Технология изготовления металлических пролетных строений на заводах в начале тридцатых годов слагалась из следующих операций: правки металла на вальцах, нанесения на него контуров элемента и центров заклепочных отверстий, обрезки листов и уголков, строжки кромок и пробивки или сверления заклепочных отверстий, повторной правки листов и уголков, деформированных при резке или пробивке отверстий и, наконец, сборки конструкции.
Центры заклепочных отверстий наносились непосредственно разметкой или при помощи шаблонов наметкой.
При пробивке отверстий металл вблизи отверстий меняет свою структуру, поэтому диаметр пробиваемого отверстия принимался на 4 мм меньше требуемого, чтобы последующей рассверловкой удалить слой металла с нарушенной структурой. При этой рассверловке диаметр отверстия не доводился до проектного, так как при сборке не гарантировалось абсолютное совпадение отверстий в соединяемых частях (образовывалась так называемая чернота).
Чтобы обеспечить точное совпадение заклепочных отверстий в частях составных сечений и в особенности в монтажных стыках и прикреплениях, на заводе осуществлялась общая сборка пролетных строений.
Сборка производилась на стеллажах в горизонтальном положении в виде плоских систем-ферм («фасадов»), продольных связей и поперечных связей («поперечных разрезов»), причем элементы, входящие в состав различных систем, пригонялись к каждой из них в отдельности.
На сборку ветви элементов, а иногда и составляющие их части (листы и уголки) подавались порознь; с помощью диафрагм и соединительной решетки или соединительных листов формировались коробки поясов и элементы решетки ферм. В процессе сборки заклепочные отверстия рассверливались на полный диаметр и производилась вы-клепка заводских заклепок. Такая технология гарантировала точное совпадение монтажных отверстий, но требовала больших площадей на заводе для сборки и была весьма трудоемка.
Снижения трудоемкости удалось достичь, во-первых, за счет предварительного оформления элементов в коробки с выклепкой у них всех соединительных заклепок и, во-вторых, за счет сверления монтажных отверстий с помощью специальных шаблонов-кондукторов. Кондукторы использовались как накладные, так и стационарные. Накладные кондукторы (рис. 140) удобно использовать для сверления монтажных отверстий в узловых фасонках.
Полностью собранный элемент устанавливается в кондуктор на подкладки, его упирают одним торцом в неподвижный упор и после проверки правильности положения продольной оси элемента закрепляют в кондукторе винтовыми прижимами. Сверление отверстий производится сверлильными машинами, снабженными хвостовиками, которые вставляются в специальные передвижные упоры, обеспечивающие закрепление машины в горизонтальном положении.
Такой кондуктор гарантирует точное изготовление монтажных отверстий только в вертикальных пакетах элемента, поэтому в нем удобно обрабатывать элементы, имеющие Н-образную или двутавровую форму сечения, при условии, что в горизонтальном листе или стенке двутавра монтажные отверстия отсутствуют и непосредственное перекрытие стыка этих частей накладками на монтаже не предусматривается. Элементы после образования в них монтажных отверстий направляются на монтаж без общей сборки.
Изготовление кондукторов сопряжено со значительными затратами, а стационарные кондукторы требуют и больших площадей. Поэтому эффективность кондукторного метода изготовления монтажных отверстий будет тем больше, чем меньше разнотипных элементов в пролетном строении. Подчинение рисунка расположения заклепок определенному закону также важно для сокращения количества кондукторов.
Типовые проекты металлических пролетных строений железнодорожных мостов, применявшиеся до Великой Отечественной войны, оказались малоподходящими для изготовления при помощи кондукторов. Геометрические размеры элементов каждого пролетного строения были индивидуальны и не связаны с размерами элементов другого пролета, поэтому для каждого пролетного строения потребовались бы свои кондукторы. Кондукторы одного пролетного строения не могли быть использованы для другого. Изготовление большого числа кондукторов обошлось бы очень дорого. Для размещения их потребовалось бы построить и оснастить оборудованием новые цехи, которые использовались бы неэффективно, так как некоторые пролетные строения применяются сравнительно редко.
