Металлические пакеты

08.06.2018
Металлические пакеты являются наиболее распространённым типом пролётных строений в восстановленных мостах. Наряду с типовыми пакетами, изготовленными на базах, встречаются пакеты, собранные на месте работ. Для пакетов используются клёпаные и сварные балки, двутавровые балки отечественного проката, в большом количестве трофейные двутавровые балки (Пейне и др.), а также рельсы и швеллеры. В отдельных случаях применены пакеты из труб большого диаметра и рамы большегрузных платформ.




Конструкции наиболее распространённых типов пакетов приведены на фиг. 54—70. Понятие о конструкции пакетов, применявшихся противником во время Великой Отечественной войны, можно получить из фиг. 71.

Отечественные двутавровые балки прокатываются из стали марки Ст. 3 (встречаются, однако, балки и из стали марки Ст. 0). Трофейные балки Пейне прокатаны из стали, близкой по прочности нашей стали марки Ст. 3.

Клёпаные двутавровые балки больших пролётов в целях облегчения веса пакета иногда изготовляют из стали повышенного качества (Ст. 5).

Пакеты, собираемые на месте работ нередко из случайных балок, обладают различной (иногда недостаточной) грузоподъёмностью. Типовые пакеты, изготовленные в разное время, также имеют различную грузоподъёмность. Для определения грузоподъёмности удобны таблицы максимально допустимых пролётов пакетов из двутавровых балок и рельсов различного сортамента и типа (табл. 12—23).




При наличии балок других не приведённых в таблицах профилей допустимый пролёт ориентировочно может быть определён путём подыскания в таблицах пакета, имеющего равный или примерно равный момент сопротивления, или, если максимальный пролёт определяется прогибом, — момент инерции.

Грузоподъёмность типовых пакетов из прокатных клёпаных балок можно установить по данным табл. 24 и 25.

Прокатные балки имеют большие начальные напряжения от проката (растяжение в полках и сжатие в стенке), Растягивающие напряжения в полках балок Пейне по исследованиям ЦНИИ достигают 600 кг/см2 в балках № 48 и 1700 кг/см2 в балках № 100. Напряжения сжатия в стенках балок достигают ещё б б больших величин. В отечественных двутавровых балках № 55 растягивающие напряжения в полках составляют примерно 650 кг/см2.

Наблюдаемые в верхней части стенок отдельных балок линии Людерса свидетельствуют о происшедших пластических деформациях и наличии высоких начальных напряжений.

Суммируясь с напряжениями от внешней нагрузки, начальные напряжения могут вызвать пластические деформации даже под расчётной нагрузкой. Пластические деформации, сопровождаются повышением хрупкости металла (наклёп) и снижением несущей способности балок при повторной динамической нагрузке (в наклёпанном металле более вероятно образование трещин, местных перенапряжений, хрупкий излом и пр.). О происшедших пластических деформациях можно судить по остаточному прогибу балок.






Начальные напряжения являются уравновешенными (площади эпюр растяжения и сжатия равны). При нарушении равновесия начальных напряжений вследствие местных повреждений балок (пробоины, надрывы, насечки, заклёпочные отверстия и пр.) возможно образование трещин и даже разрушение балок, часто хрупкого типа. Часть балок Пейне, а также отечественные балки Керченского завода прокатаны из томасовской стали, обладающей повышенной хрупкостью, что в свою очередь увеличивает возможность появления трещин. Поэтому пакеты из прокатных балок должны находиться под постоянным наблюдением. Особое внимание должно быть обращено на пакеты из высоких балок типа Пейне (высотой свыше 60 см), из балок, имеющих остаточные прогибы и местные дефекты, а также пакеты с применением сварки, которая может вызвать дополнительные усадочные напряжения. Вероятность образования трещин при низких температурах увеличивается, поэтому бдительность наблюдений в зимнее время должна быть повышена. Появившиеся трещины должны быть своевременно обезврежены.





Помимо напряжений, направленных вдоль оси балок, есть основания предполагать наличие в прокатных двутавровых балках начальных напряжений, направленных поперек оси балок. Эти напряжения могут создать двухосное напряжённое состояние в стенке и послужить причиной хрупкого излома балок.

