Приемы регулирования усилий в неразрезных балках

15.06.2016

Вплоть до середины XX в. при проектировании стальных пролетных строений мостов поиски рациональных решений ограничивши выбором системы, назначением геометрических параметров и конструктивных форм. Однако такой подход в статически неопределимых системах неразрезных балочных пролетных строений не позволяет эффективно управлять игрой сил в конструкции и соответствующим образом влиять на распределение в ней материала.
Любое пролетное строение проходит две последовательные стадии своего жизненного цикла: строительную и эксплуатационную. В каждой из них под действием соответствующих нагрузок формируется своя часть напряженно-деформированного состояния конструкции. Усилия и перемещения по двум стадиям работы конструкции суммируются.
В последние десятилетия стали активно использовать различные приемы искусственного регулирования усилий в конструкции. Оно может производиться технологическими либо конструктивными приемами. В первом случае при возведении пролетного строения используют специальный порядок монтажа, введение конструкции и работу по этапам с изменением ее статической схемы, установку временных пригрузов в определенных местах конструкции и на определенных этапах монтажа, изменение отметок опорных узлов пролетного строения и другие способы. Конструктивные приемы сводятся, главным образом, к предварительному напряжению конструкции с использованием специальных напрягаемых элементов.
Проиллюстрируем технологическое регулирование усилий за счет назначения специального порядка монтажа пролетного строения на примере трехпролетной неразрезной балки. На рис. 4.26 показаны расчетные схемы и эпюры изгибающих моментов.
Приемы регулирования усилий в неразрезных балках

Сравнивая эпюры изгибающих моментов при разных способах монтажа, видим, что усилия в пролетном строении зависят от технологии его возведения. Можно выбрать вариант монтажа конструкции, при котором усилия в строительной стадии минимальны либо не превышают заданных предельных значений (по эксплуатационной стадии).
Кроме того, можно установить еще одну важную зависимость, например, из сопоставления вариантов монтажа на рис. 4.26, б и рис.4.26, д. В первом случае (продольная надвижка с двух берегов) требуются менее материалоемкие вспомогательные конструкции, но усилия в балке намного больше, чем в варианте на рис. 4.26, д. Зато во втором случае за более низкий уровень усилий в основной конструкции приходится «платить» повышенными затратами на вспомогательные.
Другой распространенный технологический прием состоит в регулировке усилий в статически неопределимой системе за счет изменения положения ее опорных узлов на различных этапах монтажа. Проиллюстрируем этот прием на примере трехпролетной неразрезной балки (рис. 4.27). Навесной монтаж центрального пролета балки с двух берегов (см. рис. 4.26, б) рационален с позиций организации работ на широком фронте, сокращения сроков монтажа. Однако вид эпюры изгибающих моментов, получающейся в результате монтажа и замыкания пролетного строения в середине, отличается от эксплуатационной стадии и неудовлетворителен: отрицательные опорные моменты намного превышают эксплуатационные, тогда как в среднем пролете изгибающий момент равен нулю, а в крайних пролетах вместо положительных моментов возникают отрицательные. Правда, приложение в дальнейшем эксплуатационных нагрузок приведет к возрастанию положительных моментов в серединах пролетов, но отрицательные изгибающие моменты над промежуточными опорами еще более возрастут.
Снизить изгибающие моменты над опорами можно за счет подъемки домкратами концов пролетного строения после замыкания на высоту Δh (или опускания узлов опирания балки на средних опорах на ту же высоту). Ho при этом до сборки пролетного строения его крайние узлы должны быть предварительно опущены либо средние подняты на высоту Δh. Значение Δh назначают таким, чтобы обеспечить заданный момент регулирования
Приемы регулирования усилий в неразрезных балках

откуда Δh = ΔM*l2/(1,2*EI), а усилие поддомкрачивания — P = ΔМ/l.
При использовании этого приема в конце строительной стати получается «зарегулированная» эпюра изгибающих моментов, показанная на рис. 4.27, ж.
К числу конструктивных приемов регулировки усилий в неразрезных балочных системах относится предварительное напряжение конструкции.
Оно может производиться затяжками в виде пучков высокопрочной проволоки типа В или из витых высокопрочных канатов типа К-7, аналогичных армированию предварительно напряженных железобетонных конструкций. Затяжки располагают над опорами в уровне верхних поясов балки, если хотят снизить отрицательные опорные изгибающие моменты, или в уровне нижних поясов в средней части пролетов, если хотят уменьшить положительные изгибающие моменты в пролете (рис. 4.28, 4.29). Пo концам пучки имеют стальные анкерные закрепления с упорами, прикрепляемыми к поясам или стенкам главных балок. В местах соединения упоров элементы балок усиляют на воздействие сосредоточенных сил. Затяжки присоединяют к поясу по длине балки не менее, чем в четырех точках таким образом, чтобы при работе под нагрузкой они совместно перемещались в боковом направлении и независимо — в продольном. На участках между анкерными закреплениями пучков главные балки работают на сжатие с изгибом. Сечение двутавровых главных балок выполняют несимметричным с более развитым сжатым поясом.
Приемы регулирования усилий в неразрезных балках

Для защиты внешних пучков от коррозии после натяжения домкратами чаще всего их помещают в стальные трубы, заполняемые цементным раствором или консистентной смазкой.
Пo сравнению с другими приемами регулирования усилий предварительное напряжение конструкции пучками представляет собой дорогостоящее мероприятие. Поэтому в цельнометаллических пролетных строениях этот прием используется достаточно редко, как правило, в пролетах длиной свыше 150 м, где можно существенно снизить высоту балок, добившись экономии основного материала. Чаще данный прием применяют в сталежелезобетонных пролетных строениях, а также при реконструкции автодорожных мостов с уширением габарита, когда появляется необходимость усиления главных балок из-за возрастания действующих на них нагрузок.
Приемы регулирования усилий в неразрезных балках
Приемы регулирования усилий в неразрезных балках