поверхность наносят увлажнен-
ную смесь цемента с песком сос-
тава от 1 : 2 до 1:6. Цемент при-
меняют быстросхватывающийся,
высоких марок, песок — с круп-
( ностью зерен не больше 5 мм.
Количество воды в торкрете дол-
398
жно составлять 10—15% мас-
сы цемента.
Частичную перекладку
опор мостов применяют при
плохом их состоянии — боль-
шом количестве глубоких тре-
щин, наклоне шкафной стенки,
развале обратных стенок,
отколе передней стенки и т. п.
Для обеспечения безопасно-
сти движения при перекладке
опор устраивают временный
разгрузочный мост или обход
для пропуска транспортных
средств. Старую кладку разби-
рают, а новую ведут с перевяз-
кой швов и расщебенкой пус-
тот на растворе. Взамен новой
каменной кладки в настоящее
время в большинстве случаев применяют бетонирование опор.
При более серьезных повреждениях производят капитальное
усиление опор. Для укрепления расслаивающейся кладки, а так-
же для предотвращения развития опасных вертикальных трещин
устраивают железобетонные пояса (рис. 19.2) высотой 1,0—1,5 м
и толщиной 25—40 см. Арматуру пояса прикрепляют к кладке
опоры металлическими штырями-анкерами диаметром 20—25 мм,
заделываемыми на глубину, равную 25—30 d штыря. Пояса выпол-
няют из бетона класса по прочности не ниже В20. В процессе твер-
дения бетона обеспечивают необходимый влажностный режим.
399
Железобетонные оболочки (рубашки) применяют для усиления
расстроившейся кладки опор (рис. 19.3). Толщину такой оболочки
принимают не меньше 12 см, а при полной замене облицовки тол-
щина оболочки — от 50 до 60 см. Арматурную сетку из проволоки
диаметром 5—10 мм с размерами ячеек 16—20 см привязывают
вязальной проволокой к штырям-анкерам диаметром 12—20 мМ, за-
деланным в кладку на глубину не меньше 8—10 диаметров шты-
ря. На устоях оболочки устраивают с заведением в грунт на 40—
50 см. Нижнюю часть оболочки опирают на обрез фундамента, а
верхнюю доводят до карнизных или кордонных камней и затира-
ют по наклонной поверхности для стока воды.
Подферменники при появлении трещин усиливают металличе-
скими хомутами или железобетонными обоймами. Если усиление
не требуется, то пролетное строение поднимают с помощью дом-
кратов, и подферменник заменяют новым.
Цементируют (инъектируют) кладку при серьезных местных
расстройствах, вызванных образованием пустот внутри кладки,
крупных и многочисленных трещин. При цементации через пробу-
ренные в кладке отверстия (скважины) нагнетают под давлением
цементный раствор, который, заполняя поры и пустоты, связывает
части массивной кладки в одно целое и увеличивает прочность
опоры.
Скважины диаметром 36—65 мм пробуривают перфораторами
вертикально или с наклоном к горизонту под углом 15° в шахмат-
ном порядке. Расстояние между скважинами принимают 0,9—
1,3 м при нагнетании раствора без добавок и 1,1—1,6 м при наг-
нетании раствора с пластифицирующими добавками. Длину нак-
лонных скважин принимают не больше % толщины массива при
бурении с обеих сторон массива и не больше 3/« при бурении с
одной стороны. Количество скважин и их расположение устанав-
ливают с учетом степени разрушения кладки. После бурения все
скважины промывают водой под давлением 0,2—0,4 МПа. До на-
чала работ по цементации все трещины и пустые швы, через ко-
торые возможно вытекание раствора, законопачивают паклей. Це-
ментный раствор (без песка) применяют состава от 1:10 до 1:1
(по массе) из цемента марки не ниже 300. Для повышения качест-
ва нагнетаемого раствора и улучшения его проходимости через
трещины в кладке применяют пластифицирующие добавки, на-
пример 0,2—0,25% ссб или 0,075—0,1% мылонафта. Давление в
начале нагнетания принимают 0,05—0,1 МПа, а затем повышают
до 0,5—1,1 МПа. Раствор нагнетают специальными нагнетателя-
ми, работающими от компрессорной установки, а при небольшом
объеме работ — ручными поршневыми насосами. Раствор от насо-
са по гибким шлангам диаметром 18—25 мм подается к инъекто-
рам (рис. 19.4), а от них — в скважину.
400
В последнее время для ре-
монта кладки применяют аэро-
цементные растворы, в состав
которых входят пенообразую-
щие добавки, придающие раст-
вору повышенную водонепро-
ницаемость, быстроту схваты-
вания и устойчивость против
усадочных трещин, илн поли-
мерные материалы — поли-
мерцементные и пленочные ма-
териалы на основе синтетичес-
ких смол. Ими заделывают, например, мелкие трещины на поверх-
ности опор и выветрившихся участков кладки.
В случае повреждения подводной части опоры ее ремонтируют
с устройством водонепроницаемых перемычек в виде металличе-
ского или деревянного шпунта, железобетонных или металличе-
ских бездонных ящиков и оболочек, а в зимний период — с
ледовых перемычек, создаваемых путем постепенного выморажи-
вания. При применении металлической (рис. 19.5, а) или железо-
бетонной (рис. 19.5, б) перемычки опору ремонтируют (усиляют)
с предварительной укладкой подводного бетона в пространство
между опорой и перемычкой. В отдельных случаях для повыше-
ния несущей способности опор одновременно с усилением тела
можно усилить основание или фундамент.
Рис. 19.5. Схемы ремонтируемых опор:
/ металлическая шпунтовая перемычка; 2 — распорка; 3 — кладка опоры; 4 — железо-
бетонная рубашка; 5 — тампон из подводного бетона; 6 — пазуха, заполненная бетоном;
7 — железобетонная оболочка; 8 -- консоль: 9 — домкрат: 10 — бетонная плита
401
Фундаменты на сваях усиливают забивкой дополнительных
свай. Фундаменты опор на естественном основании усиливают пу-
тем их уширении. После устройства шпунтового ограждении и
удалении воды (рис. 19.5, в, г) в кладке делают горизонтальные
штрабы и устанавливают металлические анкеры. Затем армируют
и бетонируют мощные консоли, под которыми на некотором рас-
стоянии от консоли устраивают опорные бетонные плиты. Подош-
вы бетонных плит стремитси расположить выше подошвы сущест-
вующего фундамента, чтобы избежать нарушений естественной
структуры грунта в основании.
В просвет между плитой и консолью можно установить гидрав-
лические домкраты с целью обжатии грунта под опорными плита-
ми для обеспечении совместной работы старой и новой кладок
фундамента. После окончании работ просвет бетонируют.
Основании опор можно усилить химическим укреплением грун-
тов под подошвой фундамента — силикатизацией, цементацией и
битумизацией.
К ремонтным работам также относит замену грунта за устоями
дли повышении его дренирующих свойств, ремонт и устройство
дренажа и т. п.
Ремонт труб заключаетси в устранении трещин, конопатке
швов просмоленной пенькой с последующей затиркой цементным
раствором, в выравнивании лотка трубы при посадке звеньев и
т. п. При серьезных разрушениих трубы (отколы защитного слоя,
большое количество трещин) можно применять те же способы
ремонта (усилении), что и при усилении опор и пролетных строе-
ний.
Оторвавшнйси и наклонившийся оголовок трубы перекладыва-
ют частично или полностью. В случае разрыва откосов насыпи,
входного или выходного русла их восстанавливают мощением, а
со стороны выхода в напорных трубах в необходимых случаях
устраивают рисберму или широкий лоток.
19.3. Ремонт и усиление бетонных и железобетонных конструкций
Появляющиеся в бетонных и железобетонных пролетных строе-
ниях, опорах и трубах трещины и выколы бетона требуют спе-
циальных мер по защите от проникновения воды внутрь бетона.
Способ заделки трещин выбирают на основании изучения причин
появления и с учетом степени влияния дефектов на прочность и
долговечность сооружения. Заделывая трещины с применением
современных средств руководствуются Указаниями по защите от
коррозии повреждений бетонных и железобетонных конструкций
мостов (Главное управление пути и сооружений МПС). Заделке
подлежат все трещины, расположенные на открытых поверхнос-
402
Рис. 19.6. Разделка трещин:
1 — трещина; 2 — арматура; 3 — бетон конструкции
тих бетона, в зоне пучковой напрягаемой арматуры, вдоль и попе-
рек стержневой арматуры, особенно если ширина трещин превы-
шает 0,15—0,2 мм.
Трещины, изменяющие свое раскрытие под влиянием времен-
ной нагрузки и колебания температуры не более чем на 0,1 мм,
заделывают жесткими покрытиями — полимерцементом или сос-
тавами на основе эпоксидных смол. Трещины, изменяющие шири-
ну своего раскрытия больше 0,2 мм, целесообразно заделывать
эластичными составами путем нанесения поверхностного гермети-
зирующего слоя или внутренней инъекции.
Поверхность, на которую наносят защитное покрытие, расчи-
щают механическими щетками, скребками или пескоструйным ап-
паратом до плотного бетона с удалением пыли и масла. Трещины
с шириной раскрытия свыше 1 мм разделывают на клин
(рис. 19.6, а) или в виде прямоугольника глубиной 10—30 мм
(рис. 19.6, б).
Арматуру, имеющую коррозию, очищают щетками или песко-
струйным аппаратом до чистого металла. В местах больших отко-
лов бетона и обнажения арматуры устанавливают дополнительную
металлическую сетку с размером ячеек от 2,5X2,5 до 10X10 см с
диаметром проволок от 0,5 до 5 мм. Сетки прикрепляют к основ-
ной арматуре.
Для покрытия и заделки трещин, раковин и отколов защитных
слоев жесткими составами, близкими по своим свойствам цемент-
ному камню, используют полимерцементные смеси на основе по-
ливинилацетатной эмульсии и латексов, а также промышленные
лаки, краски и шпаклевки на основе синтетических смол. Поли-
мерцементиый раствор состоит из цемента типа БТЦ марки не
риже 500, песка и водной поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ).
Поливинилацетатная эмульсия нетоксична, имеет вид вязкой сме-
танообразной массы белого цвета и обычно содержит 50% воды
(по объему).
403
При небольших размерах повреждений для изготовления поли-
мерцементного раствора на 10 л цемента берут 3,5—10 л песка,
а при больших размерах — более тощий раствор с количеством
песка до 10—15 л. В перемешанный цементно-песчаный раствор
добавляют эмульсию из расчета 2,5—3,0 л на 10 л цемента.
Количество воды устанавливают пробными замесами в зависи-
мости от потребной пластичности и удобоукладываемости — обыч-
но 4—6 л на 10 л цемента. Более пластичные составы получают
применением латексов нескольких видов — СКС-30, СКС-50 и
СКС-65. Для предохранения латексов от свертывания при смеши-
вании с цементом в них добавляют стабилизатор в виде кислотно-
го казеина (14%) и соды (1%). Растворенный стабилизатором
латекс добавляют из расчета 2—4 л на 10 л цемента.
Полимерцементные растворы в зависимости от полученной их
консистенции наносят шпателями, мастерками или кистями. Для
закрытия увеличивающихся трещин более упругими являются кау-
чукоподобные тиоколовые покрытия (герметики). Наиболее под-
ходящие из них—это готовые пасты типов У-30МЭС-5и У-30МЭС-
10, которые наносят на трещины шпателем. Растворяя ацетоном
или этилацетатом пасту, ее можно наносить кистью. Состав гер-
метика пасты У-30 или У-10 приготавливают из пасты К» 9 и ди-
фенилгуандина с тщательным их помешиванием.
