Неподвижные опорные части металлических мостов

16.06.2016

Плоские опорные части применяют в мостах малых пролетов, где опорные реакции, а также деформации от изменений температуры и временной нагрузки невелики. Действующими нормами допускаются плоские опорные части при пролетах до 7 м для железнодорожных мостов и до 12 м для автодорожных. Они представляют собой две опирающиеся друг па друга стальные плиты с расположенной между ними прокладкой из листового асбеста. Верхние плиты прикрепляют болтами или сваркой к металлическим пролетным строениям или закладным деталям железобетонных балок, нижние — анкерными болтами к бетонной кладке подферменника опоры. Неподвижность достигается с помощью потайного штыря, присоединенного к верхнему листу и входящего в круглое отверстие нижней плиты.
При пролетах от 8 до 20 м применяют тангенциальные опорные части. В них нижняя плита (подушка) имеет выпуклую цилиндрическую поверхность, на которую опирается плоская верхняя подушка. Неподвижность обеспечивается либо потайным штырем, либо прикрепляемыми к нижним подушкам боковыми планками, входящими в углубления в верхних подушках. Очертания потайного штыря и боковых планок не должны препятствовать свободному повороту верхней подушки на заданный угол.
Подушки тангенциальных опорных частей изготавливают из стального литья или толстой листовой прокатной стали. Соприкасающиеся поверхности подушек должны быть тщательно обработаны и покрыты графитовой смазкой, которая возобновляется в процессе эксплуатации. Верхние подушки прикрепляют шпильками через асбестовую прокладку к нижним поясам металлических пролетных строений или закладным деталям в железобетонных балках. К подферменникам опор нижние плиты присоединяют анкерными болтами, устанавливаемыми, как правило, в анкерные колодцы в подферменниках, обетонируемые после приведения всех конструкций в проектное положение.
Если необходимо передавать через опорные части большие давления, их подушки, особенно нижние, должны иметь значительные размеры. Это вытекает из условий работы на местное смятие бетонной кладки опор. В подобных случаях применяют опорные части так называемого балансирного типа. Балансирами называют верхнюю и нижнюю подушки опорных частей, сопрягающиеся друг с другом с помощью шарнира со свободным или плотным касанием. Размеры балансиров в плане определяются из условия распределения опорных реакций, исходя из допускаемого давления на бетон подферменника, а высота — из условия работы балансира на изгиб как балки на упругом основании.
Неподвижная опорная часть рассматриваемого типа (рис. 10.4) состоит из верхнего, нижнего балансиров и цилиндрического шарнира, имеющего на концах реборды, препятствующие смещениям балансиров относительно друг друга. На рисунке представлена типовая неподвижная опорная часть для пролетных строений длиной до 45...50 м. Она выполняется из стального литья марки 25Л, что определило конструкцию балансиров. Толщины ребер жесткости, опорных плит, цапф близки между собой, что обеспечивает равномерное остывание элементов балансиров после отливки.
Неподвижные опорные части металлических мостов

