Особенности расчета пролетных строений автодорожных мостов

Поскольку габарит автодорожных мостов существенно шире габарита однопутных железнодорожных, одной из отличительных особенностей решетчатых пролетных строений с ездой понизу автодорожных мостов является конструкция проезжей части.
В них также широко распространена проезжая часть в виде балочной клетки, состоящей из поперечных балок, крепящихся в узлах главных ферм, и продольных балок. Их число, как правило, больше двух, а высота продольных балок меньше высоты поперечных балок (рис. 11.10, а). Поверху такой конструкции устраивается железобетонная плита проезда, причем расстояние между продольными балками, помимо экономических соображений, диктуется приемлемым пролетом железобетонной плиты при работе ее на местную нагрузку поперек моста. В современной практике все большее распространение получает проезжая часть в виде металлической ортотропной плиты.

Прежде всего рассмотрим особенности расчета элементов проезжей части обоих типов.
Расчет проезжей части с балочной клеткой. В балочной клетке автодорожных мостов продольные балки, как правило, не включаются в совместную работу с ездовыми поясами главных ферм по следующим причинам:
* при наличии в поперечном сечении нескольких продольных балок, высота которых меньше высоты поперечных, это затруднено конструктивно;
* доля временной нагрузки от суммарной вертикальной нагрузки много меньше, чем в железнодорожных мостах, а так как совместная работа учитывается только на действие временной вертикальной нагрузки, то включение оказывается малоэффективным.
Иногда железобетонную плиту объединяют упорами с верхними поясами продольных и поперечных балок, превращая их в сталежелезобетонные.
В простейшем случае продольная балка рассчитывается как свободно опертая, однопролетная, с пролетом, равным расстоянию d между поперечными балками (панели фермы). Постоянная нагрузка на одну балку складывается из веса всех слоев дорожного покрытия, железобетонной плиты и собственного веса балки. Для эскизных расчетов вес дорожного покрытия рд.п можно принимать равным 2,5...3 кН/м2 (0,25...0,3 тс/м2). Толщина железобетонной плиты обычно находится в пределах 0,16...0,2 м, нагрузка от веса плиты — 4,0...5,0 кН/м2 (0,4...0,5 тс/м2). Собственный вес продольной балки можно приближенно оценить по формуле (тс/м2)

Тогда расчетная постоянная нагрузка нa одну балку составляет

Распределение временной нагрузки между балками можно принять по закону рычага (рис. 11.10, б). При этом вводят коэффициент поперечной установки ξi, характеризующий долю от веса одной полосы нагрузки, приходящуюся на рассчитываемую продольную балку:

Наибольший изгибающий момент в продольной балке при расчете на прочность

Наибольший изгибающий момент в продольной балке при расчете на выносливость —

Наибольшая поперечная сила в опорном сечении продольной балки

По найденным усилиям подбирают сечения продольной балки аналогично балкам железнодорожных мостов.
Расчет поперечной балки. Поперечная балка рассчитывается как свободно опертая с пролетом В, равным расстоянию между осями главных ферм пролетного строения.
Независимо от того, опирается ли плита проезжей части непосредственно на поперечную балку или нет, условно можно принять, что как постоянная, так и временная вертикальная нагрузки передаются на поперечную балку через продольные. При этом наибольший изгибающий момент в поперечной балке возникает в месте прикрепления средней продольной балки.

При вычислении расчетных изгибающих моментов расположение временной нагрузки (независимо от числа продольных балок) можно принять симметричным относительно осп моста (рис. 11.11, а). При этом число полос нагрузки AK, размещаемой на мосту, не должно превышать установленного числа полос движения. При многополосном движении в каждом на правлении и отсутствии разделительной полосы на мосту ось крайней левой (внутренней) полосы нагрузки каждого направления движения не должна располагаться ближе 1,5 м от осевой линии или линии, разделяющей направления движения.
Силы давления продольных балок S1, S2,..., Si на поперечную определяются формулой

Коэффициенты поперечной установки ξi для продольных балок неодинаковы и вычисляются соответственно размещению полос нагрузки относительно каждой продольной балки:

Для тележек AK независимо от полосы нагрузки si=1. Для равномерно распределенной нагрузки v коэффициент полосности si принимает два значения: 1 или 0,6. Для одной полосы нагрузки, оказывающей наиболее неблагоприятное воздействие на поперечную балку, si=1, а для остальных полос нагрузки, независимо от их числа, si=0,6.
Схеме на рис. 11.11, а соответствуют следующие значения:

Ординаты эпюры моментов в поперечной балке рассчитываются по формулам

Чтобы построить эпюры расчетных поперечных сил Q и поперечной балке, полосы нагрузки следует сдвинуть к одной из главных ферм, например, к левой (рис. 11.11, б). При этом ось крайней полосы нагрузки должна быть расположена не ближе 1,5 м от ограждения разделительной полосы. Для приведенного примера коэффициенты поперечной установки составят:

Ординаты эпюры поперечных сил определяются из выражений

По найденным усилиям подбирают сечения поперечной балки, рассчитывают прикрепления продольных и поперечных балок. Методика расчета аналогична расчетам пролетных строений железнодорожных мостов.
Расчет проезжей части с металлической ортотропной плитой. При проезжей части с ортотропной плитой ездовые пояса главных ферм устраивают в виде значительно более мощных, развитых в высоту коробок, нежели в главных фермах с узловым прикреплением поперечных балок проезжей части. Вызвано это тем, что пояса, помимо осевых усилий, работают на значительные изгибающие моменты от местных вертикальных нагрузок, приложенных в пределах панели фермы.
Покрывающий лист ортотропной плиты обычно располагают в одном уровне с верхними горизонтальным листами коробок поясов и соединяют с ними на монтаже. Таким образом, пояса, покрывающий лист и продольные ребра ортотропной плиты работают единым сечением на все нагрузки, постоянные и временные. Поперечные ребра ортотропной плиты по-прежнему рассматривают как разрезные балки, работающие пролетом, равным расстоянию между осями главных ферм.
Описанная конструкция имеет единственное существенное отличие от сплошностенчатых коробчатых балок с ортотропной плитой — помимо изгибающих моментов, сечение воспринимает осевые усилия.
Здесь ортотропную плиту также следует рассчитывать в две стадии:
- работа элементов плиты на местную нагрузку — методика расчета была рассмотрена ранее;
- работа подкрепленного ребрами покрывающего листа в составе сечения ездового пояса, подверженного воздействию осевых усилий с изгибом. Ширина покрывающего листа, включаемого в состав сечения пояса, определяется аналогично сплошностенчатым балкам. Продольные нормальные напряжения в элементах плиты по стадиям суммируют.
При этом прочность и выносливость сечения элемента ездового пояса с присоединенной частью плиты проверяют соответственно по формулам (11.10) и (11.11).
Особенности расчета главных ферм. Элементы главных ферм, узлов и соединений рассчитывают в основном как при проектировании железнодорожных мостов. При определении усилий вводят соответствующие коэффициенты надежности, динамические коэффициенты и коэффициенты сочетаний нагрузок.
Как уже отмечалось, в автодорожных пролетных строениях продольные балки не включаются в совместную работу с поясами главных ферм. Однако главные фермы однопутных железнодорожных мостов от вертикальных нагрузок загружены приблизительно равномерно. В автодорожных мостах из-за возможности расположения временной нагрузки в произвольном месте проезжей части любая из ферм может оказаться перегруженной по отношению к другой.
Рассмотрим способ определения величины временной нагрузки, приходящейся на одну главную ферму в пролетных строениях с ездой понизу.
При расчетах элементов главных ферм по прочности и устойчивости следует рассматривать два случая воздействия нагрузки AK:
- невыгодное размещение на проезжей части (в которую не входят полосы безопасности) числа полос нагрузки, не превышающего полос движения. При этом одновременно учитывается нагрузка на тротуарах (рис. 11.12, а);
- при незагруженных тротуарах невыгодное размещение на всей ширине проезжей части (в которую входят полосы безопасности) только двух полос нагрузки (рис. 11.12, б).

При этом оси крайних полос нагрузки AK должны быть расположены не ближе 1,5 м от кромки проезжей части (первый случай) и от ограждения проезжей части (второй случай). В расчетах главных ферм на выносливость следует рассматривать только первый случай загружения нагрузкой AK.
При определении усилий в элементах конструкций необходимо руководствоваться следующими правилами загружения линий влияния: при наличии линий влияния, имеющих три или более участка разных знаков, тележкой загружается участок, дающий для рассматриваемого знака наибольшее значение усилия. Равномерно распределенной нагрузкой (с необходимыми ее перерывами по длине) загружают все участки, вызывающие усилие этого знака (рис. 11.12, в).
Осевые усилия N в элементах конструкции определяются по следующим формулам