Наиболее прочные защитные составы, обладающие хорошей
сцепляемостью (адгезией) с бетоном, приготавливают на основе
эпоксидной смолы или перхлорвиниловой и феиол альдегид них
смол. Наиболее пригодны для ремонтных работ эпоксидные (дио-
новые) смолы марок ЭД-5 и ЭД-6 в виде жидкости, а также
эпоксидная шпаклевка ЭП-00-10. Твердение смолы происходит
после добавления в нее специального отвердителя полиэтилен-
полиамина (тоже в виде жидкости). Затвердевшие составы из
эпоксидных смол обладают высокой прочностью: на изгиб до 60—
80 МПа, па сжатие до 120—150 МПа, на растяжение до 18 МПа.
Ими можно эффективно заделывать силовые трещины.
Рис. 19.7. Схемы расположения трубчатого и прижимного ииъекторов:
трещина; 2 — обмазка эпоксидным клеем; 3 — трубка ннъектора для подачи раствора;
4 — металлическая планка; 5 — пористая резина
404
Рис. 19.8. Установка для мкъектиро-
вапия клея:
/ — манометр; 2 --- шланг для подвчн
воздуха; Я съемочная крышка; 4 - -
баллон вместимостью 3—1 л; 5 — эпок-
сидный клей; 6 — шланг для подачи
клея; 7 — |>сзн11овый баллон вмести-
мостью 1.5-2 л; 8 — шланг дтя подачи
Чистые цементные растворы
имеют плохое сцепление с бето-
ном, менее долговечны н слабо-
эластичны, требуют ухода в пе-
риод твердения. Перед началом
инъектирования очищают поверх-
ность бетона. При раскрытии тре-
щин меньше 1 мм производят по-
верхностную герметизацию с по-
мощью кисти чистым эпоксидным
клеем, а при раскрытии трещин
больше 1 мм — клеем с напол-
нителем. Еще лучше, если на тре-
щину наклеивать на эпоксидном
клее ленту из стеклоткани. Ши-
рина проклеиваемых полос долж-
на быть меньше 5 см.
Вдоль трещины, швов и пустот, заделываемых инъектирова-
пием, устанавливают через 20—50 см (в зависимости от ширины
раскрытия трещин) трубчатые инъекторы или прижимные инъек-
торы-губки (рис. 19.7). Инъектируют растворы специальными
установками. При заделке трещин в опорах, трубах и малых про-
летных строениях более пригодны установки, создающие низкое
давление до 0,7 МПа (рис. 19.8, о), а для предварительно напря-
женных пролетных строений средних и больших мостов — уста-
новки, создающие высокое давление более 1,0 МПа (рис. 19,8,6).
В установке высокого давления резиновые баллоны вмести-
мостью 1,5—2 л наполняют эпоксидным составом и помещают в
резервуар с маслом. Создаваемым давлением в масле от насоса
обжимается баллон с клеем, который под большим давлением про-
никает в очень тонкие трещины.
Составы нагнетают через наконечник до тех пор, пока из со-
седних штуцеров не начнет выходить клей. По окончании подачи
клея в сроки его жизнедеятельности (не больше 2—3 ч) промы-
вают ацетоном все механизмы и шланги. Резиновые баллоны, как
правило, повторно не используют, а заменяют новыми.
Твердение (полимеризация) герметиков и клеев из эпоксидной
смолы происходит при положительной температуре, наиболее ин-
тенсивно (за одни сутки) — при температуре выше 15—20°С.
Все материалы на основе синтетических смол содержат отвер-
дители; органические растворители легко воспламеняются и вред-
ны для здоровья. Работать с такими материалами необходимо
при соблюдении правил и норм техники безопасности и противо-
пожарной защиты.
Более серьезные повреждения железобетонных пролетных
строений (например, развивающиеся трещины, несмотря на их ре-
405
Рнс. 19.9. Усиление железобетонной балки:
/ — основная арматура:
— арматура усиления; 3 — сварной шов
моит, отколы защитного слоя небольшой длины) требуют спе-
циального усиления конструкции. В железобетонных пролетных
строениях, длительное время находившихся в эксплуатации, уси-
ление бывает необходимо при понижении их несущей способности
из-за значительного возрастания нагрузок и возникающих в связи
•с этим серьезных дефектов.
Наиболее распространенный способ усиления — увеличение по-
перечного сечения конструкций путем обнажения крайних рядов
стержневой арматуры примерно наполовину их диаметра, крепле-
ния к ним новых стержней или арматурных каркасов, располо-
женных параллельно старой арматуре, с помощью дополнитель-
ных хомутов или арматурных коротышей и последующего
бетонирования (рис. 19.9). В случае необходимости по наружным
боковым поверхностям балки можно устанавливать отогнутые
стержни. Хомуты новой арматуры приваривают к обнаженной и
зачищенной старой. Защитный слой восстанавливают торкретиро-
ванием или бетонированием н опалубке. Полезно перед укладкой
бетонной смеси покрыть поверхность старого бетона жидким кле-
ем из эпоксидной смолы, что значительно увеличит сцепление с
новым слоем.
19.4. Ремонт металлических пролетных строений
Распространенный вид ремонта — замена большого количества
дефектных заклепок, расположенных сосредоточенно в узлах
ферм, в местах прикрепления продольных балок к поперечинам,
поперечных балок к фермам-. Если при этом предполагают увели-
чить диаметр заклепок, то такой вид работ относят к усилению
пролетных строений. Одновременно разрешается удалять не боль-
ше 10% общего числа заклепок в соединении. Для предупрежде-
ния расшатывания и ослабления соседних заклепок удалять го-
ловки надо спиливая их газовой резьбой или высверлива-
нием. Стержни заменяемых заклепок, как правило, выбива-
406
ют, реже высверливают. При
замене заклепок целесообраз-
но ставить высокопрочные бол-
ты. Однако нужно учитывать,
что в верхних поясах продоль-
ных балок (включая и «рыб-
кн») и поясах ферм, на кото-
рые непосредственно опирают-
ся мостовые брусья, высоко-
прочные болты могут затруд-
нить укладку брусьев. Слабо
натянутые и сильно погнутые
элементы ферм должны быть от-
ремонтированы или заменены.
Для ремонта растянутых
раскосов можно применять
устройства, временно выклю-
чающие раскосы из работы
Рис. 19.10. Устройство для врема!-
ного выключения растянутого раскоса
из работы:
I — тяжи; 2 — стальные муфты
(рис. 19.10). к ремонтным работам относят также исправление
различных дефектов в элементах пролетных строений — перекры-
тие трещин в металле накладками, замену элементов соединитель-
ной решетки, ремонт опорных частей и т. п.
Для защиты металлических пролетных строений от ржавления
их периодически окрашивают. Масляную краску, как правило, на-
носят в два слоя с предварительной грунтовкой. Основную роль
в активной защите от коррозии выполняет грунтовка, которая так-
же способствует хорошему сцеплению металла с последующими
слоями покрытия. Краска служит защитным покрытием от атмо-
сферных воздействий и состоит из связующего вещества и пиг-
мента. Наиболее качественное связующее вещество — натураль-
ная олифа. Разрешается применять заменители — олифу-оксоль
или оксоли-смеси.
В качестве пигментов применяют свинцовые белила, свинцо-
вый сурик, оранжевый крон, цинковые белила, титановые белила,
железный сурик, алюминиевую пудру. Свинцовые белила высоко-
качественны, но вредны для здоровья человека.
Разрешается окрашивать металлические поверхности перхлор-
виниловой эмалью ХВ-125, ХВ-113 или сополимерной эмалью
СХБМ-17, ХС-19 с эпоксидной шпаклевкой ЭП-00-10.
В наиболее ответственных местах пролетного строения можно
производить металлизацию—наносить на поверхность металла
тонкий слой цинка или алюминия. Такое покрытие может служить
20—50 лет. Перед окраской поверхность металла тщательно очи-
щают от пыли, грязи, ржавчины и старой, пришедшей в негод-
ность краски. Очищают при помощи скребков, проволочных ще-
ток, механических щеток, пескодробеструйных аппаратов. Щели
407
в элементах перед окраской очищают от грязи, ржавчины и за-
шпаклевывают. Грунтовку наносят на протертую насухо поверх-
ность непосредственно после очистки. Места с хорошо сохранив-
шейся краской не грунтуют, а окрашивают вместе с остальной
поверхностью. Верхние пояса продольных балок или ферм допол-
нительно окрашивают в третий раз. Мостовые брусья сдвигают
без нарушения предельного расстояния в 55 см между осями
брусьев. Окрашивать можно только сухие поверхности при темпе-
ратуре не ниже плюс 5°С. Наносить краску при небольших объе-
мах работ можно кистями, а в остальных случаях — краскораспы-
лителями. Поверхность покрытия после высыхания не должна
иметь трещин, сетки и пузырей, сорности, морщин, тусклых пятен.
Работы по окраске пролетных строений ведут с подвесных под-
мостей, люлек, смотровых приспособлений, обеспечивающих пол-
ную безопасность. Рабочих, занятых окраской на высоте, большей
2 м, обеспечивают предохранительными поясами.
К ремонту металлических пролетных строений относят сплош-
ную замену мостовых брусьев. В зависимости от продолжительно-
сти промежутка, времени между проходами поездов («окно»)
брусья можно заменять одиночным порядком без разрыва рельсо-
вой колеи (при продолжительности «окна» до 50 мин). Сплошная
замена мостовых брусьев слагается из двух периодов — подгото-
вительного и основного. В подготовительный период входят ниве-
лирование пути и балочной клетки, определение размеров мосто-
вых брусьев, подготовка новых (устройство всех врубок, отверстий
и т. п.) брусьев. В основной период сначала подготавливают мес-
то работы, ограждают его сигналами, снимают тротуарный настил,
снимают лапчатые болты с каждого второго бруса, отвинчивают
гайки креплений, выдергивают по одному костылю с каждого при-
крепления рельсов, а затем уже разболчивают соединения, сни-
мают рельсы и контррельсы и сдвигают их вдоль пути, после чего
снимают старые мостовые брусья, очищают н окрашивают верх-
ние пояса балок (ферм). На окрашенные пояса укладывают новые
мостовые брусья. Каждый второй брус крепят лапчатыми болта-
ми, раскладывают рельсовые подкладки, костыли, надвигают ра-
бочие рельсы и пришивают их. После проверки состояния пути
снимают сигналы остановки или ограничения скорости.
Вопросы для самопроверки по гл. 19
I. Как выявляют необходимость ремонта, усиления и переустройства искус-
ственных сооружений?
2. В чем заключается ремонт бетонных н каменных опор?
3. Какими способами заделывают трепсииы в бетонных и каменных конст-
рукциях?
• 4. Какие основные способы ремонта и усиления железобетонных конструк-
ций?
5. В чем заключается ремонт металлических мостов?
РАЗДЕЛ ВОСЬМОЙ
ТОННЕЛИ
Глава 20
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
20.1. Область применения и классификация тоннелей
Тоннели — сложный для осуществления и дорогой вид искусст-
венных сооружений, достаточно широко применяемый при строи-
тельстве железных и автомобильных дорог.'По своим конструк-
тивным формам, размерам и условиям строительства тоннели в
транспортном строительстве отличаются от других видов подоб-
ных сооружений — гидротехнических, коммунальных, промышлен-
ных, горно-разведочных и специального назначения.
Горные тоннели могут быть перевальными, сооружаемыми че-
рез высокие водоразделы; косогорными, прокладываемыми вдоль
склонов гор; петлевыми и спиральными (рис. 20.1), сооружаемы-
ми для развития трассы дорог в горных условиях.
В крупных городах в нашей стране с населением более 1 млн.
жителей, сооружают метрополитены. Как наиболее удобный
вид городского пассажирского транспорта тоннели метрополите-
нов прокладывают в городах по направлениям наибольших пасса-
жиропотоков.
При устройстве метрополитенов в пределах застроенных уча-
стков городов они прокладываются под поверхностью земли, иног-
да по геологическим и топорельефным условиям на большой глу-
бине. На окраинах городов устраиваются наземные участки на
так называемых «вылетных» линиях, предназначенных для связи
метрополитенов с пригородными электрифицированными железны-
ми дорогами.
