Основные типы пролетных строений со сплошными стенками автодорожных и городских мостов

15.06.2016

В мостах под автодорожную нагрузку пролеты менее 30 м изготавливают из железобетона. В диапазоне длин 30...80 м между собой конкурируют железобетонные и сталежелезобетонные строения, а область рационального применения стальных пролетных строений длины пролетов свыше 80 м.
Положение поездной нагрузки в поперечном сечении железнодорожного моста фиксировано рельсами пути. В автодорожных мостах безрельсовый транспорт может проезжать в любом месте проезжей части. Поэтому здесь необходимо обеспечить поверхность езды. Ширина железнодорожных мостов определяется числом путей (как правило, один-два), а на автодорогах зависит от перспективной интенсивности движения, определяющей их категорию. Ширина габарита проезжей части составляет от 4,5 до 26.5 м для дорог соответственно с V по I категории (одна-шесть полос движения). В городских мостах к этому могут добавляться два трамвайных габарита, велодорожки и другие элементы, а ширина тротуаров назначается не менее 1,5 м с каждой стороны и кратна 0,75 м.
В настоящее время постоянные железнодорожные мосты проектируют под нагрузку С14, прогнозируемую на отдаленную перспективу и на 40...50 % превышающую современные нагрузки (С9- С10). Временные нагрузки автодорожных мостов (типа AK и НК) близки к реальным транспортным средствам. Однако по схеме загружения моста временными нагрузками наблюдается полная противоположность: более реально сплошное загружение моста длинным поездом, нежели колоннами тяжелых грузовых автомобилей. Столь же малореально и загружение автодорожных (но не городских) мостов сплошной нагрузкой тротуаров. Следовательно, автодорожные мосты имеют довольно большие запасы прочности по временным нагрузкам.
Подвижные нагрузки AK значительно легче, чем нагрузки CK мостов под железную дорогу, особенно это сказывается в больших пролетах. Причем динамические составляющие воздействий на мосты поездных нагрузок считаются намного большими, чем нагрузок от автомобилей. Поэтому в автодорожных мостах возникают меньшие усталостные повреждения металлоконструкций и можно более широко применять цельносварные элементы. Но с ростом во всем мире интенсивности движения тяжелого автотранспорта в виде специальных трейлеров и фур (соответствующих нагрузке A15 и выше) представления такого рода были в значительной мере поколеблены. В мостах под автодорогу допустимы существенно большие упругие деформации от временных нагрузок, нежели в железнодорожных мостах (допускается flim/l = 1/320...1/400 против 1/600...1/800).
В XIX в. и в первой половине XX в. в больших автодорожных мостах применяли преимущественно решетчатые пролетные строения с ездой понизу, аналогичные железнодорожным мостам. Ho такие конструкции неблагоприятны в архитектурном отношении, слабо защищены от ударов автомобилей о решетку ферм, не допускают уширения габарита проезда. Учитывая отмеченные выше требования к жесткости пролетных строений автодорожных мостов, можно допустить возможность применения в них сплошностенчатых балочных пролетных строений даже при длине пролетов до 250...300 м.
Однако с увеличением длины возрастают усилия в балках. Для облегчения поясов (чтобы сечение в сварных конструкциях делать не более чем из двух листов) и по условию обеспечения нормативного прогиба приходится назначать высоту балок свыше 4 м. При этом конструкция сплошных главных балок существенно усложняется: по условиям перевозки и монтажа возникает необходимость в устройстве продольного стыка вертикальной стенки (рис. 4.1, а), необходима установка большого числа дополнительных ребер жесткости, возрастает материалоемкость балок, также ухудшается внешний вид моста.
Основные типы пролетных строений со сплошными стенками автодорожных и городских мостов

