Опорные части мостов со сквозными фермами

Пролетные строения опираются на опоры моста (устои и быки) при помощи опорных частей. Опорные части должны обеспечить: распределение опорного давления на необходимую площадь опоры моста, возможность свободного поворота опорных узлов (сечений) главных ферм при изгибе пролетного строения, свободу продольных, а иногда и поперечных (в широких мостах) перемещений подвижного конца пролетного строения при деформациях от воздействия временной подвижной нагрузки и колебаний температуры, и передачу на опоры горизонтальных усилий (тормозных сил, давления ветра).

Положение опорных частей фиксирует также расчетную длину пролетного строения.

Конструкция и расположение опорных частей должны соответствовать теоретической схеме опорных закреплений, принятой для пролетных строений.

По характеру работы опорные части разделяются на два основных вида: неподвижные и подвижные.

Конструкция и расположение опорных частей зависят от размеров пролетных строений. Эта зависимость определяется величиной опорных реакций, величиной и направлением перемещений пролетных строений.

Сравнительно узкие пролетные строения железнодорожных мостов снабжаются на одном конце шарнирно неподвижными опорными частями, а на другом — шарнирно подвижными в продольном направлении (рис. 217, а).

При значительной ширине пролетных строений городских мостов (ширина более 15 м) учитываются деформации пролетных строений поперек моста, в связи с чем опорные части устраиваются по одной из схем, приведенных на рис. 217, б и в.

На одной из опор может быть установлена шарнирно неподвижная опорная часть и опорная часть, обладающая подвижностью только в поперечном направлении (рис. 217, б). На другой опоре одна из опорных частей устанавливается продольно подвижного типа, а вторая — обладающая продольной и поперечной подвижностью. В связи со сложностью конструирования опорных частей последнего вида их часто заменяют продольно подвижными опорными частями, устанавливаемыми в диагональном направлении (рис. 217, в).

Такое решение обеспечивает свободные перемещения конца фермы при температурных колебаниях, но затрудняет перемещения, вызываемые неравномерным нагреванием ферм солнечными лучами, а также деформациями ферм под временной нагрузкой.

В неразрезных пролетных строениях при небольшой их ширине опорные части устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить продольные перемещения пролетного строения; при большой ширине пролетных строений опорные части должны обеспечить также и поперечную или диагональную подвижность (рис. 217, г).

Опорные части могут иметь различные конструктивные формы.

Для металлических пролетных строений длиной до 18 м применяют наиболее простые опорные части тангенциального типа (рис. 218). В таких опорных частях нижняя подушка имеет выпуклую цилиндрическую поверхность, на которую опирается плоская верхняя подушка. Верхняя подушка крепится к пролетному строению, а нижняя — к опоре моста.

В шарнирно неподвижной опорной части (рис. 218, а) верхняя подушка закреплена от смещения относительно нижней потайным штырем. Верх штыря обрабатывается таким образом, чтобы не препятствовать свободному повороту верхней подушки.

Подвижная опорная часть тангенциального типа (рис. 218, б) отличается от неподвижной наличием в верхней подушке удлиненного отверстия для штыря. Продольные перемещения происходят за счет скольжения верхней подушйи по цилиндрической поверхности нижней подушки.

Подушки опорных частей тангенциального типа изготавливают из стального литья или из толстого листа.

Соприкасающиеся поверхности верхней и нижней подушек должны быть тщательно обработаны.

Применщше тангенциальных подвижных опорных частей при пролетах более 18 м нецелесообразно вследствие появления значительных дополнительных напряжений в пролетных строениях и опорах, вызываемых трением в опорных частях.

Поэтому при пролетах больше 18 м используются подвижные опорные части секторного или каткового типа.

Опорная часть секторного типа состоит из верхнего балансира (рис. 219, а), цилиндрического шарнира, сектора и опорной плиты, закрепленной на подферменнике анкерными болтами.

Верхний балансир из литой стали марки 25Л снабжен ребрами жесткости и закраинами, препятствующими поперечному сдвигу пояса ферм.

Толщины ребер, верхней плиты и цапф близки между собой, что обеспечивает равномерное остывание частей конструкции после отливки и предупреждает появление усадочных трещин.

Для прикрепления верхнего балансира к опорному листу пояса фермы балансир имеет четыре болтовых отверстия.

Цилиндрический шарнир из кованой стали Ст.5 на концах имеет реборды, препятствующие поперечным смещениям верхнего балансира относительно сектора.

Во избежание перекосов и поперечных смещений сектора по середине его ширины сделан паз глубиной 22 мм, а опорная плита снабжена гребнем, входящим в этот паз. Для предупреждения проскальзывания сектора по плите и угона его при случайных ударах, вызываемых нагрузкой, в опорной плите закреплены зубчатые планки, входящие в пазы на торцах сектора. Форма зуба назначается такой, чтобы он не препятствовал повороту сектора.