Городские пешеходные тоннели сооружают в мес-
тах интенсивного уличного движения для обеспечения движения
потоков городского транспорта и пешеходов в разных уровнях и
для повышения безопасности движения.
409
Рис. 20.1. Горные железнодорожные тоннели
Элементы тоннелей. Тоннель любого назначения размещается
в горной выработке — искусственно созданной полости в толще
земной коры. Грунты, слагающие земную кору, принято называть
в тоннелестроении горными породами. Горные выработки могут
быть горизонтальными, наклонными и вертикальными. При строи-
тельстве горных тоннелей и метрополитенов горизонтальные или
с небольшим уклоном выработки делаются для основных подзем-
ных сооружений. Горизонтальные выработки небольшой длины
называют камерами. Наклонные выработки необходимы для эска-
латорных тоннелей, вертикальные — для стволов шахт (рис. 20.2).
Горизонтальная или наклонная горная выработка, как правило,
небольшого сечения, предназначенная для производства
строительных работ, называется штольней и сооружается в пер-
вую очередь. Вертикальная горная выработка, имеющая выход на
поверхность земли, носит название ствола шахты 2. В большин-
стве случаев стволы оставляют в качестве постоянных сооружений
для вентиляции тоннелей и других эксплуатационных целей. На-
чало и конец тоннеля ограничиваются порталами /.
Торцовая поверхность горной выработки, где ведется разра-
ботка породы, называется забоем 3. Верхняя (сводчатая) часть
горизонтальной или наклонной выработки носит название колот-
410
ты 5, остальная часть — штроссы 4. Выработка 8 ограничивается
внизу подошвой 7, вверху—кровлей 6, с боков — стенами 9.
Очертание и обделка тоннелей. По характеру строительства
тоннели могут быть закрытого способа работ, строящиеся без
вскрытия земной поверхности над ним, и открытого — в создавае-
мых котлованах.
Размеры и очертания внутреннего свободного пространства —
горной выработки транспортных тоннелей — зависят от размеров
и формы подвижного состава и размещаемого в них оборудования.
Поперечное сечение железнодорожных тоннелей н тоннелей мет-
рополитенов определятся трбованиями габарита и может быть
рассчитано на один или два пути (тоннели для трех путей встре-
чаются крайне редко).
Поперечное сечение автодорожного тоннеля определяется клас-
сом дороги и числом полос движения, а также другими требова-
ниями— подвеска контактного провода, устройство освещения,
сигнализации.
При сооружении тоннеля породу удаляют по всему его попе-
речному сечению. Пространство, образованное после удаления по-
роды, называют тоннельной выработкой. Тоннельные выработки,
как правило, закрепляют по всему контуру или частично как на
время производства работ, так и для постоянной эксплуатации.
Конструкцию, служащую для постоянного закрепления тон-
нельной выработки, называют обделкой. Входные звенья об-
делки горных тоннелей, называемые порталами, несколько выдви-
нуты вперед. Очертание обделки внутри тоннеля может быть
подковообразным (см. рис. 1.7, о) для горных тоннелей, круговым
(см. рис. 1.7, б) для глубоких тоннелей метрополитенов закрыто-
го способа работ, прямоугольным (см. рис. 1.7, в) для тоннелей
мелкого заложения открытого способа работ и др. Обделка обыч-
Рис. 20.2. Основные горные выработки
411
но состоит из свода или плоского перекрытия, стен и обратного
свода или плоского лотка. При благоприятных гидрогеологических
условиях обделку горных тоннелей делают неполной, т. е. без об-
ратного свода (лотка) или только с верхним сводом.
Обделки в настоящее время возводят из монолитного или сбор-
ного железобетона и чугуна. Монолитную обделку применяют пре-
имущественно для горных тоннелей, имеющих сложное очертание
поперечного сечения.
Сборную железобетонную обделку в виде блоков или тюбин-
гов широко применяют при закрытом способе сооружения метро-
политенов и в отдельных случаях в горных тоннелях, а при откры-
том— в виде блоков отдельных сборных элементов (например,
стены и блоки перекрытия) или цельносекционных блоков. Чугун-
ную, а иногда и стальную обделку применяют с щитовым способом
проходки в слабых породах, при значительном горном давлении,
большом притоке грунтовых вод и наличии на поверхности зданий
и сооружений, осадка оснований которых недопустима.
Комплекс сооружений тоннеля. Нормальная эксплуатация тон-
неля обеспечивается комплексом согласованно работающих под-
земных и наземных сооружений и устройств, состав которых за-
висит От назначения, протяженности и места расположения тон-
неля.
Железнодорожные и автодорожные тоннели, равно как и мет-
рополитены, кроме железнодорожного пути или полотна проезжен
части, должны иметь водоотводные, вентиляционные, оградитель-
ные и защитные сооружения и устройства, обеспечивающие безо-
пасность движения и обслуживающего персонала.
Водоотводные устройства необходимы для удаления из тонне-
ля воды, проникающей через обделку или поступающей из водо-
провода при уборочных работах. Выполняются они в виде про-
дольных лотков или труб, прокладываемых посередине или сбоку
тоннеля.
Вентиляционные сооружения предназначены для очистки воз-
духа в тоннелях. Конструкция и состав этих сооружений зависят
от системы вентиляции и длины тоннеля. При искусственной вен-
тиляции могут сооружаться вентиляционные стволы, подземные
камеры или наземные здания для вентиляторов.
К оградительным и защитным сооружениям относятся порта-
лы, облицовочные и поддерживающие стены вдоль откосов пред-
портальиых выемок, улавливающие стены и надолбы с загради-
тельными валами и траншеями на пологих склонах, галереи в
припортальных полувыемках на крутых косогорах, где имеется
опасность обвалов, осыпей и лавин.
К водозащитным сооружениям относятся водосборные и водо-
отводные канавы на склонах гор, прорезаемых тоннелем, поверхно-
стные и подземные дренажи.
412
К устройствам, обеспечивающим безопасность движения, отно-
сятся электрическое освещение тоннелей, оповестительная и за-
градительная сигнализации, телефонная связь, противопожарные
установки и т. п.
Метрополитены из всех типов тоннелей отличаются наиболее
сложным комплексом сооружений и устройств. Основными соору-
жениями метрополитена являются перегонные тоннели, станции,
вестибюли, тяговые и понизительные электроподстанции, вагонные
депо.
Для нормальной эксплуатации перегонных тоннелей необходи-
мы вспомогательные сооружения: камеры для водоотливных уста-
новок, вентиляционные камеры и тоннели, вертикальные стволы
вентиляционных шахт. В местах выхода перегонных тоннелей на
поверхность устраиваются рампы — открытые выемки с подпор-
ными стенами.
Станции метрополитена предназначены для посадки в поезда
и высадки пассажиров и осуществления эксплуатационным пер-
соналом функций, связанных с движением поездов. Станционные
тоннели делаются большего поперечного сечения, чем перегонные.
В них размещается одна или несколько пассажирских платформ,
к которым примыкают лестничные спуски, наклонные тоннели с
эскалаторами. Под платформами и в специальных камерах обо-
рудуются служебные помещения. Вестибюли могут быть наземны-
ми с расположением пола пассажирского зала примерно на уров-
не тротуара улицы и подземные. В подвальной части вестибюля
при наличии эскалаторов устраивают машинное помещение.
К подземным вестибюлям примыкают подходные коридоры,
часто совмещаемые с пешеходными переходами под улицами и
площадями.
Тяговые и понизительные электроподстанции предназначены
для питания электроэнергией тяговых двигателей электропоездов,
двигателей экскалаторов, вентиляционных, водоотливных и других
установок, устройств освещения, связи и СЦБ.
Вагонные депо размещаются на поверхности и соединяются с
тоннелями метрополитена вытяжной веткой. Депо имеет необхо-
димое путевое развитие и здание для составов электропоездов.
При депо строят производственные мастерские службы пути, со-
оружения СЦБ и связи, электроснабжения эскалаторов, склады и
служебно-бытовые помещения.
20.2. Основные принципы проектирования тоннелей
Горные тоннели и тоннели метрополитенов в нашей стране
проектируются на основе Строительных норм и правил, утверж-
денных Госстроем СССР для горных железнодорожных и автодо-
413
Рис. 20.3. Виды горных тоннелей:
а — мысовой тоннель; б — перевальный тоннель
рожных тоннелей: СНиП 11-44-78 и для метрополитенов СНиП
Н-40-80. В указанных нормах и правилах приведены все основные
положения для составления проектов тоннелей.
Трассы тоннелей. Проектирование тоннелей начинается с вы-
полнения изысканий, геодезических и инженерно-геологических
работ. В процессе выполнения этих работ намечается наиболее
рациональная трасса тоннеля с учетом всех геодезических и ин-
женерно-геологических условий для устройства тоннелей.
План и профиль транспортных тоннелей в первую очередь за-
висят от минимального радиуса кривых и руководящего уклона,
допускаемых для нормального движения транспортных средств,
инженерно-геологических условий прохождения тоннелей в толще
горных пород и под населенными пунктами городов. Эти условия
различны для железных и автомобильных дорог и для метрополи-
тенов.
Весьма сложно проектирование трассы железнодорожных и
автодорожных тоннелей в горной местности, где приходится на-
правлять дороги вдоль извилистых русел рек, преодолевать боль-
шие высоты.
В излучинах рек с целью спрямления дороги сооружают мысо-
вые тоннели, при пересечении водоразделов и горных хребтов —
перевалочные (рис. 20.3, а и б). Низко расположенный переваль-
ный тоннель называется базисным, или подошвенным 1, высоко
Рис. 20.4. Профили тоннелей
414
расположенный — вершинным 2. Для развития длины трассы
с целью уменьшения подъема сооружают петлевые и спиральные
(см. рис. 20.1) тоннели.
Продольный профиль тоннеля может быть односкатным (рис.
20.4, а), двускатным (рис. 20.4, б) и двускатным вогнутого профи-
ля (рис. 20.4, в). Односкатный профиль обеспечивает лучшие ус-
ловия для естественной вентиляции благодаря значительной раз-
нице высот порталов, но создает трудности проходки тоннеля с
верхового портала, вызывая необходимость искусственного водо-
отлива из забоя. Такой профиль неизбежен в петлевых и спираль-
пых тоннелях. Выпуклый профиль обычно имеют перевальные
тоннели, вогнутый — подводные и городские транспортные. Сле-
дует отметить, что продольный уклон трассы в тоннеле прини-
мают всегда несколько меньшим, чем уклон для открытой трассы
дороги, поскольку учитывается увеличение сопротивления воздуха
движению поезда в тоннеле.
Геодезические н инженерно-геологические условия. Для про-
ектирования тоннеля любого назначения необходимо иметь топо-
графический план местности достаточно крупного масштаба. Три-
ангуляция и основная полигонометрия должны удовлетворять тре-
бованиям специальных для тоннелестроения конструкций.
Учитывая, что тоннели располагаются в толще горных пород
н взаимодействуют с этими породами в процессе строительства н
эксплуатации, для их проектирования решающее значение имеют
данные инженерно-геологических обследований. На основе этих
данных выбирают положение тоннеля в плане и профиле, уста-
навливают конструкции обделок и способы их защиты от агрес-
сивного воздействия окружающей среды, решают вопросы вен-
тиляции и водоснабжения, назначают способы производства
работ, обеспечивающие безопасные условия работающим и со-
хранность наземных сооружений, расположенных над тоннелями.
От правильной оценки естественных условий в значительной
степени зависят сроки и стоимость строительства, а также экс-
плуатационные качества тоннельных сооружений.
Инженерно-геологические исследования, проводимые по на-
мечаемой трассе тоннелей, выполняют на основе изучения ре-
зультатов предыдущих исследований, а также бурения скважин,
устройств глубоких колодцев и специальных штолен.
По своему происхождению горные породы делятся на три ос-
новные группы: изверженные, осадочные и метаморфические.