Аналогичные опорные части применяют в стальных арочных мостах и рамных пролетных строениях с наклонными стойками.
Балансиры крепятся к пролетным строениям и опорам шпильками через асбестовые прокладки и анкерными болтами.
В принципе, неподвижные опорные части балансирного типа могут применяться практически для очень больших нагрузок и пролетов. При этом они будут иметь соответствующие размеры, если выполняются из стального литья марки 25Л. Размеры могут быть уменьшены за счет применения более прочных сталей. Однако размеры в плане будут определяются не маркой стали, а прочностью бетонной кладки опоры.
Тангенциальные и балансирные опорные части допускают поворот только в одной плоскости, нормальной к линии описания балансиров, что требует соблюдения высокой точности и плане при их установке. Кроме того, этот способ передачи нагрузки (по линии) и характер статической работы опорных плит и балансиров приводят при больших нагрузках к большим размерам опорных частей даже при изготовлении их из высокопрочных сталей.
Стаканные опорные части, опорные части с шаровыми сегментами и деформирующимися элементами являются комбинированными в том смысле, что они выполняются из металла и синтетических полимерных материалов. Отличительной особенностью этих конструкций является передача вертикальной нагрузки по некоторой площади, что принципиально меняет характер статической работы опорных элементов. Размер площади передачи давления зависит от прочности применяемых полимеров.
Принцип работы стаканной опорной части заключается в передаче вертикальных сил через заполненный аморфным материалом стаканообразный элемент, который допускает небольшие и медленные свободные повороты. В настоящее время в качестве заполнения используют эластомер или резиноупругий материал, получаемый путем вулканизации натурального или синтетического каучука. Чаще используют хлоропреновый каучук, который устойчив к внешним воздействиям и молекулярным изменениям (старению). В условиях всестороннего сжатия этот элемент деформируется как вязкая жидкость.
Неподвижная стаканная опорная часть (рис. 10.5) состоит из стального стаканообразного литого или сварного круглого элемента, являющегося при литом исполнении и верхней опорной плитой. В стакан укладывается круглая эластомерная пластина, по периметру которой устроено уплотняющее кольцо из красной меди. Через эластомер давление передается на стальной нижний опорный элемент и далее на бетон опоры.
Неподвижные опорные части металлических мостов

Неподвижность обеспечивается увеличенными по высоте стенками стакана, которые передают горизонтальную силу на нижний опорный элемент. Как можно видеть, при наличии зазора Δ неподвижную опорную часть можно рассматривать как относительно подвижную и только при Δ = 0 она полностью неподвижна. При этом ограничивается величина угла поворота. Как правило, она составляет 0,01 рад. От попадания грязи и воды опорная часть защищается уплотнительной прокладкой в виде полиэтиленового кольца с заливкой силиконовым герметиком.
Стаканную опорную часть прикрепляют к пролетному строению и опоре с помощью анкерных болтов через отверстия в пластинах, привариваемых к боковым поверхностям опорных элементов. В некоторых конструкциях ко дну стакана приваривают или присоединяют потайными болтами дополнительную прямоугольную плиту, в углах которой просверливают отверстия для пропуска анкерных болтов. В железобетонных пролетных строениях прикрепляют, как правило, только неподвижные, а в стальных и сталежелезобетонных все опорные части.
На период транспортировки и монтажа верхний и нижний элементы стягивают транспортными креплениями, которые снимают только после установки опорной части в проектное положение.
Дальнейшим развитием комбинированных опорных частей, которые допускают поворот опорных сечений в любой плоскости и менее требовательны к допускам при установке, явились опорные части с шаровыми сегментами. На рис. 10.6 приведена неподвижная опорная часть такой конструкции под вертикальную нагрузку 15000 кН производства фирмы «Maurer Sohne» (Германия). Здесь поворот опорных сечений обеспечивается скольжением шарового сегмента по нижнему элементу опорной части с одновременным перемещением верхнего элемента, скользящего по верхней плоскости шарового сегмента.
Неподвижные опорные части металлических мостов

Свобода поворота достигается малой величиной трения по поверхностям скольжения: сферической и плоской, выполненных в виде листового фторопласта и полированной нержавеющей стали. Применяют обычно листы фторопласта толщиной 5...6 мм, которые при изготовлении втапливаются в металлические элементы и выступают над их поверхностью на 2,5 мм. Этим исключается контакт металлических поверхностей друг с другом под нагрузкой.
Вертикальная нагрузка в конструкциях с шаровыми сегментами передается по некоторой площади, что позволяет, как и в стаканных устройствах, выполнять опорные элементы и собственно опорные части небольшой толщины. Прочность материала шарового сегмента практически не играет роли, так как он (материал) находится в условиях всестороннего сжатия. Ho подобный материал должен быть несжимаемым.
Горизонтальные силы передаются здесь также через высокие закраины верхнего круглого опорного элемента. Чтобы защитить поверхности скольжения от грязи, зазор между опорными элементами уплотняют полиэтиленовым кольцом и силиконовым герметиком. Крепление к опорам и пролетным строениям, а также защита при транспортировке и монтаже, осуществляются по аналогии со стаканными опорными частями.