Для обеспечения более надёжной эксплуатации при перерасчёте пакетов из прокатных двутавровых балок принимают пониженные допускаемые напряжения: для отечественных двутавровых балок и балок типа Пейне высотой до 60 см— 1700 кг(см2 (вместо 1700*1,1 = 1870 кг/см2 для клёпаных балок); для балок Пейне высотой 60—75 см — 1600 кг/см2 и для более высоких балок (в том числе и американских 33") 1500 кг/см2.

При применении балок типа Пейне для капитальных пролётных строений основное допускаемое напряжение 1400 кг/см2 для высоких балок должно приниматься пониженным (1300 кг/см2 для балок высотой 60—75 см и 1200 кг/см3 для более высоких балок).

Большое распространение в малых мостах и эстакадах имеют многопролетные неразрезные пакеты. Основное преимущество неразрезных балок — большая грузоподъёмность — во временных мостах обычно не может быть использовано вследствие значительной и неодинаковой податливости опор. Более того при больших неравномерных осадках опор в неразрезных пакетах могут возникнуть напряжения, превосходящие таковые в разрезных конструкциях, так как при просадках средних опор пакеты частично работают как разрезные с увеличенным пролётом, равным расстоянию между менее просевшими опорами, а при осадках крайних опор концевые пролёты частично работают как консоли.




Однако при обычно наблюдающихся разностях осадок опор одинаковой жёсткости неразрезные пакеты можно рассчитывать как разрезные.

В мостах с опорами различной жёсткости (например с каменными и лежневыми опорами) и с опорами малой жёсткости (например со шпальными клетками высотой более 2 м) необходимо учитывать осадку опор. В этих случаях неразрезные пакеты особенно небольших пролётов (до 5—6 м) рекомендуется переустраивать в разрезные.

Пакеты на жёстких опорах (например, на каменных или невысоких хорошо выполненных свайных опорах) в случае недостаточной грузоподъёмности при проверке их как разрезных могут рассчитываться как неразрезные.

Опорные площадки неразрезных пакетов для нормальной работы их должны находиться на одном уровне (в мостах на уклоне — на одной прямой). В неразрезных пакетах больших пролётов на опорах различной жёсткости опорные площадки над менее жёсткими опорами следует устанавливать с некоторым возвышением для уменьшения влияния упругой осадки опор. Величина возвышения должна быть подобрана так, чтобы на остальных опорах не получалось отрицательных опорных реакций.

В ряде случаев на восстановленных мостах применены п а-кеты из двутавровых балок разных сортаментов и номеров. Временная нагрузка в таких пакетах распределяется между балками пропорционально моментам инерции их. Моменты инерции балок разной высоты не пропорциональны моментам сопротивления, поэтому балки меньшей высоты оказываются недогруженными при полном использовании допускаемых напряжений в более высоких балках. В пакетах, грузоподъёмность которых определяется прогибом, все балки используются одинаково. Эти обстоятельства должны учитываться при определении грузоподъёмности пакетов.






При достаточной грузоподъёмности пакеты из балок разной высоты могут быть оставлены в эксплуатации. Для нормальной работы пакетов и удобства укладки мостовых брусьев верхние пояса балок должны быть в одном уровне; разницу в высоте балок необходимо компенсировать на опорах металлическими прокладками или надстройками соответствующей высоты. Пакеты должны иметь надёжные, продольные и поперечные связи.

Пакеты из двутавровых балок одного номера (одинаковой высоты), но разного сортамента (например пакеты из широкополочных и простых балок одинаковой высоты) при наличии надёжных поперечных связей (диафрагм) между балками работают с одинаково полным использованием несущей способности всех балок.

Пакеты недостаточной грузоподъёмности (в том числе и по прогибам) подлежат замене или усилению. Усиление может быть выполнено путём установки дополнительных балок или подведения промежуточных опор. Возможно также усиление пакетов шпренгелем. Выбор варианта усиления зависит от местных условий и конструкции пакетов. При достаточной ширине опор и простой конструкции связей (например по фиг. 57) наиболее целесообразно добавление балок. Подведение промежуточных опор следует рекомендовать как временное мероприятие (впредь до замены пакетов) в случае срочной необходимости усиления пакета для отмены предупреждения или пропуска тяжёлой нагрузки. Наоборот, усиление шпренгелем является капитальным мероприятием, целесообразным в случае предполагаемой длительной эксплуатации моста.