Изверженные породы образовались в результате остывания и
кристаллизации расплавленной минеральной массы (магмы),
поднявшейся по трещинам в верхнюю толщу земной коры. Боль-
шинство изверженных пород отличается свойствами твердого
тела: упругостью, твердостью, высокой механической проч-
ностью. Прохождение тоннелей через такие породы при совре-
415
менных механизированных способах разработки является благо-
приятным.
Изверженные породы в результате длительного воздействия
сил природы разрушаются и водоизменяются, превращаясь в
осадочные породы. Разрушение породы происходит вследствие ко-
лебаний температуры, вызывающих неравномерное расширение и
сжатие (физическое выветривание), а также распада материала
породы под влиянием воды и растворенных в ней веществ (хими-
ческое выветривание). Продукты разрушения, перенесенные вет-
ром, водой и льдом в пониженные части земной поверхности,
осаждались слоями на дне океанов, морей и озер. В результате
образовалась мощная толща осадочных пород. Под влиянием тек-
тонических процессов и происходивших миллионы лет назад горо-
образований осадочные породы поднимались вверх, разламываясь
и деформируясь. Изучение этих явлений является задачей прово-
димых геологических исследований.
Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут под-
вергаться связыванию естественным цементом: глинистыми части-
цами, углекислой известью, окисью кремния, битумом. К сцемен-
тированным и наиболее распространенным горным обломочным
породам относятся: конгломераты, состоящие из гравия и гальки,
связанные углекислой известью; брекчии из мелкого щебня, сце-
ментированные глиностным или известковым веществом; песчани-
ки, состоящие из песчаных зерен различной крупности, сцементи-
рованных кремнистыми, известковыми, глинистыми, железистыми
и другими соединениями.
При осаждении растворенных в воде химических соединений
образовались гипс, ангидрит, каменная соль, известковый туф и
др. Продукты жизнедеятельности животных и растительных орга-
низмов привели к образованиям известняков, мергеля, каменного
угля, торфа и др.
Проектирование тоннелей в толще осадочных пород является
серьезной задачей, учитывая большое разнообразие их физико-
механических свойств.
К метаморфическим породам, образовавшимся из изверженных
и осадочных пород в толще земной коры под воздействием боль-
шого давления и высокой температуры, относятся гнейсы, сланцы,
кварциты, мраморы и др.
Скопления обломков горных пород, находившихся как в массе
ледника, так и вне его, образовали отложения, называемые мо-
ренными. Они сильно уплотнены и отличаются малой сжимае-
мостью. Отложения, образовавшиеся в долинах и руслах рек, но-
сят название аллювиальных; это — гравий, галька, песок различ-
ной крупности, илы, реже глины и суглинки.
К четвертичным отложениям относятся также культурные
слои, образовавшиеся в результате деятельности человека в мес-
416
тах его поселения. Мощность этого слоя в больших городах дости-
гает 10 м и более. При инженерно-геологических изысканиях вы-
являют водоносность пород. Мягкие, рыхлые, а также трещинова-
тые породы обычно содержат воду. Вода оказывает влияние на
свойства пород и условия сооружения и эксплуатации тоннелей.
Основным источником образования подземных вод являются
атмосферные осадки и воды от таяния ледников, проникающие
внутрь горных пород. Способностью удерживать воду обладают
все горные породы. .Наибольшее количество воды, вмещающееся
в единице объема, называется вл а гоем костью. Она выражается в
процентах к объему и для твердых пород равна от 0,05 до 1'%,
для песка и гравия —от 14 до 40%, для глин и суглинков — выше
40%. Важнейшим свойством пород является их водопроницае-
мость, т. е. способность поглощать и пропускать через себя воду.
Растворимые горные породы в виде известняков, доломита,
гипса подвергаются выщелачиванию, при этом в толще породы
образуются каналы и пещеры (карсты). Это явление называется
карстовым. Карсты усложняют производство тоннельных работ
вследствие возможных обвалов, внутреннего роста давления, а
также прорывов накопившихся в карстовых пустотах подземных
вод. Выявление карстов является одной из важнейших задач ин-
женерно-геологических исследований.
На склонах гор часто наблюдаются оползни, медленное сме-
щение масс горных пород на склонах под действием силы тяжести,
связанное с деятельностью поверхностных и подземных вод. При
сооружении тоннелей в оползневых районах необходимо осущест-
влять сложные инженерные мероприятия, направленные на устра-
нение причин, вызвавших развитие оползневых явлений.
В северных районах страны наблюдается явление вечной мерз-
лоты. Изучение расположения и глубины вечномерзлых грунтов
необходимо для разработки мероприятий при проходке и эксплуа-
тации тоннелей.
20.3. Проектирование профиля и плана тоннелей
Железнодорожные и автодорожные тоннели проектируют иа
наиболее отдаленную пропускную способность дороги. Место тон-
нельного пересечения, высотное положение, продольный профиль
п план тоннеля выбирают на основе подробных результатов гео-
дезических, инженерно-геологических исследований и на основе
технико-экономического сравнения вариантов. Железнодорожные
тоннели в настоящее время проектируют с учетом применения
электрической тяги.
Руководящий уклон, принятый для открытых участков трассы
железнодорожной линии, допускается сохранять в тоннеле дли-
417
ной менее 300 м. При большей длине тоннеля уклон несколько
сокращается умножением на следующие коэффициенты, завися-
щие от длины тоннеля: от 0,3 до 1 км на 0,9; от 1 до 3 км — на
0,85; свыше 3 км — на 0,8—0,75.
В двускатных тоннелях длиной от 200 до 400 м допускаются
горизонтальные площадки как разделительные между двумя ук-
лонами, направленными в разные стороны.
Продольный профиль проезжей части автодорожных тоннелей
длиной до 300 м проектируют односкатным, а длиной более 300 м
односкатным или двускатным с уклонами не менее 3%о и не более
40%о. При длине тоннеля до 500 м, располагаемого в трудных то-
пографических и инженерно-геологических условиях, допускается
увеличение продольного уклона до 60%О- Расположение железно-
дорожных тоннелей в плане должно удовлетворять требованиям,
предъявляемым к открытым участкам железнодорожной линии.
Радиус кривых в плане для автодорожных тоннелей должен быть
не менее 250 м и в исключительных случаях при технико-экономи-
ческом обосновании — не менее 150 м.
Предпочтение следует отдавать расположению железнодорож-
ных и автодорожных тоннелей на прямых участках дорог.
Метрополитены. Размеры станций и прочих обустройств при-
нимаются в зависимости от пропускной и провозной способности,
которую для линии метрополитена принимают 40 пассажирских
поездов в час. При проектировании линии метрополитена в плане
их следует размещать, как правило, вдоль основных магистралей
города по кратчайшим направлениям. Радиусы кривых в плане
должны быть не менее: для главных путей 600 м, для служебных
путей— 150, для парковых путей — 75 м.
Расстояние от поверхности земли до верха конструкции под-
земных сооружений метрополитенов следует принимать: над плат-
форменной частью колонной станции — не менее 2,5 м; над
платформенной частью односводчатой станции, подземными вести-
бюлями и подуличными переходами — не менее суммарной толщи-
ны дорожного уличного покрытия и теплоизоляционного слоя,
обеспечивающего защиту сооружения от промерзания; над пере-
гонными тоннелями в местах пересечения магистральных улиц и
дорог общегородского значения — не менее 3 м.
Профиль линий метрополитенов определяется глубиной зало-
жения станций, инженерно-геологическими и топографическими
условиями местности. Профильный уклон участков линий и рель-
совых путей на подъемных, а также закрытых наземных участках
метрополитенов должен быть не более 40%о, а на открытых на-
земных участках — не более 35%о. Продольный уклон тоннелей
станций и перегонов, закрытых наземных участков линий, а так-
же рельсовых путей метрополитена должен быть не менее 3%0.
Длину элемента продольного профиля следует принимать не менее
418
расчетной длины поезда на перспективу. Длина прямой вставки
в элементе продольного профиля между смежными концами вер-
тикальных кривых должна быть не менее 50 м.
Пути в тоннелях метрополитена, предназначаемых для отстоя
и оборота поездов, следует располагать на уклоне 3%0 с подъе-
мом к станции. Отстойные пути в электродепо располагают на
горизонтальной площадке или на уклоне не более 1,5%о.
Станции и вестибюли метрополитена следует располагать на
прямых участках пути, а в профиле, как правило, — на возвыше-
ниях. В трудных условиях допускается размещение наземных
станций и станций мелкого заложения в плане на кривых участ-
ках пути радиусом нс менее 800 м. Станции следует располагать
на односкатном продольном уклоне, равном 3%®, или располагать
на горизонтальной площадке при условии обеспечения отвода
воды. Расстояние между станциями принимают, как правило, в
пределах 1—2 км. С увеличением расстояния возрастает скорость
поездов, но ухудшаются условия их подхода к станциям на по-
верхности.
Платформы станций, как правило, проектируют островными.
В трудных условиях при достаточном технико-экономическом
обосновании допускается устройство боковых платформ. Ширина
островной платформы мелкого заложения и наземной, а также
односводчатой станции глубокого заложения должна быть не ме-
нее 10 м. При колонной островной станции глубокого заложения
ос минимальная ширина нс менее 12 м, ширина боковой платфор-
мы не менее 4 м. Длину посадочной части платформы принимают
равной длине поезда на перспективу, увеличенной не менее чем
на 6 м. Ширину коридоров и лестниц на участках пути движения
пассажиров принимают с учетом пропускной способности в часы
пик, но не менее 2,5 м.
Эскалаторы на станциях и в коридорах между станциями про-
ектируют при высоте подъема до 6,4 м только для подъема пасса-
жиров, при высоте более 6,5 м — для подъема и спуска пассажи-
ров. Количество эскалаторов определяется по возможной пропуск-
ной способности в часы пик. Вестибюли станций проектируют,
как правило, подземными. Иногда устраивают наземные
вестибюли, встроенные в соседние здания города. Выходы и входы
из подземных вестибюлей рекомендуется совмещать с устройст-
вом подуличных пешеходных переходов.
Путь н контактный рельс. В качестве нижнего строения пути
в метрополитене следует предусматривать: в тоннелях и на за-
крытых наземных участках — плоское основание из бетона и же-
лезобетона; на открытых наземных участках — земляное полотно.
Верхнее строение пути выполняется из рельсов типа Р65 при
большой грузонапряженности (более 25 млн. т*км/км на 10-й год
эксплуатации) и типа Р50 при меньшей грузонапряженности. На
419
ветках к электродепо и в тупиках устанавливают рельсы типа
Р50. Ширина колеи на прямых участках пути должна быть
1520 мм. На кривых предусматривается уширение, соответствую-
щее радиусу кривой. Рельсы главных путей па прямых и кривых
участках на подземных и закрытых участках тоннеля укладывают
сваренными в плети длиной, как правило, равной длине блок-
участка. Сварку рельсов выполняют электроконтактным способом.
Для электропитания подвижного состава предусматривается
укладка контактного рельса с его креплением, обеспечивающим
нижний токосъем токоприемниками вагонов. Контактный рельс,
как правило, располагается с левой стороны по ходу движения
поездов. На всем протяжении контактный рельс должен быть за-
крыт электроизоляционным защитным коробом.
20.4. Основные способы сооружения тоннелей
Способы проходки тоннельных выработок обусловливаются ин-
женерно-геологическими условиями прорезаемого массива горных
пород, а также размерами поперечного сечения тоннеля и его
длиной. Основные способы проходки: раскрытым профилем, опер-
тым сводом, опорным ядром, центральной штольней, щитовым
способом.
Способ раскрытого профиля применим для проходки в легких
грунтах и трещиноватых породах, требующих мощного крепления;
при этом пробивают нижнюю штольню, затем верхнюю часть вы-
работки и, наконец, нижнюю, разрабатывая таким образом все
поперечное сечение тоннеля. При способе опертого свода разра-
батывают сначала верхнюю часть поперечного сечения и соору-
жают свод обделки с опиранием его на породу, а затем под защи-
той свода нижнюю часть сечения. Этот способ «применим в поро-
дах, способных до сооружения боковых стен воспринимать
давление от свода.
