Пролетные строения по проектам гипротранса

Конструкции пролетных строений с фермами, имеющими треугольную решетку со стойками и подвесками, предложенные в 90-х годах прошлого века, непрерывно совершенствовались, но при этом свыше 30 лет сохраняли ряд основных особенностей. К числу этих особенностей относились следующие:

• 1. Использование коробчатого П-образного типа сечения поясов, причем для нижнего пояса в виде коробки, открытой сверху (рис. 122).
• 2. Развитие сечений поясов за счет добавления горизонтальных листов.
• 3. Применение узловых фасонок сложного криволинейного очертания, размещаемых в плоскости вертикальных листов элементов (рис. 123). Стыки таких фасонок-вставок с вертикальными листами перекрывались парными накладками.
• 4. Наличие большого объема кузнечных работ по гнутью и высадке листов и уголков в узлах и сопряжениях элементов.

Столь длительное сохранение конструкциями пролетных строений своих основных черт объяснялось тем, что почти неизменными в этот период оставались оборудование заводов и технология заводского изготовления элементов. Тяжелые элементы поясов и раскосов выпускались с заводов отдельными плоскими ветвями, которые на монтаже объединялись пакетом горизонтальных листов.

Неизменным оставался и метод сборки пролетных строений. Они собирались, как правило, на сплошных подмостях с помощью сборочных кранов, имеющих грузоподъемность не более 4 т.

Одновременно со строительством металлических мостов изучался опыт их эксплуатации и производились экспериментальные исследования работы пролетных строений. В результате было установлено, что применяемые конструкции обладают серьезными недостатками.

Открытые сверху коробки нижних поясов задерживают воду и грязь, ускоряющие ржавление металла. Во избежание этого стали делать нижние пояса с продольной сквозной щелью, что обеспечивало водоотвод, но усложняло изготовление конструкции.

В результате сосредоточения металла в горизонтальных пакетах поясных элементов ферм при изменении площади сечения происходит изменение положения его центра тяжести. Это вызывает появление в узлах изгибающих моментов (см. рис. 123) или усложняет центрирование элементов в узлах.

К недостаткам относится и непрямая передача усилий в узлах. Изменение силовых потоков в узле происходит под влиянием усилий, поступающих от раскосов, которые расположены в вертикальной плоскости, а основной металл поясов находится в горизонтальной плоскости. Переход силового потока в плоскость горизонтальных листов приводит к перенапряжениям вертикальных листов и поясных уголков.

Более совершенные типовые проекты пролетных строений под железную дорогу были разработаны Гипротрансом НКПС в 1931—1934 гг. для пролетов от 33,6 до 158,4 м (рис. 124).

Основные размеры ферм выбирались из условия наименьшей затраты металла для каждого отдельного пролета. При пролетах более 80 м оказалось выгодным применить полигональное очертание верхних поясов ферм. При пролетах более 90 м фермы имели шпренгельную решетку для сокращения длины панелей.

Повышение производительности заводов при изготовлении этих пролетных строений по сравнению со старыми типами достигло 60—80%.

При расчетном пролете 66 м главные фермы приняты с треугольной решеткой и дополнительными подвесками и стойками (рис. 125). Пролетное строение снабжено горизонтальными продольными связями крестовой системы в плоскости верхних и нижних поясов, портальными рамами в плоскости крайних раскосов и промежуточными поперечными связями в местах расположения стоек.

Сечения всех элементов ферм представлены в табл. 2.

В качестве связей между ветвями у наиболее интенсивно работающих на сжатие элементов верхних поясов и опорных раскосов служат верхние сплошные горизонтальные листы, а в уровне нижних поясных уголков — крестовая соединительная решетка из полос и уголков, являющаяся одной из наиболее жестких систем сквозных решеток (рис. 126, а).

Ветви остальных раскосов связаны в обеих плоскостях поясных уголков треугольной решеткой из узких полос (рис. 126, б). Ветви нижних поясов поверху и понизу объединены соединительными планками (рис. 126, в), образующими совместно с ветвями как бы безраскосные фермы.

Во избежание перекосов ветвей или их относительных смещений элементы снабжены диафрагмами (рис. 126, г). Диафрагмы ставились в узлах и в нескольких промежуточных сечениях пояса. В раскосах диафрагмы размещались только вблизи концов.