Пакеты из труб большей частью имеют недостаточную грузоподъёмность, неудобны в эксплуатации (сложны прирубка и прикрепление мостовых брусьев) и поэтому должны заменяться при первой возможности.

Рамы большегрузных платформ вследствие большого расстояния между балками под рельсом (1,18 м) и недостаточной поэтому прочности мостовых брусьев не пригодны для беспрепятственного пропуска нагрузок тяжелее паровозов Ов даже при сплошной укладке ростовых брусьев сечением 20х24 см (паровозы Эу могут пропускаться со скоростью до 15 км/ч). Переустройство рам может быть выполнено путём перестановки одной из крайних балок на другую сторону (фиг. 72). В таком виде они могут быть использованы при обращении поездов с паровозами Эу без ограничения скорости для пролётов до 8,5 м; при больших пролётах или более тяжёлых нагрузках рамы большегрузных платформ должны заменяться.

Должным образом рассчитанные рельсовые пакеты допускают обращение поездов без ограничения скорости. Вследствие малой жёсткости (допускаемый ТУ 1943 г. прогиб от статической нагрузки равен 1/300 пролёта) и недостаточно надёжных в большинстве случаев связей между рельсами мосты с рельсовыми пакетами при обращении поездов без ограничения скорости интенсивно расстраиваются. При предполагаемой длительной эксплуатации моста рельсовые пакеты пролётом более 3 м рекомендуется заменять. He менее существенным недостатком является обычное расположение части рельсов пакета головками вниз, что не обеспечивает нормальной их работы. Такие пакеты, эксплуатируемые с высокими напряжениями (более 1000 кг/см2), подлежат замене в первую очередь.

Пакеты из прокатных балок лёгких профилей или рельсов, располагаемых в два яруса с прокладками (фиг. 73), вследствие трения между прокладками и балками, обладают несколько большей грузоподъёмностью по сравнению с одноярусными пакетами (пакеты с прокладками напоминают по работе пакеты из двухъярусных соединённых между собой балок).

Однако увеличение грузоподъёмности пакетов весьма неопределённо (не все балки работают одинаково из-за неравномерной прирубки прокладок и элементов связей; связи легко расстраиваются под нагрузкой) и поэтому может учитываться в размере до 20% только при эпизодическом пррпуске более тяжёлых, чем постоянно обращающаяся, нагрузок. Все связи между балками в пакете и особенно вертикальные стяжные болты при этом должны быть плотно подтянуты. Мосты с такими пакетами интенсивно расстраиваются под нагрузкой обращающейся без ограничения скорости. При предполагаемой длительной эксплуатации такие пакеты, так же как обычные рельсовые, рекомендуется заменять.

Пакеты в большинстве случаев работают при полном использовании высоких допускаемых напряжений, поэтому при их эксплуатации должны быть приняты все меры по предупреждению появления разного рода дополнительных усилий.

Необходимо обеспечить отличное содержание мостового полотна и рельсового пути, своевременное подтягивание и подкрепление элементов связей, очистку балок и других элементов от грязи и мусора, а также возобновление окраски. Особое внимание должно быть уделено пакетам больших пролётов с деревянными связями.

В неразрезных пакетах, кроме того, должно быть обеспечено постоянное плотное опирание балок на всех опорах.

В сварных пакетах (особенно в целиком сварных конструкциях и пакетах С металлическими связями, приваренными непосредственно к балкам) необходимо следить за состоянием сварных швов и металла балок около швов, так как здесь не исключена возможность появления трещин. Трещины наиболее вероятны в зимнее время в нижних поясах сварных балок при наличии поперечных швов или большой скученности их. Такие пакеты рекомендуется заменять. Обнаруженные трещины впредь до замены пакета должны быть обезврежены.