Для пород с большим горным давлением и при значительной
ширине выработки удобен способ опорного ядра, при котором
среднюю часть поперечного сечения (ядро) разрабатывают после
сооружения обделки по всему контуру.
На строительстве горных тоннелей при проходке в крепких
устойчивых породах получил распространение способ центральной
штольни. В центре поперечного сечения тоннеля закладывают на-
правляющую штольню, из которой бурят в радиальных направле-
ниях шпуры и, взрывая породу, расширяют выработку до полного
профиля.
Наиболее прогрессивный из всех способов сооружения тонне-
лей, получивший наибольшее распространение при сооружении
метрополитенов, — это щитовой. Щит представляет собой под-
420
вижную металлическую крепь замкнутого контура, под защитой
которой разрабатывают породу и монтируют тоннельную обделку.
Щитовой способ особенно целесообразен в слабых, сильно водо-
носных породах. Передвижение щита вперед осуществляется груп-
пой гидравлических домкратов.
При неглубоком от поверхности земли заложении тоннеля при-
меняют открытый способ, т. е. тоннельную обделку выполняют в
открытом котловане.
Вопросы для самопроверки по гл. 20
I. Какие виды тоннелей применяются при строительстве дорог, их назначе-
ния и основные элементы?
2. Основные требования, предъявляемые к профилю и анализ горных тон-
нелей.
3. Требования к тоннелям метрополитенов.
4. Способы устройства тоннелей.
Глава 21
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЯ ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК
21.1. Обделка горных тоннелей
Обделка тоннеля является постоянной конструкцией, предназ-
наченной для закрепления горной выработки и придания ей про-
ектного очертания. Тоннель без обделки может быть применен
только в крепких скальных породах с незначительной трещинова-
тостью и не подверженных выветриванию.
В зависимости от инженерно-геологических условий и назна-
чения тоннеля обделка должна воспринимать горное давление по
контуру выработки, гидростатическое давление подземных вод,
временные нагрузки, передаваемые с поверхности земли (при
мелком заложении тоннеля), сейсмические и другие нагрузки. Во
всех этих случаях обделка является несущей конструкцией, кото-
рая должна обладать достаточной прочностью, устойчивостью и
водонепроницаемостью.
Внутренние размеры обделки должны обеспечить нормальную
эксплуатацию тоннеля, они должны соответствовать очертанию
габарита приближения строения, установленного для железных и
автомобильных дорог.
На выбор формы поперечного сечения обделки большое влия-
ние оказывает горное давление окружающей породы. Влияет так-
же материал обделки и способы сооружения тоннеля.
Горное давление возникает как силовое воздействие по-
род на временную крепь или обделку выработки, вызванное на-
421
рутением равновесия горного массива. Характер проявления гор-
ного давления зависит от состава, строения и физико-механиче-
ских свойств горных пород, гидрогеологических условий, размеров
выработки и глубины се заложения от поверхности, способа и
скорости проходки.
В крепких скальных породах горное давление проявляется в
местах нарушения массива (сбросов, сдвигов, складчатости), ха-
рактеризующихся сильной трещиноватостью. При горизонталь-
ных напластованиях этих пород горное давление действует на
крепь или обделку вертикально и симметрично. Косонаправленные
пласты пород вызывают не только вертикальное, но и боковое
давление. В пластичных породах (глинах, мергелях, сланцах)
горное давление может быть значительным, и проявляется оно нс
только сверху, по и с боков выработки, а в некоторых случаях и
снизу.
Для таких пород особенно характерно нарастание горного дав-
ления с течением времени. В процессе разработки забоя они
обычно устойчивы, но через некоторое время в результате быстро-
го высыхания или, наоборот, насыщения влагой и набухания эти
породы теряют устойчивость и развивают сильное давление на
крепь и обделку.
В сыпучих породах горное давление проявляется сверху и с
боков выработки. При самых незначительных выпусках таких
пород вследствие дефектов крепи происходит быстрое нарастание
давления с распространением зоны нарушения на значительное
расстояние от выработки.
Особенно большое горное давление развивается при проход-
ке в плывунах, которые нс образуют свода естественного равно-
весия, а давят всей толщей. Если над плывунами залегают также
неустойчивые породы, то горное давление будет определяться ве-
сом всех пород выше выработки. В плывунах давление проявля-
ется со всех сторон выработки, поэтому к прочности и непрони-
цаемости крепи предъявляют особенно высокие требования.
Существует много теорий по определению горного давления,
но ни одна из них не даст точных результатов. В нашей стране
получила наибольшее распространение теория проф. М. М. Про-
тодьяконова. Согласно этой теории горное давление определяют
исходя из предположения, что массивы пород не являются сплош-
ными упругими телами, так как они разделены множеством тре-
щин на отдельные глыбы и куски. Поэтому к любым горным по-
родам можно применить законы сыпучих тел с некоторой поправ-
кой, учитывающей силы сцепления. В качестве такой поправки
вводится коэффициент крепости f, зависящий от физико-механи-
ческих свойств породы. Коэффициент крепости для разных пород
меняется от 0,3 до 20. Расчет крепей и тоннельных обделок ве-
дется по данным, изложенным в СНиП на проектирование тон-
422
нелей, в значительной степени построенных на указанных выше со-
ображениях.
Выбор обделок. Обделки горных тоннелей подразделяются на
несущие, воспринимающие горное давление, и облицовочные, в
крепких породах устраиваемые для предохранения стен от вывет-
ривания. Обделки могут устраиваться полными — по всему конту-
ру выработки и неполными — только в кровле или в кровле и бо-
ках выработки. В горных тоннелях наибольшее распространение
получили .неполные обделки с верхним сводом и стенами без об-
ратного свода. Они применяются в скальных породах при отсут-
ствии бокового и подошвенного горного давления.
По типу конструкции обделки разделяются на монолитные,
сборные и комбинированные. Монолитные обделки сооружаются
из бетона, железобетона и набрызгбетона. Монолитный бетон
применяется с разработкой забоя и возведением обделки по час-
тям в неустойчивых породах или с разработкой забоя на полный
профиль и возведением обделки в передвижной опалубке. К про-
грессивным конструкциям относятся обделки из монолитно-прессо-
ванного бетона, сооружаемого при щитовой проходке тоннеля.
Бетонные монолитные обделки отличаются следующими преиму-
ществами. Они не имеют швов, требующих специальных мер по
обеспечению водонепроницаемости. При правильной технологии
возведения отличаются высокой плотностью, ровностью и глад-
костью внутренней поверхности. Легко может быть обеспечена
любая форма обделки и плотное прилегание ее к разработанной
породе. Сооружение обделки при широком фронте работ может
быть комплексно механизировано.
На рис. 21.1 приведена монолитная бетонная обделка однопут-
ного железнодорожного тоннеля для случая прокладки в средних
слабых породах с коэффициентом крепости в пределах 5—10. Об-
делка устроена с толщиной свода в ключе 60 см, с применением
обратного свода 40 см. На рис. 21.2 примерно для аналогичных
условий приведена монолитная бетонная обделка для двухпутно-
го железнодорожного тоннеля. Здесь толщина свода увеличена
до 1200 мм. Бетон, применяемый для обделки, должен удовлетво-
рять требованиям по прочности, водостойкости, водонепроницае-
мости и морозостойкости. Эти конкретные требования устанавли-
вают в зависимости от назначения и места сооружения, гидроло-
гических и климатических условий его строительства. Марка
бетона по прочности на сжатие в монолитных обделках и порта-
лах транспортных тоннелей должна быть не ниже 200. Количест-
во портландцемента на 1 м3 бетонной смеси принимают в преде-
лах 250—350 кг.
Качество бетонных обделок в значительной степени зависит от
способа сооружения тоннелей. При горном способе с возведением
обделки по частям в деревянной опалубке труднее всего обеспе-
423
чить высокое качество. Значительно улучшаются условия при. раз-
работке забоем на полное сечение. В этом случае обделку/бето-
нируют замкнутыми кольцами в передвижной металлической
опалубке с виброуплотнением бетонной смеси, что позволяет обес-
печить точность геометрической формы обделки, однородность и
плотность бетона. Наиболее высоким качеством отличается обдел-
ка из монолитно-прессованного бетона. В процессе прессования
происходит отжатие излишней воды из бетонной смеси. .Бетонная
смесь под большим давлением хорошо уплотняется и вдавливает-
ся в породу, включая ее в совместную работу с обделкой. Прессо-
ванный бетон имеет повышенную прочность и плотность, а следо-
вательно, и водонепроницаемость. В отдельных случаях приме-
няют обделки, выполненные по способу набрызгбетопа. Бетонную
смесь наносят непосредственно на породу при помощи специаль-
ных машин, как правило, в несколько слоев. Толщина каждого
слоя может быть 3—5 см. В трещиноватых породах при невысо-
ком горном давлении набрызгбетон применяют в сочетании с ан-
керной крепью. К заделанным в породу металлическим анкерам
крепят металлическую сетку и на нее наносят набрызгом бетонную
смесь.
Железобетонные сборные обделки выполняют из
однотипных блоков толщиной от 30 до 90 см в зависимости от
диаметра тоннеля и расчетной нагрузки. Обделку, как правило,
устраивают кругового очертания, с производством работ по раз-
работке породы с помощью щитов. Бетонные блоки обделки имеют
Рис. 21.1. Бетонная обделка железно-
дорожного тоннеля для средних и
слабых пород
та
Рис. 21.2. Обделка двухпутного же-
лезнодорожного тоннеля при значи-
тельном вертикальном н боковом
давлениях
424
Рнс. 21.3. Сборная круговая обделка нз крутых железобетонных блоков:
/ — верхний блок; 2 — правый блок; 3 — левый блок; 4 — нижний блок; 5 — монолит-
ный бетон; б — отверстие для нагнетания; 7 — паз для фиксатора; 8 — прокладка 1 см
(рис. 21.3) плоские радиальные грани, между которыми при сбор-
ке закладывают стальные пластинки, обеспечивающие равномер-
ный зазор в стыке. Кольцевые грани с одной стороны имеют две
впадины глубиной 3—4 см, а с другой стороны — выступы высотой
на 1 см больше. Поэтому после прижатия собираемого кольца
обделки к ранее установленному между ними образуется зазор
размером 1 см. В блоках сделаны отверстия 6 для нагнетания це-
ментного раствора как за обделку, так и в зазоры между блоками.
С внутренней стороны все швы расчеканиваются.
Железобетонные сборные обделки считаются наиболее прог-
рессивными конструкциями. Их применение целесообразно в тон-
нелях любого назначения. С такими обделками сооружаются, как
правило, перегонные и станционные тоннели метрополитенов, а
также горные тоннели на железных и автомобильных дорогах.
Расчет обделок следует выполнять по двум группам пре-
дельных состояний: по несущей способности на прочность и в не-
обходимых случаях на устойчивость формы конструкции; по де-
формациям, раскрытию трещин или на трещиностойкость. Расчеты
по предельным состояниям первой группы обязательны для всех
конструкций и их следует производить на основные и особые соче-
тания нагрузок с применением коэффициентов условий работы
конструкций и расчетных сопротивлений их материалов.
Расчеты по предельным состояниям второй группы производят
на основные сочетания нагрузок, применяя нормативные характе-
425
ристики материалов тоннельной обделки. Расчеты возможно не
производить, если практикой применения и опытной проверкой
железобетонных конструкций установлено, что раскрытие /в них
трещин нс превышает предельно допустимых значений и жест-
кость конструкций в стадии эксплуатации достаточна. Статические
расчеты тоннельных обделок производят на заданную нагрузку с
учетом как горного давления, так и отпора окружающей грунто-
вого массива, кроме обделок, сооружаемых в слабых Ьодонасы-
щенных неустойчивых грунтах, например, плывунных, илистых и
т. п. В этом случае обделку рассчитывают без учета отбора.