Преодолеть указанные трудности можно, в частности, за счет применения балочной неразрезной системы. Как известно, в неразрезных балках расчетные положительные моменты существенно ниже, чем в аналогичных разрезных (рис. 4.1, б). Уменьшение усилий позволяет применять более экономичные сечения, снизить строительную высоту и увеличить перекрывающую способность балок. Неразрезная система предполагает применение эффективных способов монтажа пролетных строений: навесного, продольной надвижки и др.
Достоинство данной системы также в том, что она создает благоприятные условия работы промежуточных опор. В много-пролетных мостах с разрезными балками на каждой промежуточной опоре располагают по две опорные части, что определяет размеры подферменной площадки и тела опоры (рис. 4.1, в). При неразрезном пролетном строении на ней располагается лишь одна (рис. 4.1, г). От временной нагрузки, расположенной на одном разрезном пролете, опора работает на внецентренное сжатие; при неразрезном, независимо от расположения временной нагрузки, она передается на опору центрально. Все это позволяет применять наиболее экономичную конструкцию опор.
Еще в первой половине XX в. отрицательным качеством статически неопределимых систем считалось изменение усилий в сечениях конструкции при неравномерной осадке опор. Это обстоятельство вызывало серьезные опасения инженеров, и от неразрезных систем отказывались, предпочитая им статически определимые разрезные и консольные балки. Современные достижения науки и практики мостостроения позволяют применять конструктивно-технологические решения опор, исключающие возможность недопустимых осадок.
С точки зрения статической работы неразрезных балок, наибольший эффект по отношению к разрезным достигается от нагрузок, расположенных по всей длине пролетного строения, т.е. от постоянных нагрузок (см. рис. 4.1, б). Как известно, вес 1 м пролетного строения растет с увеличением его длины, а вклад временной нагрузки в общие усилия уменьшается. Следовательно, применение неразрезных пролетных строений тем эффективнее, чем больше их длина. При малых пролетах переход на неразрезную балку практически не приводит к снижению массы металла. Поскольку отношение постоянной нагрузки к временной в автодорожных мостах больше, чем у железнодорожных мостов, применение неразрезных систем в автодорожных мостах наиболее эффективно.
Неразрезные балки могут использовать с любым числом пролетов. Ho следует иметь в виду, что с ростом числа пролетов возникают трудности в восприятии сильно возрастающих продольных температурных перемещений концов балки, требующих сложных решений деформационных швов и подвижных опорных частей. Поэтому число пролетов в таких системах обычно не превышает трех-пяти.
В разрезных балочных пролетных строениях (рис. 4.2, а) возникают переломы продольного профиля моста над промежуточными опорами. Они ухудшают условия работы деформационных швов и комфортность движения транспорта. К положительным качествам неразрезных балок следует отнести существенно меньшие прогибы (в 3...5 раз), их плавные линии, уменьшение числа деформационных швов проезжей части.
При равнопролетной неразрезной балке положительные изгибающие моменты в крайних пролетах значительно больше, чем в средних, т.е. такая схема нерациональна по распределению усилий и материала в конструкции (см. рис. 4.1, б). Поэтому при компоновке моста с неразрезными балками крайние пролеты, как правило, назначают короче средних, принимая l1/l2 в диапазоне 0,6...0,8 (рис. 4.2, б).
Основные типы пролетных строений со сплошными стенками автодорожных и городских мостов

Главные балки неразрезной системы для упрощения и унификации конструкции, облегчения изготовления желательно выполнять с параллельными поясами, т.е. постоянной высоты h. В этом случае из опыта принимают равной (1/30...1/40)l2.
Применение неразрезных балок постоянной высоты в автодорожных мостах ограничено по конструктивным соображениям пролетами до 120...150 м. При большей длине рационально использовать балки переменной высоты (рис. 4.2, в). Несмотря на удорожание изготовления и монтажа, такая конструкция имеет лучший внешний вид и более экономична по сравнению с балкой постоянной высоты при следующих значениях параметров: h = (1/35...1/50)l; h1 = (l,5...3,0)h. При очень ограниченной строительной высоте устраивают пролетные строения со сплошными балками и ездой понизу.