Другие виды мостов комбинированных систем

К комбинированным системам относятся не только различные сочетания арок с балками, но и другие разнообразные системы, отличающиеся своими свойствами от обычных стержневых ферм или арок.

Одной из разновидностей комбинированных систем является сквозная ферма с жестким нижним поясом.

В обычной стержневой сквозной ферме панель фермы определяет размеры панели проезжей части, так как поперечные балки располагаются только в узлах. Наиболее экономичная панель проезжей части в мостах под железную дорогу составляет 5—6 м. Даже при пролетах до 70—80 м возникает необходимость установки в треугольных решетках дополнительных элементов в виде стоек и подвесок. При увеличении пролетов и высоты ферм для сохранения наиболее экономичных размеров проезжей части необходимо устанавливать шпренгели или сгущать решетку.

Устройство нижнего жесткого пояса, способного воспринимать изгибающие моменты от внеузлового прикрепления поперечных балок, создает возможность применять треугольную решетку с наивыгоднейшей панелью фермы и при этом назначать наиболее экономичную панель проезжей части.

Примером такой конструкции может служить опытное цельносварное пролетное строение под однопутную железную дорогу (рис. 325).

Схемой пролетного строения, предложенной профессором К. Г. Протасовым, учтены трудности монтажной сборки и нежелательность концентрации большого числа швов в узловых соединениях.

Для уменьшения количества монтажных элементов панель главных ферм увеличена в 3 раза по сравнению с панелью проезжей части, и в каждом узле сходится не более четырех стержней.

Проект пролетного строения разработан НИИ мостов и Лентрансмостопроектом в 1948 г. и осуществлен в 1952 г.

Расчетный пролет пролетного строения (рис. 326) 66 м; расстояние по вертикали между центрами узлов по верхнему и нижнему поясам главных ферм — 11 м; расстояние между осями ферм — 5,5 м. Панель главных ферм — 16,5 м, панель проезжей части, а также верхних и нижних продольных связей между главными фермами 5,5 ж. Таким образом, поперечные балки проезжей части прикреплены не только в узлах главных ферм, но также в третях панели. Это позволило при редкой решетке главных ферм сохранить экономичную панель балок проезжей части, но потребовало придания нижним поясам прочности и жесткости, достаточных для работы их на местную нагрузку, вызванную внеузловым прикреплением поперечных балок. Нижние пояса имеют двутавровое несимметричное сечение (рис. 327, а), составленное из вертикальной стенки 2000 X 10 мм и поясных листов шириной 400 мм при переменной толщине, которая изменяется от 10 до 40 мм для нижнего листа и от 18 до 25 мм для верхнего в зависимости от величины расчетных усилий.

В узлах примыкания раскосов толщина вертикальной стенки увеличена до 20 мм, т. е. до толщины узловых фасонок, чтобы прикрепление верхнего поясного листа к стенке было равнопрочно с прикреплением узловых фасонок к поясному листу. Контурам фасонок придано криволинейное очертание для плавного примыкания их кромок к раскосам и горизонтальному листу поясов.

В связи с большими свободными длинами раскосов и стержней верхнего пояса в плоскостях ферм им придано так же, как и нижнему поясу, сечение двутавровой фермы, имеющее значительную жесткость в указанных плоскостях. Жесткость сечений верхнего пояса из плоскости ферм значительно меньше, но и свободная длина поясных стержней в горизонтальной плоскости в 3 раза меньше, чем в вертикальной.

Свободная длина сжатых и сжатовытянутых раскосов при изгибе из плоскости фермы уменьшена постановкой поперечных связей в плоскостях одноименных раскосов обеих главных ферм.

Оси раскосов центрированы не на ось нижнего пояса, а на линию, расположенную на 250 мм ниже верха пояса, с тем чтобы создать в сечениях пояса отрицательные изгибающие моменты, вызываемые действием продольного растягивающего усилия. Эти моменты уменьшают положительные изгибающие моменты, вызванные внеузловым прикреплением поперечных балок.