Деформационные характеристики грунтового массива — модуль
деформации, коэффициент упругого отпора, коэффициент попереч-
ной деформации — определяют по данным инженерйо-геологиче-
ских изысканий, натурных и лабораторных исследований, а также
данных, полученных при строительстве тоннелей в аналогичных
инженерно-геологических условиях.
Расчеты бетонных и железобетонных обделок производят в
соответствии с главой 3 СНиП 2.05.03-84 по проектированию бе-
тонных и железобетонных мостовых конструкций.
При проектировании железнодорожных тоннелей с их протя-
женностью свыше 300 м должны быть устроены в боковых стенах
камеры и ниши, в автодорожных тоннелях — камеры. Ниши в же-
лезнодорожных тоннелях располагают в шахматном порядке через
60 м с каждой стороны. Размер ниши 2x2x1 м. Камеры в тонне-
лях располагают в шахматном порядке в обеих стенах через
300 м. Размер камер 4x2, 8x2,5 м. По концам тоннеля устраи-
вают порталы из монолитного бетона или железобетона.
Водоотводные устройства и гидроизоляция,
устраиваемые в тоннелях, должны защищать от проникновения в
них поверхностных и подземных вод путем: водоотвода, уплотне-
ния окружающего тоннель грунтового массива цементацией, гли-
низацией, силикатизацией или другими методами, устройства на-
ружной или внутренней гибкой гидроизоляции обделки.
Тип и конструкция водоотводных устройств и гидроизоляции
разрабатываются с учетом материала и конструкции обделки, дан-
ных инженерно-геологических, гидрогеологических и климатиче-
ских условий заложения тоннеля, количества притока воды, напо-
ра и степени агрессивных грунтовых вод.
Отвод поверхностных вод предусматривают устройством на-
горных канав и лотков, водонепроницаемой облицовки ложа водо-
токов, расположенных над тоннелем, планировки поверхности над
тоннельной зоной, засыпкой ям, шурфов, скважин и т. п. Отвод по
тоннелю к порталам дренируемых подземных вод и вод от про-
мывки тоннеля, сброс их в пониженные места рельефа осуществ-
ляют самотеком по закрытым лоткам или трубам.
426
Расположение водоотводных лотков и труб устраивают по
краям проезжей части или под ней. Сооружение тоннелей без во-
доотводных устройств не допускается.
21.2. Обделки тоннелей для метрополитенов
Основные положения проектирования тоннелей метрополитена,
изложенные выше, сохраняются.
Тоннели метрополитенов выполняют с бетонной, железобетон-
ной и чугунной обделками. По своему поперечному профилю они
бывают, как правило, кругового очертания, особенно для тоннелей
закрытого глубокого заложения, и прямоугольного для тоннелей
мелкого или полузакрытого типа. Большое разнообразие условий
для устройства перегонных и станционных тоннелей метрополите-
нов привело к соответствующим конструктивным различным фор-
мам и решениям. Основными сооружениями на перегонах являют-
ся тоннели для главных путей, соединяющие станции и предназна-
ченные для движения поездов с пассажирами. При закрытых
способах производства работ для каждого главного пути соору-
жается однопутный тоннель. При открытых способах строят одно-
путные и двухпутные тоннели. Применительно к двум формам по-
перечного сечения перегонных тоннелей установлены два типа
габаритов приближения строений.
Габарит кругового очертания (рис. 21.4, а) предназначен для
однопутных тоннелей на прямых и кривых участках любого радиу-
са. Выступ / для устройства служебной дорожки принят мини-
мальных размеров. Габарит прямоугольного очертания с верти-
кальными стенами (рис. 21.4, б) применяется как для однопутных.
Рис. 21.4. Габариты приближения строении метрополитена:
а — кругового очертания; б — прямоугольного
427
Рис. 21.5. Железобетонные обделки:
а — нз тюбингов для средних геологических условий; б и г — тюбинги; в -- обделка из
усиленных тюбингов
так и для двухпутных тоннелей. Ширина междупутья в тоннелях
без промежуточных опор должна быть 3400 мм. Служебную до-
рожку / в тоннелях прямоугольного очертания предусматривают
шириной 60 см.
Обделку перегонных тоннелей выполняют, как правило, из
сборного железобетона. На участках тоннелей, сооружаемых с по-
мощью щитов закрытым способом в тяжелых гидрогеологических
условиях, применяют чугунные обделки. Строительство перегонных
тоннелей ведут полностью по типовым проектам.
Обделка на рис. 21.5, а состоит из девяти тюбингов с понижен-
ными и утолщенными продольными бортами. Шесть тюбингов
нормальных (рис. 21.5,6) с радиально направленными продольны-
ми гранями, два смежных со скошенной гранью и один ключевой.
Тюбинги имеют во всех поперечных бортах отверстия 2 для бол-
тов, в продольных бортах гнезда 1 для монтажных штырей и в
оболочке отверстия 3, 4 для нагнетания раствора за обделку.
Преимуществом тюбинговых обделок являются удобство и вы-
сокая точность сборки, возможность применения их при горном и
щитовом способах производства работ, значительно меньший
объем железобетона и масса элементов. Однако в этих обделках
труднее обеспечить водонепроницаемость в связи с меньшей тол-
щиной бетона и наличием закладных деталей в отверстиях, боль-
ше опасность образования трещин при монтаже.
Наиболее эффективны по устойчивости против проникания во-
ды и большей надежности чугунные обделки. Наряду с обычным
чугуном марки С421-40 лучшим является чугун с мелкозернистой
структурой и хорошими механическими свойствами. Разбивка
кольца чугунной обделки на элементы производится по тому же
принципу, что и железобетонных обделок. В состав кольца тонне-
428
ля входят нормальные тюбинги
(рис. 21.6): два смежных и клю-
чевой со скошенными клинооб-
разно продольными гранями. Чис-
ло нормальных тюбингов и шири-
на кольца зависят от диаметра
обделки. При обделке перегонно-
го тоннеля диаметром 5,5 м де-
вять нормальных тюбингов и ши-
рина кольца 1 м, в станционных
обделках диаметром 8,8 м 16 нор-
мальных тюбингов и ширина
кольца 0,75 м.
Рис. 21.6. Чугунные тюбинги:
1 — отверстия для болтов; 2 — продоль-
ный борт; 3 — отверст.- для нагнетания
раствора: 1 — кольцевой борт; 5 — фаль-
цы; 6 — спинка; 7 — диафрагма
Для усиления кольцевых бор-
тов, воспринимающих усилия щи-
товых домкратов, устраивают
продольные диафрагмы. Во внут-
реннем ребре делают отверстие
для строповочных приспособлений, в оболочке — отверстие с резь-
бой для ввертывания наконечника при нагнетании цементного ра-
створа за обделку. Сопрягаемые плоскости тюбингов подвергаются
на заводе-изготовителе обработке простругиванием. Это необходи-
мо для обеспечения требуемой точности сборки колец обделки, со-
пряжения их между собой. Диаметр болтов для соединения тю-
бингов в зависимости от типа обделки применяют от 20 до 45 мм.
При открытых способах работ обычно применяют железобе-
тонные монолитные или сборные. Для метрополитенов и -пешеход-
ных тоннелей получили распространение обделки прямоугольной
формы (рис. 21.7,а,б), собираемые из крупноразмерных элемен-
тов: стен 3, 4, перекрытия / и лотка 2, 5, 6. Такие обделки обычно
бывают однопролетные или двухпролетные (рис. 21.7).
Станции метрополитенов отличаются большим разно-
образием конструктивно-технологических и архитектурно-планиро-
вочных решений в зависимости от их расположения на сети линий
метрополитена, пропускаемых пассажиропотоков, глубины зало-
жения и инженерно-геологических условий.
В зависимости от расчетного д') 7 ff)
пассажиропотока станции быва- |й/-------------------
ют двух-, трех- и четырехпутные. И А й : и
В Москве, например, четырехпут- И lip : И
ная станция устроена на площа- й ? / /И
ди Ногина. 1^1^444
Подземные станции в зависи- [ 46УJ I, BSD q
мости от глубины заложения ин-
женерно-геологических условий
и числа путей могут быть одно-,
Рис. 21.7. Обделки при открытых
способах работ
429
Рис. 21.8. Односводчатая станция
метрополитена со сборной обделкой,
обжатой в породу
Рис. 21.9. Пиленная станция метро-
политена с чугунной
обделкой
двух-, трехпролстными со сводчатыми и плоскими перекрытиями.
Станции с плоскими перекрытиями устраивают при мелком зало-
жении. На рис. 21.8 приводится схема односводчатой станции,
сооружаемой из сборного бетона в крепких скальных породах,
допускающих раскрытие выработки на полный профиль. В этом
случае облегченная обделка может возводиться механизирован-
ным способом с применением бетононасосов для свода 3 и тор-
кретированием для стен 4. Вместо опалубки свода в этом случае
применены офактуренные тонкие железобетонные оболочки 2, за-
крепляемые анкерами.
На рис. 21.9—односводчатая конструкция станции со сборной
многошарнирной обделкой, обжатой в породу. Свод состоит из
Рис. 2-1.10. Односводчатая станция метрополитена с обделкой из железобетон-
ных тюбингов
430
крупных бетонных блоков 2 с цилиндрическими стыками, распи-
раемых в породу при помощи домкратов, помещенных в ключевом
блоке 3. Пяты свода опираются на монолитные бетонные фунда-
менты /, сооруженные заранее в штольневых выработках или тон-
нелях, пройденных механизированными щитами.
Станции глубокого заложения с островными платформами час-
то устраивают трехсводчатой конструкции пилонного типа с при-
менением сборных железобетонных или чугунных тюбингов
(рис. 21.10).
Для чугунных тюбингов применен диаметр колец 8,5 м. Коль-
цо такой обделки 1 шириной 0,75 м состоит из 17 тюбингов: 10 об-
легченных нижних, трех нормальных верхних, одного укороченно-
го верхнего, двух смежных и одного ключевого. Высота ребер
всех тюбингов 350 мм. Боковые тоннели соединяются со средними
шестью проходами 3 шириной по 3 м. Обделка проходов выполне-
на из монолитного бетона с металлической гидроизоляцией.
21.3. Городские и пешеходные тоннели
Особенность этого вида тоннелей заключается в расположении
их на самой минимальной глубине с целью сокращения длины тон-
нельного пересечения. Проезжую часть улицы устраивают непо-
средственно на перекрытии обделки тоннеля. Транспортное под-
земное пересечение (рис. 21.11) состоит из тоннеля 2 под проезжей
частью улицы 3 и открытых подходных постепенно заглубляющих-
ся участков 1 и 4, называемых рампами. В самой низкой точке
подземного профиля сооружают камеру 5 для водоотливной уста-
новки. Рядом должна быть камера 6 для электротехнических
устройств. Внутренние размеры тоннеля определяются габаритом
приближения строений и числом полос движения. Форму попереч-
ного сечения тоннеля обычно принимают прямоугольной. Уклоны
проезжей части в тоннеле от 15 до 257оо-
По типовому проекту городских транспортных тоннелей обдел-
ка двухпролетной схемы выполнена из сборных железобетонных
элементов. Сборная обделка (рис. 21.12) состоит из стеновых па-
Рис. 21.11. Схема транспортного' под-
земного городского пересечения
Рис. 21.12. Сборная обделка город-
ского транспортного тоннеля
431
j ее ! so । \ \
Рис. 21.13. Однопролетная обделка
пешеходного тоннеля
нелей /, опирающихся на блоч-
ные ленточные фундаменты 9,
плит перекрытия 2, укладывае-
мых на стены и прогон 3 и ко-
лон 4, устанавливаемых на фун-
даментные блоки 6 с шагом 4 м.
