Мосты со сквозными арками

С увеличением пролетов мостов использование сплошных арок сопровождается возрастающими трудностями в связи с необходимостью по условиям требуемой жесткости и экономии веса развивать высоту арок до размеров, при которых арки приходится членить на монтажные блоки не только по длине, но и по высоте. Протяженность монтажных стыков при этом резко возрастает. Толстые многолистовые пакеты поясов арок затруднительно не только сваривать, но даже склепывать, так как плотное стягивание таких пакетов нуждается в увеличенном количестве сборочных болтов, а выклепка их — в применении заклепок больших диаметров.

В результате трудоемкость монтажа существенно возрастает. Тяжелые монтажные блоки требуют мощного кранового оборудования.

Следует также отметить, что прочность металла в стенках сплошных арок всегда остается -недоиспользованной и чем выше арка, тем легче она при сквозной конструкции по сравнению со сплошной.

Сквозные фермы имеют два крупнейших в мире арочных моста: Кил-Ван-Кул — пролетом 510,5 м и Сиднейский — пролетом 502,9 м, построенные в 1930 г.

Мост Кил-Ван-Кул предназначен для автомобильного движения при ширине проезда 12 м. По условиям поперечной жесткости и устойчивости моста расстояние между арочными фермами назначено 22,5 м (722,5 пролета), что обеспечивает возможность увеличения в будущем ширины проезда до 20 м. Арки моста двухшарнирные, с шарнирами, помещенными на оси нижнего пояса. Высота арок в замке 11 м, или 746,5 пролета, у пят — 21 м.

Существенным недостатком принятого очертания является весьма неравномерное распределение продольного усилия в арке между поясами, особенно в области пят, где почти все усилие в арке приходится на один нижний пояс, непосредственно опирающийся на опоры. К достоинствам этого очертания по сравнению с серповидным относится упрощение конструкции пятовых участков арки и облегчение сборки арки полунавесным способом, примененным при сооружении моста (рис. 276).

Стрела нижнего пояса арки — 81,0 м, т. е. f/t = 1/6,3. Материал арки — марганцовистая сталь. К числу особенностей пролетного строения относится использование проволочных канатов для подвески к аркам проезжей части на протяжении, где она проходит ниже арок. Каждая подвеска состоит из четырех канатов диаметром по 95 мм.

Основанием для устоев арочного пролетного строения служат порфиры и диабазы, залегающие на малой глубине, вследствие чего устои, несмотря на огромный распор, имеют относительно небольшие размеры (в плане 41,0х33,0 м).

Мост в Сиднее пролетом 502,9 м (рис. 277, а) имеет ширину проезда на мосту 17,4 м. Кроме того, даны два тротуара по 3 м. Расстояние между осями арочных ферм В = 30 м, отношение B/L = 1/16,8.

Очертание арок отличается от предыдущего примера более резкой разницей йежду высотой их в замке (18,3 м) и высотой у пят (57,23 м). При таком очертании верхний пояс арок располагается по всей длине выше проезжей части с учетом обеспечения габарита в плоскости крайних стоек, где устроены порталы. Поэтому описываемое очертание арок принято называть «портальным». Это очертание страдает тем же недостатком, что и в предыдущем примере, но выраженным еще более резко.

Сборка арок производилась навесным способом (рис. 277, б). Стрела нижнего пояса арок — 107 м, ширина каждой арки — 3,35 м, материал арок — кремнемарганцовистая сталь. Устои арочного пролетного строения расположены на массивном песчанике. Длина их 68 м, ширина 49,4 м.

Примером проектировки, подчиненной заботе об удобствах изготовления металлических конструкций на заводе, может служить мост под двухпутную железную дорогу по проекту, разработанному в 1944 г. институтом «Проектстальконструкция» (автор инженер Г. Д. Попов).

Пролетное строение моста (рис. 278) имеет две сквозные арки пролетом 151,3 м.

Стрела арок 33,195 м, что соответствует пологости 74,55. Расстояние между осями арок 9,70 м назначено по условиям габарита приближения строений. Отношение этого расстояния к пролету составляет 1/15,6.

При составлении геометрической схемы пролетного строения, наряду с решением обычных задач проектирования арочных мостов, ставилась задача получения возможно большего числа элементов пролетного строения одинаковыми по длине, ширине, высоте и по рисунку монтажных отверстий в узловых соединениях, чтобы обеспечить эффективное применение кондукторов при изготовлении монтажных элементов.