На рис. 127 представлен узел Н2. Для сокращения размеров фасонок раскосы протянуты возможно ближе к центру узла. Наружные вертикальные листы элементов Н2—Н3 заходят за центр узла и доводятся до края фасонки во избежание установки прокладок. Узловые фасонки прикреплены на заводе к этому же элементу пояса, а стык поясных элементов вынесен из пределов узла в более слабую панель H1—Н2, где его конструкция получается проще. В стыке вертикальные листы перекрыты парными накладками; между поясными уголками поставлены прокладки. Наличие црокладок увеличивает запас прочности в стыке. Горизонтальные полки поясных уголков перекрываются одиночными накладками шириной, равной ширине пояса.

Такая конструкция стыка обеспечивает непосредственное перекрытие всех элементов сечения и позволяет свести к минимуму число монтажных заклепок в вертикальных пакетах вследствие их работы на двойной срез.

Во избежание изгиба узловых фасонок, вызываемого эксцентричным прикреплением к ним ветвей элементов (рис. 128, а), и для равномерного распределения усилий между ветвями на концевых участках элементов поясов и раскосов поставлены планки. Планки рекомендуется ставить возможно ближе к узлу (рис. 128, б), но при этом не создавать затруднения в выклепке заклепок, прикрепляющих элементы к фасонкам.

В узле В1 (рис. 129) вертикальные листы опорного раскоса и пояса примыкают к фасонной вставке 4, расположенной в плоскости этих листов. Для перекрытия стыка служат изнутри узловые фасонки 5, снаружи — накладки 1 я 2 между поясными уголками. Фасонные вставки и узловые фасонки прикреплены на заводе к опорному раскосу.

Усилия с горизонтальных листов опорного раскоса и пояса передаются на узловые фасонки. Передача усилий происходит через поясные уголки, протянутые до встречи друг с другом и через дополнительные уголковые коротыши, поставленные внутри коробки.

Изогнутая накладка, перекрывающая стык горизонтальных листов, не может воспринимать сжимающих усилий, она лишь препятствует затеканию воды внутрь узла. В узле требовались прокладки 3, в связи с тем что толщина вертикальных листов поясного элемента В1—В3 меньше, чем у опорного раскоса Н0—В1 и наиболее мощного элемента пояса В3—В4 (см. табл. 1), по которому и определилось расстояние между всеми узловыми фасонками верхнего пояса.

В узле В2 (рис. 130) к поясу примыкает стойка, являющаяся нулевым элементом, но она прикреплена к узловым фасонкам с помощью 20 заклепок. Такое решение объясняется положенным в основу принципом расчета прикрепления не по усилию, а по рабочей площади. В современных конструкциях прикрепление стойки к поясу обычно проверяют на нагрузку от сборочного крана, перемещающегося по верхним поясам при навесном методе сборки.

В опорном узле НО (рис. 131) горизонтальный лист 4 опорного раскоса заведен между фасонками; для этого ширина его от места примыкания к фасонкам и до конца уменьшена. Лист прикреплен к фасон-кам 2 при помощи четырех коротких уголков 3, поставленных попарно сверху и снизу горизонтального листа. Между фасонками в плоскости поперечной балки поставлена диафрагма 6 из вертикального листа и четырех уголков. Диафрагма обеспечивает устойчивость узловых фасонок 1 и 2, воспринимающих опорную реакцию фермы. Двойные фасонки потребовались из расчета их на смятие по опорному листу 5. Конструкции рассмотренных узлов ферм проектировались с таким расчетом, чтобы установка каждого элемента на место, выполняемая в определенной последовательности, могла производиться посредством вертикального опускания, что наиболее удобно при сборке.

В конструкции балочной клетки проезжей части отразилось стремление проектировщиков к удобству заводского изготовления и монтажа при удовлетворении основных требований эксплуатации.

Продольные 1 и поперечные 2 балки приняты одинаковой высоты, что удобно для завода-изготовителя (рис. 132). Сечение продольных балок подобрано без горизонтальных листов, при этом уменьшается объем клепки на заводе и упрощается прирубка мостовых брусьев, так как в них не требуются поперечные канавки для заклепочных головок. Однако из-за отсутствия горизонтального листа в верхнем поясе появляется опасность отгиба уголков в местах опирания мостовых брусьев (рис. 133) и появления в уголках трещин, а также развития ржавчины вследствие попадания воды между обушками уголков и вертикальным листом.

Продольные балки объединены продольными связями в уровне верхних поясов и поперечными связями, поставленными по середине панели (рис. 134). Такое расположение продольных связей сокращает свободную длину верхних сжатых поясов и улучшает условия восприятия балками поперечных горизонтальных сил (давление ветра и удары колес поезда).