Закрепление опорной плиты на подферменной площадке производится анкерными болтами. Если их заблаговременно укрепить в кладке подферменника, то при установке опорных частей практически невозможно добиться точного совпадения отверстий для них в опорной плите, а также совпадения отверстий в опорном листе фермы и в верхнем балансире. Поэтому анкерные болты устанавливаются после того, как опорные части будут правильно ориентированы по отверстиям в верхнем балансире и опорном листе фермы. Для этого в подферменной плите оставляются достаточных размеров гнезда, а опорная плита снабжается отверстиями, пропускающими болты с утолщением на концах. После заполнения гнезд цементным раствором и установки анкерных болтов на них надеваются втулки с ребордами, передающие давление от гаек опорной плите.

Опорная часть прикрывается от загрязнения со всех сторон фартуками, которые крепятся к плите верхнего балансира.

Конструкция рассмотренной опорной части требует высокой точности обработки гнезд для цилиндрического шарнира, где должно быть обеспечено плотное касание по всей поверхности.

Секторные опорные части, требуя значительно меньшей высоты, чем катковые, создают большое сопротивление трения из-за плотного касания в шарнире. Кроме того, перемещение сектора по нижней подушке равно перемещению конца пролетного строения, т. е. в 2 раза больше, чем у катка.

Снижение трудовых затрат и уменьшение трения в шарнире, вызывающего дополнительные напряжения в элементах ферм, сходящихся в опорном узле, достигается устройством тангенциального опирания верхнего балансира на нижнюю часть, имеющую форму сектора, но работающую как валок вследствие обработки его поверхностей катания по одному радиусу (рис. 219, б). Во избежание продольных смещений верхний балансир снабжен закраинами, а для предупреждения поперечных смещений его относительно' валка служит шпонка, поставленная в продольные выточки, сделанные в головке валка и верхнем балансире.

Неподвижная опорная часть (рис. 219, в) обычно проектируется такой же высоты, что и подвижная, чтобы иметь одинаковый уровень опорных площадок подферменников. Опорная часть состоит из верхнего балансира и нижнего стула, также снабженного ребрами и закрепляемого на подферменной плите анкерными болтами.

При больших пролетах в связи с увеличением опорных реакций и величины перемещения подвижных концов пролетных строений размеры секторов получаются значительными и обработка их затрудняется.

Поэтому секторные опорные части применяются в железнодорожных мостах при пролетах до 55 м. При больших пролетах уместен переход к Катковым опорным частям.

Конструкция двухкатковой опорной части, поддерживающей крайние опорные узлы неразрезного пролетного строения L = 2x127 м, под однопутную железную дорогу представлена на рис. 220, а.

Благодаря наличию только двух катков достигнута определенность загружения каждого из них и нижнего балансира. Катки потребовались больших размеров. Для предупреждения угона катков в торцы одного из них врезаны зубчатые планки, входящие в пазы опорной плиты и нижнего балансира, и, кроме того, оба катка соединены парными планками. Для предупреждения поперечных смещений и перекосов катков в них устроены пазы, в которые входят гребни нижнего балансира и опорной плиты.

Точная обработка криволинейной поверхности головки балансира затруднена из-за больших его размеров. Условия обработки можно облегчить, если сделать головку балансира съемной в виде вкладыша, устанавливаемого в специальном гнезде (рис. 220, б). Такая конструкция при использовании для неразрезных пролетных строений может быть дополнена клиновым вкладышем, позволяющим регулировать высотное положение головки балансира.

С увеличением давления на опорные части число катков приходится увеличивать. При этом для достижения наиболее равномерного загру-жения катков рекомендуется число их назначать четным, обеспечивать высокую точность их диаметральных размеров, тщательность обработки и большую жесткость нижнего балансира.

На рис. 220, в представлена концевая опорная часть неразрезного пролетного строения L = 2x220 м, на которую передается опорное давление 1894 т. Для уменьшения размеров нижнего балансира и опорной плиты катки запроектированы срезными. Этим достигнуто также сокращение веса катков.

Длина нижнего балансира задана с учетом горизонтальных перемещений катков и некоторого запаса на неточную их установку.

Кроме того, размещение срезных катков назначается с таким расчетом, чтобы в случае перемещения опорного узла на величину больше расчетной катки легли друг на друга, но не опрокинулись. Для этого необходимо, чтобы геометрические размеры срезных катков и расстояния между их осями удовлетворяли условию:

где d — диаметр катка, см; с — ширина катка (расстояние между его срезными гранями), см; S — расстояние между осями катков, см.

Высота балансира определилась условиями жесткости.

Неподвижная опорная часть этого пролетного строения, расположенная под средним узлом фермы, должна воспринимать давление 5190 т и поэтому получилась очень больших размеров (рис. 221). Для уменьшения расхода металла ребра жесткости стула сделаны со сквозными проемами.

Диаметр катков, а следовательно, и расход металла можно уменьшить, применяя в опорных частях более прочную сталь.