Для более плавного прохода поездов по мостам с пакетными пролётными строениями, обладающими невысокой жёсткостью, рельсовому пути над каждым пакетом при движении поездов без ограничения скорости рекомендуется придавать плавное выпуклое очертание со стрелой подъёма, равной половине прогиба пакета в середине пролёта от временной нагрузки (около 1/800 пролёта).

В пакетах с мостовым полотном, используемым в качестве верхних продольных связей (фиг. 55 и 56), лапчатые болты должны быть постоянно плотно подтянуты; упрощённые лапчатые болты (фиг. 12) должны заменяться в первую очередь. Мостовые брусья следует плотно прирубать к наружным граням поясов крайних балок ветвей пакета. От степени подтяжки лапчатых болтов и тщательности прирубки мостовых брусьев в значительной степени зависит надёжная работа мостового полотна как связей. Кроме того, в таких пакетах необходимо следить за прикреплением диагональных уголков или досок внутри колеи, выполняющих совместно с мостовыми брусьями роль решётки связей, своевременно подтягивая болты и подбивая штыри и гвозди.

Количество креплений в пакетах должно соответствовать проекту (фиг. 55 и 56).

Пакеты, собранные на месте работ, иногда имеют продольные и поперечные связи между отдельными балками или ветвями, неудачные по конструкции или неудовлетворительные по выполнению. Отдельные пакеты совсем не имели связей.

Связи в пакетах необходимы для воспринятая горизонтальных ударов колёс подвижного состава, ветровой нагрузки и центробежной силы (в мостах на кривых), а также для обеспечения устойчивости верхнего сжатого пояса балок и более равномерного распределения нагрузки между балками. Поэтому все пакеты должны иметь надёжные связи.

На мостах с пакетами больших пролётов (более 10 м), имеющими неудовлетворительные связи, впредь до их переустройства необходимо вводить ограничение скорости движения поездов.

Новые связи в пакетах пролётом до 10 м разрешается устраивать по типу, приведённому на фиг. 55. В пакетах больших пролётов, особенно из балок тяжёлых профилей (балки типа Пейне № 60—100; а также двухъярусные балки более лёгкого сортамента), следует устраивать металлические связи на болтах или заклёпках согласно фиг. 58—60, 62 и 63. Приварка связей непосредственно к двутаврам не допускается.

Неудовлетворительные по конструкции связи подлежат переустройству или усилению. Например, связи по фиг. 74, не обеспечивающие устойчивость верхнего пояса и недостаточно прикреплённые к пакетам, могут бить усилены постановкой в каждом узле поперечных распорок по типу, приведённому на фиг. 55, или переустроены путём перенесения имеющихся связей в плоскость верхнего пояса и постановки тяжей в узлах. Отдельные дефекты (неплотная подгонка прокладок, врубок и пр.) должны быть устранены заменой негодных элементов.

В металлических связях, поставленных на чёрных болтах, нередко диаметр болтов не соответствует диаметру отверстий, кроме того, отверстия часто имеют большую черноту. Указанные дефекты снижают надёжность связей; поэтому в таких случаях рекомендуется заменять болты заклёпками рассверловкой отверстия или дополнительно приваривать связи (приварка связей непосредственно к балкам пакетов не допускается). При наличии в пакете искривлённых в горизонтальной плоскости балок, а также во всех пакетах пролётом более 15 м проведение указанных мероприятий является обязательным. Впредь до выполнения этих работ болты прикрепления связей должны быть постоянно плотно подтянуты.

В некоторых случаях в пакетах использованы балки, искривлённые при транспортировке или падении.

При стреле искривления балок в горизонтальной плоскости (в плане) более 1/500 пролёта пакеты должны иметь надёжные продольные и поперечные связи примерно через каждые 1,5 м. В пакетах пролётом более 6 м связи должны быть металлическими.

При меньших искривлениях связи могут быть нормальными. Искривления балок в пределах одной панели связей, превышающие 1/1000 пролёта, должны учитываться расчётом.

Ввиду трудности устройства или укрепления связей под движением поездов в ряде случаев может оказаться целесообразной замена искривлённых балок.

Усиление балок пакетов с большим местным выпучиванием или с искривлением стенок может быть выполнено постановкой мощных рёбер жёсткости (фиг. 75). Рёбра жёсткости должны составлять одно целое с диафрагмами или поперечными связями, устраиваемыми с целью повышения устойчивости балок (фиг. 76).