В отношении элементов арок и связей между ними это достигается тем, что на протяжении средних восьми панелей пояса арок очерчены по концентрическим круговым кривым; решетка арок принята треугольной; поперечные связи между арками поставлены в радиальных плоскостях (на рис. 278 показаны пунктиром); верхний пояс на всем протяжении разбит на прямолинейные элементы длиной по 11000 мм, кроме двух концевых стержней, длины которых равны 3771 мм. Благодаря этому для сверления монтажных отверстий на концах стержней арочных ферм могут быть использованы стационарные кондукторы, изготовленные для балочных форм ПСК, имеющие аналогичные длины и рисунок монтажных отверстий для заклепок. Нижний пояс, за исключением концевых участков длиной по 11082 мм, разбит на элементы, длины которых уменьшены по сравнению с длинами элементов верхнего пояса пропорционально радиусам поясных кривых.

В результате, кроме поясных стержней, получены одинаковыми: раскосы арочных ферм на протяжении средних 10 панелей; элементы продольных и поперечных связей, кроме концевых панелей; углы между стержнями в узлах (до узлов В9 и Н10 включительно); фасонки всех этих узлов можно сверлить по одному кондуктору, исключая отверстия для прикрепления подвесок к узлам нижнего пояса.

Панель проезжей части принята стандартной величины 5,5 м. Таким образом, продольные балки получаются такими же, как для балочных пролетных строений.

Стандартизация длин элементов арочных ферм и проезжей части приводит к необходимости внеузлового прикрепления поперечных балок к продольным прогонам (ветровым поясам), расположенным в плоскости арок, так как при равенстве длин поясных стержней арки расстояния между подвесками получаются неодинаковыми, уменьшающимися к пятам арки.

Внеузловое прикрепление поперечных балок вызывает в продольных прогонах появление моментов от вертикальных нагрузок проезжей части и требует увеличения мощности прогонов, которая используется в монтажный период, позволяя увеличить расстояние между опорами сборочных подмостей.

В связи с расположением езды посередине возникает необходимость разрезки продольных балок и горизонтальной фермы продольных связей проезжей части для предотвращения передачи на них распора арок. Разрезка выполнена в двух сечениях — в четвертой панели от каждого конца пролетного строения.

Горизонтальная поперечная нагрузка с участка продольных связей проезжей части между разрезами передается на концевые участки связей через узлы, показанные на рис. 279.

Крайние узловые фасонки продольных связей проезжей части на участке размещения ее ниже арок снабжены прямоугольными выступами, входящими в пазы, образованные уголковыми коротышами, приклепанными к нижнему поясу поперечной балки.

Между передней кромкой выступа и вертикальной полкой поясного уголка поперечной балки оставлен зазор величиной 40 мм. После замыкания этого зазора в результате податливости подвесок описанный узел связей может передавать продольную горизонтальную нагрузку со средней части пролета.

Разрез прогонов — поясов продольных связей проезжей части, находящихся в плоскостях арок, показан на рис. 280. В поперечном сечении прогон представляет собой двустенчатую балку с расстоянием между стенками, равным ширине поясов арки, которые сквозь него пропущены в местах пересечения. Стенки прогона в этих местах заменены узловыми фасонками. Разрез прогонов с зазором 50 м устроен у места примыкания их к упомянутым фасонкам. Справа от разреза прогон образует консоль, на которую опирается поперечная балка, пятая от конца пролетного строения. Поэтому конец консоли необходимо опереть. Опирание осуществляется при помощи опорных частей тангенциального типа.

Подушки опорных частей приварены к горизонтальным полкам уголков, приклепанных к вертикальным диафрагмам, причем верхняя диафрагма прикреплена на торце консоли, а нижняя к фасонке, слева от разреза.

Конструкция разреза продольных балок не отличается от аналогичной конструкции в балочных мостах.

Поперечная горизонтальная нагрузка со среднего участка продольных связей между арками, изолированного разрывами от крайних участков, передается через порталы, ногами которых служат пояса арок, проверенные на изгиб из их плоскости.

Узлы верхнего и нижнего поясов арки показаны на рис. 281 и 282. Пояс и раскосы арки имеют Н-образное сечение. Толщина пакетов вертикальных листов возле узла В7 составляет 88 мм. В стыках, за счет узловых фасонок и стыковых накладок, толщина пакетов увеличивается до 140 мм и диаметр заклепок принят 26 мм, что составляет 75,4 толщины пакета. Чтобы толщина пакетов в стыках не получалась еще большей, стыки устроены ступенчатыми. Толщина узловых фасонок 12 мм.

К узлу Н6 нижнего пояса примыкает подвеска, также Н-образного сечения.

Примыкание опорного узла арки и крайней стойки к верхнему балансиру опорной части показано на рис. 283. На протяжении крайних панелей, между узлами 0 и В1, арка имеет коробчатое сечение, стенки которого образованы узловыми фасонками, связывающими пояса арки. Для облегчения текущего содержания опорных участков арок внутренние узкие замкнутые полости их заполняются бетоном марки 140 до границы, указанной на рисунке пунктиром.

Крайние стойки пролетного строения опираются на горизонтальные площадки верхних балансиров.

На пролетное строение израсходовано 1769,4 т стали марки Ст.3М.