Так, например, в ФРГ для пролетных строений железнодорожных мостов применяются опорные части (рис. 222), катки 1 и плиты 2 которых наплавлены легированной хромом сталью. Толщину наваренного слоя делают не менее 1/20 диаметра катка. Катки и опорные плиты изготовляют из стали с пределом прочности не менее 5000 кГ/см². Наплавку электродами производят в два приема. Сначала наваривают первый связующий слой по зубчатым пазам, простроганным в основном материале на глубину 2 мм, а затем второй слой покрытия.

Наплавленный металл устойчив к действию коррозии и хорошо сопротивляется механическому износу. Допускаемые напряжения смятия по Герцу от основных нагрузок принимают равными 18000 кГ/см², а от основных и дополнительных — 20000 кГ/см².

Такие опорные части изготовляют трех типов с диаметром катка 12,2; 17,8 и 24,4 см. Они рассчитаны для опорных реакций от 300 до 1500 т.

Интересный прием сокращения веса катков применен в отечественной практике для опорных частей под автодорожное пролетное строение с ездой понизу пролетом 83,2 м. Подвижные опорные части — однокатковые с высотой срезанного катка 600 мм при ширине его 250 мм (рис. 223, а). Каток 1 отлит из стали 25Л и имеет в поперечном сечении форму двутавра, усиленного ребрами жесткости. Неподвижная опорная часть (рис. 223, б) имеет такую же высоту, как и подвижная.

Величина перемещений опорных частей со срезанными катками ограничена протяженностью цилиндрической поверхности катков. Поэтому при больших перемещениях опорных частей срезные катки с одиночными зубьями могут не удовлетворить длине перемещения. В этом случае применяют цилиндрические катки, снабженные планками с несколькими зубьями (рис. 224).

Конструкция опорной части, обеспечивающей продольные и поперечные перемещения опорного узла, представлена на рис. 225. Опорная часть состоит из шарового шарнира и двух ярусов катков, расположенных во взаимно перпендикулярных направлениях.

Между катками размещена распределительная плита. Для возможности регулирования высоты опорных частей верхний балансир запроектирован из двух частей, между которыми расположены клинья. Такая конструкция сложна в изготовлении, требует много металла и имеет большую строительную высоту.

Учитывая эти недостатки и малые температурные перемещения пролетного строения поперек моста, взамен опорных частей с двухъярусным расположением катков могут быть использованы комбинированные опорные части (рис. 226, а).

В комбинированных конструкциях стальные подвижные опорные части, имеющие подвижность только в одном направлении, вместе с нижней плитой без крепления устанавливаются на резино-металлические прокладки толщиной 28 мм, которые соответствующим образом укладываются в металлической обойме 4 (рис. 226, б и в). Обойма анкерными болтами крепится к опоре. В качестве резино-металлических прокладок 1 используются резиновые опорные части РОЧ-3 стандартных размеров (250x400x28 мм) в виде резиновых блоков, армированных четырьмя металлическими пластинками толщиной 2 мм (рис. 226, г).

Изготовление резиновых опорных частей РОЧ-З производится согласно Техническим указаниям по применению резиновых опорных частей в мостах (ВСН 86-63). Материал резиновых прослоек — вулканизированная резина на основе наирита — НО-68 или С-412; металлические пластины — сталь марки Ст. 3 по ГОСТ 380—60.

Продольные перемещения в таких опорных частях обеспечиваются металлическими катками, а поперечные — деформациями резинового блока, для чего в обойме с двух сторон оставлены зазоры 8 по 25 мм (рис. 226, в). Комбинированные опорные части имеют меньшую строительную высоту по сравнению с двухъярусными и позволяют снизить расход металла.

По проекту Ленгипротрансмоста в 1967 г. комбинированные опорные части были установлены на одном из широких городских мостов (расстояние между крайними главными балками равно 28 м), где требовалось обеспечить подвижность опорных частей в продольном и поперечном направлениях.

В 1962 г. Гипротрансмост разработал типовой проект унифицированных стальных опорных частей под балочные пролетные строения из железобетона и металла для железнодорожных, автодорожных, городских и пешеходных мостов.

Подвижные опорные части в этом проекте подразделяются на три серии:

• 1) однокатковые с диаметром катка 120 и 200 мм;
• 2) двухкатковые (рис. 227) с диаметром катков 200 мм;
• 3) четырехкатковые (рис. 228 и 229) с диаметром катков 200 и 330 мм.

Унификация опорных частей позволяет организовать их массовый выпуск на специализированном предприятии.

Тангенциальные опорные части этим проектом предусмотрены только в качестве неподвижных опорных частей в комплекте с однокатковы-ми с диаметром катка 120 мм.

В проектах опорных частей предусмотрено использование толстого проката. При его отсутствии опорные части изготавливают с литыми балансирами.

Неподвижная опорная часть (рис. 230), соответствующая подвижной на рис. 229, представлена только верхним и нижним балансирами, отличающимися от балансиров подвижных опорных частей тем, что в нижнем балансире отсутствуют выточки для зубьев. Неподвижные опорные части такой конструкции вследствие меньшей их высоты по сравнению с подвижными ставят на железобетонные постаменты.