В лоток обделки укладывают же-
лезобетонные плиты 5, образую-
щие сплошной настил. Плиты
замоноличиваются на участках 7
и имеют изоляцию 8. Гидроизо-
ляцию стен и перекрытия тоннеля
устраивают независимо от положения уровня грунтовых вод.
Конструкцию рампового участка перехода выполняют из па-
раллельных подпорных стен переменной высоты, собираемых из
крупноразмерных железобетонных элементов.
Пешеходные тоннели по сравнению с наземными пере-
ходами по путепроводам и эстакадам они требуют преодоления
почти в 2 раза меньшей высоты. Пешеходные тоннели под город-
скими улицами и площадями сооружают на минимальной глубине
так, чтобы дорожное покрытие лежало непосредственно на за-
щитном слое гидроизоляции перекрытия обделки. Строительство
пешеходных тоннелей ведут по типовым проектам с применением
сборных железобетонных конструкций заводского изготовления.
Поперечное сечение тоннеля имеет прямоугольную форму, вы-
сота в свету, считая от пола до низа ребер перекрытия, не менее
2,3 м. Ширину тоннеля определяют расчетом из нормы пропускной
способности на 1 м ширины 2000 чел./ч, но не .менее 3 м.
Стены и колонны пешеходных тоннелей облицовывают керами-
ческими плитками и другими морозостойкими материалами. На
рис. 21.13 приведена однопролетная обделка, которая состоит из
железобетонных стеновых блоков 2, корытообразных плит пере-
крытия 1 и лотковой плиты 5. Стеновые элементы объединяются
с лотковыми монолитными железобетонными вставками 4. Устраи-
вают проезжую часть 3. Входы в пешеходные тоннели выполняют
в виде пологих асфальтобетонных пандусов с лестничными спус-
ками.
Вопросы для самопроверки по гл. 21
I Какие виды обделок применяют в горных тоннелях и метрополитенах?
2. На какие воздействия рассчитывают обделки тоннелей?
3. Какие основные устройства при сооружении метрополитенов?
4. Какие основные решения принимают для городских тоннелей?
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автоматизация проектирования 49—
53
Анкеры предварительно напряженной
арматуры 150—152
Арка 189
Арматура железобетонных конструк-
ций 87—88, 94—96
Арочные диски 192
Арочные железобетонные мосты:
с затяжкой 195—198
системы 189—191
с отдельными арками 193—195
со сводами 192
Арочные металлические мосты 289—
292
Аэроцементные растворы 401
Балочно-консольные пролетные строе-
ния-
железобетонные 140
металлические 267
Балочные неразрезные пролетные
строения:
железобетонные 97, 139—140, 156—
158
металлические со сквозными фер-
мами 279
-----сплошными балками 267
Балочные разрезные пролетные
строения:
железобетонные 97, 136—138, 144—
156
металлические со сквозными фер-
мами 277—279
------сплошными балками 265
Бассейн реки 54
Бездиафрагменные железобетонные
пролетные строения 138
Безраспориые арочные системы 189
Бесшарнирные арки 189—190. 289
Бетоны 89—93
Бытовая глубина 84—85
Вантовые железобетонные мосты
100, 198—201
— металлические мосты 296—297
Ванты 199—200
Ветровые связи 291
Виадуки 13
Виды водопропускных труб 359—
363
Висячие мосты 292—297
Внецентренное сжатие железобетон-
ных элементов 114, 118—120
Временные мосты 30
— подвижные нагрузки 35
Выносливость железобетонных кон-
струкций 114. 120—122
Высокопрочные болты 249, 277
Высота моста 19
Габарит проезда 25
Галереи 16
Гибкие арматурные выпуски 276
— затяжки 196—198
Гибкость стержневых элементов 252
Гидроизоляция пролетных строений
163—166
— тоннелей 426
Горные выработки 410—411
Городские тоннели 431—432
Гофрированные металлические тру-
бы 363, 372—374
Двухшарнирные арки:
железобетонные 190
металлические 289
Деревянные балочные мосты:
автодорожные 328—329
железнодорожные 324—328
Деревянные подмости 341- -343
Деформационные швы пролетных
строений:
железобетонных 160—161, 167—169
металлических 263—264
Динамическая ось потока 60
Дисковые арочные пролетные строе-
ния 192
Длина моста 19, 72
— пролетных строений 32
Домкраты для натяжения арматуры
150—151
Древесина для мостов 322
Железобетон 87, 89—96
Железобетонные круглые трубы
368—370
— прямоугольные трубы 371—374
Жесткая арка с гибкой затяжкой
191
Запруды 76
Затяжки 195—198
Инженерно-геологические исследова-
ния при строительстве тоннелей
415—417
Инъекторы для нагнетания раствора
400—401
433
Качающиеся стойки 194 Классификация подвижной нагрузки 394. 397 — элементов мостов 394—397 Классы бетонов 90—91 Клееные пролетные строения 330—332 — сваи 332—333 Клеефанерные пролетные строения 331—332 Клепаные соединения 253—254 Комбинированные системы металли- ческих мостов 291—292 Комплекс сооружений тоннеля 412— 413 Консольные железобетонные пролет- ные строения 98. 140, 158—159 Контактный рельс 420 Коробчатые пролетные строения 272 Косогорные сооружения 377 Марки бетона по морозостойкости н водонепроницаемости 91—92 Массивные усгон 203, 215 Металлические сплошные балки 269- 272 Металлический настил 263, 268 Метод предельных состояний 33 Метрополитены 409, 413, 418—419 Модуль упругости арматуры 109, 111 — — бетона 92—93 Мостовое полотно: деревянных мостов 334—338 железнодорожных железобетонных мостов 163—164 — металлических мостов 260—261 Мостовой переход 17, 56—57 Навесная сборка железобетонных мостов 158 Навесное бетонирование 158
Коэффициенты: бокового давления грунта 231— 232 вертикального давления грунта 37 иынослнвости 49, 396 гидравлической эквивалентности 70 горизонтального давления грунта 233 динамический 40—41 дружности половодья 63 запаса по прочности 33 климатический 234 линейного расширения 93 надежности 36—37, 42, 47 нормативного бокового давления 37 перехода 176, 346 понижения допускаемых напряже- ний 396 поперечной устаноики 180—183, 353—355 продольного изгиба 112—113, 252 размыва 63 распределения временной нагрузки между главными балками 397 сжатия струн 63—64 сочетания 35 трения кладки о поиерхность грун- та 238 условий работы 46—47, 106 формы 234 Кривая обеспеченности 61 — сиязи расходов воды 62 Нагрузки: временные 35 нормативные 36-37 от подвижного состава 37—42 постоянные 34—35 расчетные 35—36 эквивалентные 38—39 Надарочная конструкция 192, 194— 195 Напрягаемая арматура 87—89, 146— 148 Натяжение арматуры 144—146, 149— 152 Нормативные сопротивления: арматуры 107—109 проката 251 материалов 47 Обделка тоннелей: горных 421—427 для метрополитенов 427—431 Обсыпные устои 215—216 Оголовки труб 361—362 Окрашивание металлических пролет- ных строений 407—408 Опорные части: железобетонных мостов стальные 169-171 резиноиые 171—172 металлических мостов 286—289 Опоры: автодорожных мостов 215—219 балочно-неразрезных мостов 219 деревянных мостов 327—339 железнодорожных мостов 203—215
Ледовая нагрузка 233—235 Ледорезы 339—341 Лотки 374 434 промежуточные 208—215 рамных мостов 188—189 свайно-эстакадных мостов 204— 208, 214
устои 203—208
Опускные колодцы 224—225
Отверстие моста 68—69
Отметка проезжей части 72
Очертание тоннелей 411
Пакетные деревянные пролетные
строения 328
Пешеходные тоннели 432
Плитные пролетные строения:
автодорожных мостов 133—136
железнодорожных мостов 129—130
Подмостовой габарит 26—28
Подпор воды перед мостом 64
Подпорные стены:
виды 380—382
назначение 379
Подферменные площадки 225
Подходы к мосту 57, 74
Ползучесть бетона 93—94
Постоянные нагрузки 34—35
Предельные состояния конструкции
33—34
Приемка сооружений и эксплуата-
цию 385—386
Продольный уклон моста 31
Проезжая часть автодорожных же-
лезобетонных мостов 165—168
—---------металлических мостов
261—264
Прокатная сталь 248—249
Пролеты мостов 32
Промежуточные олоры:
масснвиые 208—210, 217—219
сборно-монолнтные 210—212, 217
свайные 213—214
стоечные 214—215
столбчатые 214—215
Профили тоннелей 414—415, 417-
Путепроводы 13
Путь метрополитенов 419—420
Размыв русла 63
Рамно-балочные железобетонные мо-
сты 98, 187—188
Рамно-иеразрезные железобетонные
мосты 186—188
Рамные железобетонные мосты 98—
99. 186—189
— металлические мосты 292
Рамный устой 207
Распорные арочные системы 189
Расход водотока 55
— материалов на автодорожные
железобетонные мосты 139—140
Расчет балок со сплошной стенкой
310—312
Расчет деревянных мостов:
автодорожных 351—358
железнодорожных 346—351
Расчет железобетонной плиты проез-
жей части 176—179
— железобетонных главных балок
180—185
Расчет железобетонных конструкций:
на внецеитренное сжатие 114—115,
118—120
— выносливость 113, 120—122
— изгиб 115—118
— растяжение 115
— сжатие 111—115
по косым сечениям 124—126
предварительно-напряженных кон-
струкций 126—129
пример расчета 122—124
расчетные и нормативные сопро-
тивления 106—НО
Расчет железобетонных пролетных
строений:
автодорожных мостов 176—185
железнодорожных мостов 172—176
Расчет металлической продольной
балки 317—319
Расчет металлических пролетных
строений:
балочных со сплошной стенкой
306-314
— со сквозными фермами 314—317
Расчет опор 228—244
— подпорных стен 384—386
— поперечных балок проезжей ча-
сти 315
— продольных балок проезжей ча-
сти 314—315
— соединений металлических мо-
стов 301—306
— сталежелезобетонных пролет-
ных строений 307—310
— труб 378- 381
— элементов ферм 315—317
Расчетные сопротивления:
арматуры 107—109
бетона 105—106
болтов 303
древесины 344—346
прокатной стали 251—252
Расчетный пролет 19
Ребристые пролетные строения:
автодорожных мостов 136—140
железнодорожных мостов 131—133
Регуляционные сооружения 57, 75—
76
Режимы протекания воды в трубах:
безнапорный 81
напорный 81—82
435
Резиновые опорные части 171—172 Ремонт: железобетонных конструкций 402— 406 металлических пролетных строений 406-408 опор 398 —402 труб 402 Сборно-монолитные железобетонные пролетные строения 138 Сваи; буровые 223 деревянные 220—221 железобетонные 221—222 сваи-оболочки 222 Свайные опоры 204—205, 213—214 — ростверки 222, 227 — устои 205, 216 Сварные соединения 253 Связи металлических пролетных Текущее содержание искусственных сооружений 386--387 Текущий осмотр искусственных соо- ружений 386- 387 Температурно-иеразрезные железо- бетонные пролетные строения 98, 160 - 163 Толщина засыпки 31 Траверсы у мостов 76 Трассы тоннелей 414—415 Трехшарнирные арки: железобетонные 190 металлические 289 Трещнностойкость железобетонных балок 124—126 Тротуары мостов: автодорожных железобетонных 166-167 — металлических 264 железнодорожных металлических
строений: поперечные 286 продольные 284—286 Системы деревянных мостов 322— 323 Системы железобетонных мостов: 260 Трубы: в суровых климатических условиях 372—374 железобетонные круглые 365—368 — овоидальные 370
арочные 99—100 балочные неразрезиые 97 балочные разрезные 97 вантовые 100 консольные 98 рамно-балочные 98 рамные 98—99 температурно-иеразрезные 98 Соединения элементов металлических конструкций: — прямоугольные 369 370 металлические гофрированные 370-372 па косогорах 375 Узловые соединения сквозных ферм 281—284 Укрепительные сооружения 76—79 Улавливающие стены 16 Упоры жесткие металлические 276 Уровни волы в реках 55—56
иа заклепках 253-254 сварные 253 фрикционные 254 Сопряжение моста с насыпью 225— 226. 337—338 Сталежелезобетонные пролетные строения 274—277 Стали для мостов 247—252 Станции метрополитенов 418—419. 429—431 Стоечные опоры 204 Столбчатые устой 207—209 Строительная высота моста 19 . Строительные нормы и правила 29— 31 Струенаправляющие дамбы 75—76 Стыки арматуры 95—96 — металлических балок заводские 272—273 — монтажные 274 Усадка бетона 93 Усиление железобетонных балок 406 Установка для инъектнровання клея 405 Устои: автодорожных мостов 215—216 железнодорожных мостов 203—208 Устойчивость конструкций 47—48 Фашинное укрепление 77 Фрикционные соединеиня 254 Фундаменты опор 220—225 Цементы 89 Шарниры арок 194 Эксплуатация: водопропускных труб 391—392 деревянных мостов 388—389 железобетонных мостов 389—391 металлических мостов 392—393 подпорных стен 392 Эстакады 13
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУ-
ЖЕНИЯХ. ОСНОВЫ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 12
Глава 1. Основные понятия о мостах и других искусственных
сооружениях 12
1.1. Виды и классификация искусственных сооружений ... 12
1.2. Элементы моста и статические схемы..........................12
1.3. Основные правила проектирования искусственных сооружений.