Коробчатая форма сечений элементов верхних поясов с горизонтальными листами и уголками, расположенными снаружи, требовала сложной конструкции кондукторов, а выклепка заклепок в соединительной решетке нижних поясов и раскосов не могла осуществляться на скобе, Рисунок заклепок в узлах был различен, что также не соответствовало требованиям новой технологии.
Таким образом создались предпосылки для разработки новых типовых проектов, приспособленных к новой технологии заводского изготовления.
К концу войны огромное число пролетных строений было уничтожено. Для обеспечения бесперебойной эксплуатации железных дорог нужно было в очень короткий срок изготовить и установить большое количество металлических пролетных строений. Поставка необходимого металла обеспечивалась металлургическими заводами, но выпуск пролетных строений задерживался из-за недостаточной производительности заводов металлоконструкций.
В 1944 г. Проектстальконструкцией (ПСК) были предложены проекты пролетных строений железнодорожных мостов, при разработке которых решение всех вопросов (генеральных схем, типа решеток, формы сечения элементов, конструкции узлов и стыков) было подчинено главной идее — упростить изготовление и предоставить возможность наиболее эффективного использования технологических приемов, повышающих производительность труда.
Для изготовления элементов решетки ферм всех пролетных строений требуется очень мало стационарных кондукторов, так как длины раскосов и стоек у каждой серии пролетных строений одинаковы.
Стыки поясов ферм расположены в центре узлов, в связи с чем длины поясных элементов одинаковы у всех пролетных строений.
Типы сечений элементов ферм , и их состав для всех пролетов представлены в табл. 3.
В результате проведенной стандартизации длин и сечений элементов резко уменьшилось количество разнотипных элементов, из которых формируются обе серии пролетных строений. Оказалось возможным одни и те же элементы использовать для разных пролетов (см. рис. 142).
Узловые фасонки отличаются размерами, но при наложении их друг на друга все дыры совпадают. Накладной кондуктор, изготовленный для самой большой фасонки, используется и для всех остальных. Лишние дыры при сверлении пропускаются. В итоге сокращается количество необходимых накладных кондукторов.
С целью проверки кондукторов на заводе предусматривалась контрольная сборка лишь каждого пятого пролетного строения.
Отказ от перекрытия стыка горизонтального листа накладками вызван стремлением упростить заводское изготовление элементов, так как для сверления монтажных отверстий в горизонтальном листе потребовалось бы значительное усложнение стационарного кондуктора.
Непрямое перекрытие стыкуемых в узле элементов вызывает местные перенапряжения в отдельных частях соединения. Исследования, выполненные ЦНИИ МПС на эксплуатируемых мостах, показали, что максимальные фибровые напряжения в сечениях в 1,5—2 раза превышают осевые. Повышение напряжений наблюдается в вертикальных пакетах и горизонтальных соединительных листах вблизи стыка. В горизонтальных листах обнаружены значительные поперечные напряжения, обратные по знаку осевым (сжимающие при растянутых поясах). Такое явление не наблюдалось в конструкциях с прямым перекрытием стыков. Для уменьшения концентрации напряжений обрывы горизонтальных листов у стыка сделаны с выкружками. Однако эта мера не достигла цели и в дальнейшем от нее отказались.
При очень высоких местных напряжениях, когда фибровые напряжения превышают предел текучести, возникает опасность наклепа металла и снижения грузоподъемности конструкции. Если фибровые напряжения и не достигают предела текучести, то их концентрация понижает вибрационную прочность пролетного строения. Поэтому следует стремиться к обеспечению более равномерной работы частей в стыках.
Н-образная форма сечений поясов определила положение фасонок продольных связей, которые помещены в уровне горизонтального листа поясов.
