Назначение и виды опорных частей металлических мостов

Опорные части мостов предназначены для передачи опорных реакций от пролетных строений на опоры и обеспечения угловых и поступательных перемещений опорных узлов, как предусмотрено расчетной схемой.
Опорные части разделяются, как и опорные закрепления в расчетных схемах, на неподвижные и подвижные. Это деление связано только с поступательными перемещениями. Неподвижные и подвижные опорные части должны обеспечивать повороты опорных сечений, вызываемые изгибом конструкций.
Кроме того, они различаются способами реализации поворотов и поступательных перемещений опорных сечений. Так, неподвижные части можно разделить на плоские, тангенциальные, секторные, стаканные, с шаровыми сегментами и с эластичными элементами (рис. 10.1). Первые три типа представляют собой конструкции, изготавливаемые из металла, три последние — комбинированные, в которых наряду с металлом использованы полимерные материалы.

Плоские опорные части (см. рис. 10.1, а) применяют в пролетных строениях с достаточно большой жесткостью, где угол поворота опорных сечений мал и для его обеспечения достаточно прокладки из податливого материала. При этом незначительное ограничение поворота не приведет к заметным дополнительным усилиям в конструкции.
В балансирных (см. рис. 10.1, б) и тангенциальных (см. рис. 10.1, в) частях поворот достигается опиранием плоского балансира на цилиндрическую нижнюю часть или сочленением балансиров с помощью цилиндрического шарнира. При этом опорное сечение может повернуться только в одной плоскости. Контакт происходит по линии с возникновением контактных напряжений, величина которых зависит от радиуса цилиндрической поверхности.
Стаканные опорные части (см. рис. 10.1, г), опорные части с шаровыми сегментами (см. рис. 10.1, д) и с эластичными элементами (рис. 10.1, е) обеспечивают поворот в любой плоскости. При этом нагрузка от верхнего балансира к нижнему передается по площади. Принцип работы стаканных опорных частей заключается в передаче вертикальной силы через прокладку из аморфного материала, которая допускает свободные повороты практически относительно любой оси. В современных конструкциях в качестве аморфного материала используют упругую резину (эластомер) на основе хлоропренового каучука. Аналогично, т.е. за счет деформаций упругой резины, обеспечивают повороты опорные части с эластичными элементами. Для повышения жесткости прокладок и эластичных элементов их иногда армируют металлическими листами.
В опорных частях с шаровыми сегментами сечение поворачивается за счет скольжения шарового сегмента по вогнутой сферической поверхности нижнего элемента. Свобода поворота достигается малой величиной трения по поверхности скольжения, для чего вогнутую поверхность покрывают антифрикционным материалом, а ответную поверхность шарового сегмента выполняют из коррозионно-стойкой стали с малой шероховатостью и полируют.
Подвижные опорные части конструктивно подразделяются, в первую очередь, по характеру работы, (принципу реализации поступательных перемещений), на три группы: качения, скольжения и деформирующиеся.
В частях качения подвижность вдоль моста обеспечивается катком или катками, расположенными между пролетным строением и опорами. При использовании только одного катка (рис. 10.2, а) конструкция без дополнительных элементов допускает как перемещение в одном направлении, так и вращение вокруг одной оси. При достаточно большом диаметре катка его боковые части могут быть срезаны, и тогда каток превращается в валок (рис. 10.2, б).
Этим достигается экономия материала без ущерба для прочности элемента, т.к. лимитирующими в таких конструкциях являются напряжения по линии контакта катка или валка с опорными плитами.

В случае значительных вертикальных сил применяют несколько катков (валков), устанавливаемых в один ряд (рис. 10.2, в), что делает необходимым устройство цилиндрического или тангенциального шарнира, обеспечивающего поворот опорного сечения. Секторные опорные части (рис. 10.2, г) появились в результате усовершенствования валковых опорных частей и призваны уменьшить их высоту. Для этого сократили высоту валка при сохранении большого радиуса поверхности качения и ввели шарнир, обеспечивающий поворот опорного сечения.
Катковые, валковые и секторные опорные части изготавливают преимущественно из металла. Они имеют, как правило, сравнительно большую высоту, так как напряжения смятия в зонах контакта обратно пропорциональны радиусам поверхностей качения. Применение высококачественных сталей для катков или валков позволяет уменьшить их диаметр. Однако и при ном существенно уменьшить высоту опорной части не удается.
Снизить ее стало возможным в опорных частях скольжения, которые обеспечивают достаточно свободное и надежное опирание пролетных строений. К числу простейших и достаточно давно применяемых конструкций относятся плоские (рис. 10.3, а) и тангенциальные (рис. 10.3, б). Однако они работают с большим коэффициентом трения (до 0,4) и имеют ограниченную область применения по воспринимаемым нагрузкам и перемещениям.
В современных комбинированных опорных частях поступательные перемещения достигаются специальной плоской парой скольжения (рис. 10.3, в), где используют нержавеющую полированную сталь и антифрикционный материал, в частности, листовой фторопласт (политетрафторэтилен). Такое сочетание обеспечивает коэффициент трения от 0,01 до 0,12, который повышается при понижении температуры наружного воздуха и понижается при увеличении среднего давления на фторопласт.
Поверхности скольжения должны быть тщательно обработаны и надежно защищены от повреждений при транспортировке, монтаже и эксплуатации. Чтобы требуемый коэффициент трения сохранялся длительное время, при использовании фторопластовых листов в смазочные гнезда при изготовлении закладывают смазку, самопроизвольно поступающую на поверхности скольжения при перемещениях в процессе эксплуатации.

Поскольку опорные части скольжения должны обеспечивать и повороты опорных сечений, они имеют элементы вращения, в качестве которых применяют шарнирные опорные элементы: цилиндрические, тангенциальные, стаканные (рис. 10.3, г), деформирующиеся и шаровые сегменты (рис. 10.3, д).
Подвижные комбинированные опорные часть скольжения всех конструкций включают шарнирный опорный элемент 1, средний элемент 2, включающий антифрикционный слой и плиту скольжения 3 с анкерной плитой. В наиболее употребительных типах опорных частей скользящая пара, образуемая средним элементом и плитой скольжения, располагается в верхней части конструкции, что позволяет достаточно простыми средствами защитить пару скольжения от загрязнений.
К третьему конструктивному виду подвижных опираний относятся деформирующиеся части, в частности, резиновые опорные. В них поступательные перемещения реализуются за счет деформаций сдвига, а повороты — за счет неравномерного обжатия резиновых элементов. Для увеличения несущей способности, как правило, деформирующиеся части армируют листами нержавеющей стали. В стальных мостах больших пролетов резиновые опорные части обычно не применяют, но они могут использоваться как дополнительные прокладки для обеспечения двоякой подвижности опорных частей.