Состав проекта .....................
1.4. Габариты мостов.........................................
Глава 2. Основные данные для проектирования мостов и труб
2.1- Общие сведения. Строительные нормы и правила
2.2. Основные требования к конструкциям мостов и труб
2.3. Основные принципы расчета искусственных сооружений
2.4. Нормативные и расчетные нагрузки и воздействия
2.5. Нагрузки от подвижного состава и пешеходов
2.6. Определение расчетных усилии в элементах моста от постоян-
ных и временных нагрузок .....................................
2.7. Расчетные сопротивления материалов......................
2.8. Проверка сооружений на устойчивость.....................
2.9. Особенности проектирования железнодорожных и автодорож-
ных мостов.......................... .........................
2.10. Применение ЭВМ при проектировании искусственных соору-
жений ................. ......................................
Глава 3. Основы проектирования мостового перехода и его
сооружений....................................
3.1. Общие сведения о водотоках и мостовом переходе
3.2. Изыскания мостового перехода ...........................
3.3. Выбор места мостового перехода и назначение отверстия моста
3.4. Последовательность проектирования моста и сравнение его
вариантов ............................... ....................
3.5. Подходы к мосту, регуляционные н укрепительные сооружения
3.6. Основные положения по выбору типа и расчету малых искус-
ственных сооружений .....................
3.7. Расчет отверстия малых мостов...........................
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ МОСТЫ
Глава 4. Основные сведения о железобетонных мостах
4.1. Общие данные............................................
4.2. Железобетон как материал для искусственных сооружений
437
325 «5 23 28 2- 882 2 Й Й 32828 8 88
4.3. Основные вилы железобетонных мостов на железных дорогах 96
4.4. Основные виды железобетонных мостов на автомобильных
дорогах......................................................... 98
4.5. Требования к материалам и конструкциям в районах с суро-
вым климатом ......................100
Г л а и а 5. Основные положения расчета железобетонных конст-
рукций ........................................... - ... 101
5.1. Основные принципы расчета и расчетные сопротивления 101
5.2- Норматннные и расчетные сопротивления бетона и арматуры 106
5.3. Расчет элементов, работающих на сжатие и растяжение 112
5.4. Расчет элементов, работающих на изгиб и внецснтренное
сжатие........................................................ 115
5.5. Расчет элементов по косым сечениям...............- . 124
5.6. Особенности расчета предварительно напряженных конструкций 126
Глава 6. Конструкции железобетонных пролетных строений 129
6.1. Основные системы и типовые конструкции пролетных строений
железнодорожных мостов ......................129
6.2. Основные системы и типовые конструкции автолорожиых и
городских мостов.............................................• 133
6.3. Конструкция разрезных балочных пролетных строений с не-
иапрягаемой арматурой .........................140
6.4. Конструкции разрезных балочных пролетных строений с напря-
гаемой арматурой.............................................- 144
6.5. Конструкция неразрезных, консольных и температурио-нераэ-
резных балочных пролетных строений..............................156
6.6. Мостовое полотно железнодорожных и автодорожных мостов.
Устройство водоотвода и гидроизоляции. Деформационные швы 163
6.7. Конструкции стальных и резиновых опорных частей балочных
мостов .........................169
Глава 7. Расчет балочных железобетонных пролетных строений 172
7.1. Основные положения расчета железнодорожных пролетных
строений...................................................... 172
7.2. Основные положения расчета автодорожных пролетных строений 176
Глава 8. Общие сведения о больших рамных, арочных н ван-
товых мостах.................................................. 186
8.1. Рамиые мосты 186
8.2. Арочиые мосты
8.3. Вантовые мосты ...
раздел третий, опоры мостов . . ....
Глава 9. Основные положения по конструкции опор мостов
9.1. Виды опор для железнодорожных и автомобильных мостов
9.2. Типовые конструкции опор монолитной и сборной конструкций
9-3. Фундаменты опор ..................
9.4. Конструкции деталей опор ... ..................
Глава 10. Проектирование опор мостов
10.1. Определение основных размеров опор ....
10.2. Определение сил, действующих на опору
10.3. Проверка прочности н устойчивости опор ...
10.4. Расчет опор на строительные и монтажные нагрузки
10.5. Примеры расчета опор..................
g § §ш ।
438
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МОСТЫ . . 245
Глава 11. Основные сведения..............................245
11.1. Область применения и основные особенности металлических
мостов ......................................................245
11.2. Сталь для мостов 247
11.3. Способы соединения элементов металлических пролетных
строений ...................................................
11.4. Сведения о типовых проектах балочных пролетных строений
железнодорожных мостов ..........................
Глава 12. Конструкция металлических пролетных строений
12.1. Конструкция проезжей части мостового и ездового полотна
12.2. Конструкция пролетных строений с металлическими сплош-
ными главными балками.......................................
12.3. Конструкция сталежелезобетонных пролетных строений
12.4. Конструкция пролетных строений со сквозными балочными
фермами ........................................
12.5. Связи металлических балочных пролетных строений
12.6. Опорные части металлических балочных пролетных строений
12.7. Общие сведения о мостах арочных, рамных, комбинированных
и висячих систем ..................• . . ....
Глава 13. Основные положения расчета металлических пролет-
ных строений ................................
13.1. Общие сведения................. ......................
13.2. Расчет элементов на растяжение, сжатие н изгиб
13.3. Расчет сварных, обычных болтовых н фрикционных соединений
13.4. Расчет балочных пролетных строений со сплошными стенками
13.5- Расчет пролетных строений со сквозными балочными фермами
13.6. Пример расчета продольной балки.......................
РАЗДЕЛ ПЕТЫЙ. ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ И ПОДМОСТИ ....
Глава 14. Конструкция мостов
14.1. Условия применения деревянных конструкций на железных и
автомобильных дорогах . .
14.2. Материал н системы мостов.......................
14.3. - Конструкция деревянных мостов малых пролетов
14.4. Клееные н клеефанерные пролетные строения
14.5. Мостовое полотно деревянных мостов..............
14.6. Деревянные опоры н ледорезы
14.7. Подмости, нх назначение и характеристика
Глава 15. Расчет деревянных мостов
15.1. Общие сведения..................................
15.2. Расчет элементов балочных мостов под железную дорогу
15.3. Расчет элементов балочных автодорожных мостов
РАЗДЕЛ шестой, водопропускные трубы, лотки И ПОДПОР-
НЫЕ СТЕНЫ ... ....................
Глава 16. Основные сведения о водопропускных трубах и лотках
16.1. Виды водопропускных труб. Назначение их размеров
16.2. Конструкции бетонных и железобетонных труб ....
16.3. Конструкции металлических гофрированных труб
16.4. Лотки н трубы на косогорах............................
16.5. Основные принципы расчета труб
43»
Глава 17. Подпорные стены
17.1. Назначение и пилы подпорных стен ...................
17.2. Основные принципы расчета подпорных стен............
РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЯ
Глава 18. Особенности эксплуатации...................
18.1. Приемка сооружений и организация надзора
18.2. Особенности эксплуатации искусственных сооружений
Глава 19. Ремонт и усиление искусственных сооружений
19.1. Выявление степени ремонта, усиления и переустройства
19.2. Ремонт опор и труб......................
19.3. Ремонт и усиление бетонных и железобетонных конструкций
19.4. Ремонт металлических пролетных строений ....
РАЗДЕЛ ВОСЬМОЙ. ТОННЕЛИ
Глава 20- Основные сведения.........................
20.1. Область применения и классификация тоннелей
20.2. Основные принципы проектирования тоннелей
20.3. Проектирование профиля и плана тоннелей
20.4. Основные способы сооружения тоннелей
Глава 21. Проектирование конструкций тоннельных обделок
21.1. Обделка горных тоннелей ...
21.2. Обделки тоннелей для метрополитенов
21.3. Городские и пешеходные тоннели
Предметный указатель . .
s s 8'11^ 2 Ю i is §
Учебник
Колоколов Николай Михайлович, Копац Лев Николаевич
Файнштейн Иосиф Самуилович
ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Предметный указатель составила К. М. Ивановская
Переплет художника И. В. Кондрашова
Технический редактор Р. А. Иванова
Коррсктор-вычитчик Е. А. Котляр
Корректор В. Я. Кикареевская
ИБ № 3321
Сдано в набор 23.06.87. Подписано в печать 03.03.88 Т-08136
Формат бОХВв'/м. Бумага офсетная № 2. Гарнитура литературная. Офсетная печать.
Усл. печ. л. 26,95. Усл. кр.-отт. 26.96. Уч.-изд. л. 30,74. Тираж 12 000 экз.
Заказ 567. Цена 1 р. 40 к. Изд. № 1-1-2/16 № 3312.
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ». 103064. Москва.
Басменный туп., 6а
Московская типография № 4 Союэполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
129041. Москва, Б. Переяславская ул.. 46
УДК 624.2/8(075.3)
Колоколов Н. М., Копац Л. Н., Файнштейн И. С. Искусственные
сооружения: Учебник для техникумов траисп. стр-ва / Под ред. Н. М. Ко-
локолова. — 3-е изд., перераб. н доп. — М.: Транспорт, 1988. — 440 с.
Приведены основные понятия н назначение распространенных видов
искусственных сооружений: мостов, водопропускных труб, подпорных
стен, тоннелей, возводимых при строительстве железных и автомобиль-
ных дорог. Изложены современные нормы и методы проектирования
искусственных сооружений нз железобетона, металла, дерева. Освещены
вопросы эксплуатации искусственных сооружений, их обследование и ре-
монт. Первое издание было опубликовано в 1969 г., второе — в 1977 г.
Учебник предназначен для учащихся техникумов транспортного
строительства.
Ил. 268, табл. 57.
Учебник написали: введение, разделы первый и восьмой проф. д-р
техн, наук — Н. М. Колоколов, второй и четвертый — инж. И. С. Файнш-
тейн, третий, пятый, шестой и седьмой — ннж. Л. Н. Копац.
Рецензент д-р техн, наук, проф. К- С. Силнн
Заведующий редакцией В. Г. Пешков
Редактор К. М. Ивановская
3601020000-151 210-свод. пл. выл. лит.
-------------- для сред. спец. учеб.
049(01)-88 заведений на 1988 г.
ISBN 5-277-00050-Х
© Издательство «Транспорт». 1977
© Издательство «Транспорт». 1988
с нзмененнямн