Металлические пакеты

Наличие в пакетах отдельных искривлённых в вертикальной плоскости балок со сравнительно небольшой стрелой искривления (до 3 см) при обеспечении плотного опирания мостовых брусьев на все балки существенно не отражается на работе пакета, если искривлённые балки расположены в пакете выпуклостью вниз. В противном случае балки работают на момент обратного вызвавшему искривление знака, т. е. со значительно пониженным пределом текучести от пластической деформации.

Отдельные искривлённые балки и пакеты из балок, одинаково искривлённых в вертикальной плоскости при стреле искривления более 1/500 пролёта, должны находиться под постоянным наблюдением.

Значительно искривлённые отдельные балки должны быть заменены, вследствие трудности обеспечения надёжной связи между балками пакета и большого ослабления мостовых брусьев.

Несовпадение оси ветвей пакета с осью рельсов вызывает неравномерную работу балок (особенно при большом числе балок в пакете). Эксцентриситет более 5 см должен учитываться при определении грузоподъёмности пролитых строений. Помимо перегрузки отдельных балок пакета наличие эксцентриситета является причиной преждевременного интенсивного расстройства связей; поэтому устранение указанного дефекта рекомендуется производить во всех случаях. Устранение эксцентриситета может быть выполнено путём перешивки пути, а также передвижки всего пакета или отдельных ветвей на требуемую величину.

На некоторых восстановленных мостах применены пакеты из трёх балок. Для равномерной работы всех балок расстояние между ними должно равняться 1,05 м; кроме того, пакеты должны иметь, помимо продольных, надёжные поперечные связи. Мостовые брусья должны плотно опираться на все балки и иметь сечение не менее 20х24 см.

При ненормальном расстоянии между балками грузоподъёмность пакета должна быть проверена расчётом с учётом неравномерной работы балок.

В случае недостаточной грузоподъёмности из-за несоблюдения нормального расстояния между балками пакеты должны быть переустроены с доведением расстояния между балками до 1,05 м.

Ненадёжные поперечные связи при предполагаемой длительной эксплуатации пакетов должны быть заменены. Новые связи могут быть устроены согласно фиг. 62; в пакетах пролётом до 10 м для временных мостов разрешается устройство деревянных связей. Неудовлетворительно выполненные связи подлежат укреплению.

Мостовые брусья недостаточного сечения должны быть заменены.

В отдельных случаях встречаются пакеты с ветвями различной жёсткости. Неодинаковые прогибы ветвей пакетов под нагрузкой могут вызвать большие перекосы пути, непосредственно отражающиеся на безопасности движения поездов.

При разности прогибов в середине пролёта более 4 мм пакеты должны быть переустроены. Впредь до переустройства рельсовой нитке над менее жёсткой ветвью пакета рекомендуется придать соответствующее превышение. Величина превышения по длине пакета должна плавно изменяться от нуля на опоре до максимума в середине пролёта.

Пакеты должны плотно опираться на опоры. В неразрезных пакетах с недостаточной длиной крайних пролётов при проходе нагрузки возможно поднятие концов балок, которое может привести к быстрому расстройству пролётных строений и опор. Закрепление концов пакетов на временных опорах обычно не достигает цели; поэтому в таких случаях неразрезные пакеты должны переустраиваться в разрезные. Поднятие концов балок легко обнаружить путём непосредственного наблюдения за поведением пакетов под нагрузкой.

Минимально допустимая величина крайних пролётов неразрезных пакетов может быть установлена расчётом.

Пакеты, изготовляемые на месте работ, обычно собирались из неокрашенных балок. Поэтому окраска пакетов является одной из первоочередных работ во время эксплуатации. При отсутствии окрасочных материалов разрешается производить окраску пакетов битумом, растворённым в бензине (нефтебитума марки 3—75% по весу, бензина второго сорта 25%), при условии нанесения его толстым слоем 600—900 г/м2). При недостаточном для окраски кистью расстоянии между полками балок пакета внутренние поверхности балок могут быть окрашены при помощи распылителей.

Рельсовые пакеты разрешается не красить.