Чтобы мостовые брусья при изгибе не надавливали на . элементы продольных связей, уровень расположения связей понижен устройством прокладок между фасонками связей и горизонтальными полками поясных уголков.

При одинаковой высоте балок наиболее просто осуществляется прикрепление продольных балок к поперечным.

При этом следует иметь в виду, что в месте прикрепления передается опорная реакция продольной балки и возникает опорный момент, обусловленный сопротивлением опорного сечения продольной балки. Это сопротивление слагается из сопротивления изгибу продольной балки, расположенной в соседней панели (рис. 135), и из сопротивления скручиванию поперечной балки.

Продольные балки прикреплены к поперечным с помощью парных вертикальных уголков и двух горизонтальных накладок — «рыбок», соединяющих поверху и понизу концы прикрепляемых продольных балок. Уголки прикрепления воспринимают опорные реакции продольных балок, а «рыбки» — опорный момент. Между уголками прикрепления и вертикальной стенкой поперечной балки поставлены прокладки, прикрепленные на заводе к поперечной балке. В стенках продольных балок сверху и снизу пришлось сделать вырезы для пропуска поясов поперечной балки (см. рис. 132).

Поперечная балка 4 имеет пояса из уголков и горизонтальных листов. Ее прикрепление к ферме (рис. 136) запроектировано так, что при монтаже она может ставиться на место вертикальным опусканием. Уголки прикрепления 2 балки непосредственно примыкают к узловым фасонкам 5 фермы и через прокладку 1 — к подвеске.

В связи с тем что опорное сечение поперечной балки при изгибе не может свободно поворачиваться, так как этому сопротивляются изгибаемая подвеска и скручиваемый нижний пояс фермы (рис. 137), здесь также возникает опорный момент. Верхние монтажные заклепки прикрепления работают при этом в трудных условиях — не только на срез, но и на отрыв головок. Для уменьшения отрывающего усилия высота поперечной балки развита добавлением углового фасонного листа 3, а потребное по расчету на срез число заклепок увеличено на 20%.

При таком решении оказываются работающими на отрыв головок заводские заклепки, поставленные в горизонтальных полках уголков, прикрепляющих угловой фасонный лист 3 к поясу балки (см. рис. 136).

Вследствие податливости этого соединения необходимо, чтобы площадь поперечного сечения уголков прикрепления 2 была достаточной для восприятия той части реакции, которая передается ферме через монтажные заклепки, расположенные на уголках, выше верхнего пояса поперечной балки.

Опыт эксплуатации подтвердил достаточную прочность и выносливость такого прикрепления поперечной балки.

Хорошим соответствием условиям работы отличаются конструкции и узлы прикрепления продольных и поперечных связей пролетного строения.

Диагонали и распорки верхних продольных связей крестовой системы выполнены из четырех уголков с высотой, равной высоте пояса (рис. 138, а). Уголки склепаны попарно и связаны планками и соединительной решеткой также из уголков. Учитывая работу диагоналей на сжатие под влиянием деформации поясов и их большую свободную длину в вертикальной плоскости, такое решение было вполне оправдано.

Для сокращения усилий в диагоналях их приклепку рекомендовалось производить после установки пролетных строений на опорные части; в этом случае на усилия в диагоналях не влияли деформации поясов, вызываемые собственным весом пролетного строения.

Развитые в высоту элементы продольных связей наилучшим образом закрепляют пояса, обеспечивая их устойчивость и противодействуя скручиванию поясов главных ферм. Диагонали продольных связей центрировались на ось пояса, что хорошо соответствует расчетной схеме, но приводит к большим размерам фасонок. Пересечение диагоналей показано на рис. 138, б.

К узлу В1 (рис. 139) примыкает распорка продольных связей, расположенная в плоскости поясов, и распорка портальной рамы, лежащая в плоскости опорных раскосов. Обе они объединены поперечными диафрагмами в трубчатую распорку, которая прикреплена к узлу с помощью гнутых фасонок, приклепанных к горизонтальным полкам поясных уголков опорного раскоса и пояса.

Тормозные рамы сформированы в каждой панели посредством приклепки диагоналей продольных связей к нижним поясам продольных балок и установки в этих местах распорок.

Как показал опыт эксплуатации, такое решение приводит к перенапряжениям продольных балок и связано с расстройством заклепок, прикрепляющих диагонали к продольным балкам.

Типовые металлические пролетные строения до начала Великой Отечественной войны изготовлялись только по этим проектам.