Балки проезжей части (рис. 328) запроектированы разной высоты соответственно различию в величине расчетных изгибающих моментов. Верхний поясной лист продольных балок пропущен с помощью вставок над верхним поясным листом поперечных балок. Клиновидная форма вставок дает возможность регулировать ширину стыков зазоров. Нижние поясные листы продольных балок привариваются торцами к стенке поперечных балок. Такое решение нельзя признать удачным в связи с опасностью концентрации напряжений в месте приварки нижнего пояса. Удачнее прикрепление поперечных балок к нижним поясам ферм. Высота поперечных балок у мест примыкания в результате приварки консольных листов плавно увеличивается до высоты пояса, причем верхний пояс поперечных балок суживается у концов с 280 до 30 мм, чтобы снизить концентрацию напряжений в месте его обрыва.

Прикрепление верхних и нижних продольных связей к поясам главных ферм, а также форма и размеры сечений элементов связей показаны на рис 327.

Прикрепления и размеры поперечных связей показаны на рис. 329.

При монтаже пролетного строения фиксация зазоров для монтажных швов достигалась постановкой на болтах временных накладок из швеллеров. Собственный вес раскосов до сборки верхних поясов частично передавался на временные деревянные подмости.

Пролетное строение находится в эксплуатации с 1952 г.

В 1947 г. Проектстальконструкцией был разработан проект пролетного строения для автодорожных мостов пролетами l_р = 83,2 м по схеме, изображенной на рис. 330. Проект был утвержден в качестве типового и применялся при сооружении ряда мостов.

От гибкой арки с жесткой затяжкой система, показанная на рис. 330, отличается решеткой из наклонных раскосов, поставленной вместо вертикальных подвесок. Это отличие коренным образом изменяет статические свойства системы, которая является теперь по существу геометрически неизменяемой балочной фермой с полигональным верхним и жестким нижним поясами. Геометрическая неизменяемость фермы вполне обеспечена системой решетки. Превращение нижнего пояса в балку жесткости позволяет облегчить и упростить конструкцию проезжей части, так как при внеузловой передаче нагрузки на главные фермы экономически выгодные панели проезжей части и главных ферм взаимно независимы.

Прогиб балки жесткости по S-образной двузначной линии при несимметричном загружении пролета, характерный для арок, становится в рассматриваемой системе невозможным. Вертикальная жесткость пролетного строения поэтому повышается.

Фермы с полигональными, в частности, с параболическими поясами, широко применявшиеся в XIX в., имеют известные достоинства. Эти достоинства состоят в том, что расчетные продольные усилия в поясах ферм, а следовательно, и сечения мало изменяются по длине пролета, что удобно в конструктивном отношении. Усилия в раскосах относительно невелики, решетка получается легкой и прикрепление ее к поясам — несложным.

При преобладании собственного веса конструкции над временной вертикальной нагрузкой (что характерно для широких автодорожных мостов значительных пролетов с железобетонной плитой проезжей части) большинство раскосов фермы работает на растяжение при любом положении временной вертикальной нагрузки на пролетном строении. Такие раскосы могут быть гибкими.

Недостатком рассматриваемой системы является невозможность стандартизации длин раскосов и наличие переломов во всех узлах полигонального пояса, усложняющих конструкцию этих узлов.

Недавно в СССР построен автодорожный мост с пролетным строением, перекрывающим три пролета, по схеме 75 + 126 + 63 м (рис. 331). Пролетное строение — сварное, с монтажными соединениями на фрикционных болтах. Сплошные главные неразрезные балки пролетного строения в надопорных участках (над промежуточными опорами) протяженностью каждый 91 м усилены снизу сквозными раскосными фермами с полигональными нижним поясом. Верхним поясом ферм служат главные балки.

В пределах усиления фермами изгибающие моменты в балках резко уменьшаются, но появляются продольные растягивающие усилия. Прогибы пролетного строения под временной нагрузкой в результате усиления фермами значительно уменьшаются, а раскосная решетка ферм удобна для навесной уравновешенной сборки пролетного строения в обе стороны от средних опор с последующим смыканием главных балок в середине среднего пролета.

В поперечном сечении моста (рис. 332) при ширине проезжей части 8,00 м и двух тротуарах по 1,00 м даны две главные балки с расстоянием между ними 5,52 м. Верхние пояса балок образует стальная ребристая плита проезжей части шириной 10,40 м и два узких листа сечением 240х12 мм, приваренные к вертикальным стенкам сечением 2400х12 мм. Нижние пояса балок имеют ширину 520 мм и толщину от 16 до 32 мм в зависимости от величины изгибающих моментов, которые достигают наибольших значений на участках балок, не усиленных фермами.

Местная устойчивость стенок балок обеспечивается парными вертикальными ребрами жесткости, поставленными через 1,75 м, а на участках вне пределов ферм усиления также горизонтальными ребрами на расстоянии 1,00 м от нижнего пояса.

Плита проезжей части состоит из стальных листов толщиной 10 мм, укрепленных снизу продольными ребрами из уголков 160 + 100х10 мм, приваренных кромками широких полок к листам. В пределах ширины проезда расстояние между продольными ребрами — 320 мм. Узкие горизонтальные полки уголков способствуют устойчивости широких вертикальных полок и сближению величин верхних и нижних фибровых напряжений в плите от местной нагрузки.

В обычйой конструкции ортотропной плиты, продольные и поперечные ребра привариваются к горизонтальному листу плиты, причем продольные ребра, находясь в одном уровне с поперечными, пропускаются сквозь вырезы в последних. В конструкции плиты описываемого моста поперечными ребрами плиты служат сквозные поперечные связи пролетного строения, размещенные с интервалом 3,5 м. Продольные ребра плиты опираются на верхнем поясе этих связей сверху.

Такое решение исключает возможность использования горизонтального листа плиты на изгиб совместно с поперечными ребрами, но зато существенно упрощается технология изготовления плиты.

По плите уложено асфальтобетонное покрытие, закрепленное от смещений арматурной сеткой. Толщина покрытия по оси моста составляет 9 см, уменьшаясь в обе стороны для образования поперечных уклонов поверхности покрытия.

Поперечные связи прикреплены к ребрам жесткости главных балок. Величина панели верхнего пояса фермы поперечных связей — 1,38 м. Сечение верхнего пояса двутавровой формы с горизонтальными листами 20х10 мм и стенкой 300х10 мм. Нижний пояс и раскосы поперечных связей составлены из пары уголков сечением 100 + 100х10 мм.

На участках вне пределов ферм усиления в уровне нижних поясов поперечных связей размещены продольные полураскосные связи между главными балками. В пределах ферм продольные связи между главными балками переходят в продольные связи между нижними поясами ферм усиления.

Нижние пояса, раскосы и стойки ферм усиления имеют Н-образные сечения, размеры которых указаны на рис. 333.

Поперечные связи между фермами даны только по опорным стойкам. Мощная нижняя распорка этих связей служит в качестве домкратной балки.

Узлы примыкания нижнего пояса ферм усиления к главным балкам показаны на рис. 334.

Конструкция прикрепления осложнена тем, что сечение главной балки одностенчатое, а нижнего пояса — двухстенчатое.

Узловые фасонки клиновидной формы объединены верхним сплошным и нижним перфорированным листом в жесткую коробку, внутрь которой заводятся концы нижнего пояса. Вертикальная составляющая усилия в нижнем поясе в месте примыкания передается на главную балку через пять парных ребер жесткости.

Продольно неподвижные опорные части пролетного строения размещены у конца его, опирающегося на опору № 4. При загружеции среднего пролета временной нагрузкой на крайних опорах пролетного строения возникают отрицательные опорные реакции, воспринимаемые на опоре № 4 вертикальными листами (рис. 335) сечением 400х200 мм, прикрепленными верхним концом к мощной распорке опорных поперечных связей, а нижним концом заанкеренными в опоре.

На опоре № 1 отрицательные опорные реакции погашаются весом пригруза в виде бетонного массива размерами 1,45х5,51х3,50 м, начиненного металлоломом для увеличения объемного веса, который принят равным 3,2 т/м³.

Вес стали марки 15ХСНД на пролетное строение составил 1108 т, в том числе на главные балки (без плиты) — 237,6 т, на ребристую плиту — 399,8 т, на нижние пояса и решетку ферм усиления — 304,0 т и на связи — 149,2 т.

Полный вес металла в пролетном строении с учетом расхода стали марки М16С, Ст3 и Ст5 в основном на перила и деформационные швы, а также стального литья в опорных частях и фрикционных болтов в монтажных соединениях составил 1231,7 т или 0,45 т на 1 м² моста.