Для сокращения размеров фасонки диагонали связей центрированы на риску заклепок в горизонтальной полке поясных уголков.
Уголки прикрепления фасонок связей работают на отрыв головок и размалковывание, что может вызвать ослабление работы связей и уменьшение жесткости пролетного строения в горизонтальной плоскости.
Конструкция опорного узла Н0 ясна из чертежа (рис. 147). Предусмотрена необходимость приторцовки узловых фасонок к опорному листу.
Главные фермы пролетных строений первой серии объединены верхними и нижними продольными связями крестовой системы и поперечными связями, расположенными в плоскости всех подвесок. Конструкция всех поперечных связей одинакова (рис. 148).
Прикрепление продольных балок к поперечным сделано проще, чем в типовых пролетных строениях 1931—1934 гг. Уголки прикрепления поставлены без прокладок в пределах свободной стенки вертикального листа поперечной балки. Вертикальный лист продольной балки косо обрезан вверху и внизу для пропуска поясов поперечной балки. Нижняя «рыбка» выполнена из парных уголков, что лучше отвечает условиям работы на сжатие, а при навесной сборке позволяет непосредственно опереть на нее конец продольной балки. Однако «рыбки», выполненные из уголков, вызвали неудобства при продольной надвижке пролетных строений, которая осуществляется с устройством верхних накаточных путей под продольными балками.
Отказ от прокладок под уголками прикрепления, помимо упрощения всей конструкции, улучшает условия сборки балок. При наличии прокладок длина продольной балки зависит от допусков в толще проката трех элементов: двух прокладок и вертикального листа, что при кондукторном изготовлении балок приводит к затруднениям в процессе монтажа.
Продольные балки соединены в плоскости верхних поясов продольными связями треугольной системы, а в середине пролета — поперечными полураскосными связями (рис. 150).
Сокращение свободной длины диагоналей нижних продольных связей главных ферм в вертикальной плоскости и возможность продольных перемещений балок относительно диагоналей при деформациях поясов обеспечиваются прикреплением диагоналей к вертикальной фасонке поперечных связей балок.
Тормозные связи поставлены у средней поперечной балки (рис. 151, а). Горизонтальная фасонка 1 в узле пересечения диагоналей продольных связей ферм принята увеличенных размеров; к ней приклепаны элементы тормозных связей 2, передающие тормозные усилия с продольных балок на диагонали продольных связей главных ферм (рис. 151,6). Нижние «рыбки» 3 здесь выполнены из листов, и они одновременно служат фасонками для прикрепления тормозных связей.
В пролетных строениях второй серии сложная статически неопределимая решетка ферм применена с целью сокращения свободной длины элементов Н-образного сечения, отличающегося повышенной гибкостью относительно горизонтальной оси. Следовательно, выбор системы решетки ферм оказался подчиненным типу сечений ее элементов.
Фермы объединены верхними и нижними продольными связями крестовой системы и поперечными крестовыми связями, расположенными в плоскостях всех стоек (рис. 154).
Производительность заводов при изготовлении пролетных строений ПСК оказалась почти в 2 раза выше, чем при изготовлении типовых пролетных строений 1931—1934 гг. В результате этого на протяжении более чем 10 лет после окончания войны на железных дорогах применялись почти исключительно пролетные строения ПСК. Однако они не утверждались МПС в качестве типовых. Причина — в пониженных эксплуатационных качествах этих пролетных строений по сравнению с типовыми 1931—1934 гг.
Недостатки клепаных пролетных строений ПСК:
- 1. Подверженность корытообразных поясов засорению и опасность быстрого их ржавления.
- 2. Наличие в узлах непрокрашиваемых щелей и зазоров, в которых также возможно развитие ржавчины.
- 3. Снижение вибрационной прочности стыков поясных элементов, обусловленное непрямым их перекрытием и наличием высоких фибровых напряжений.
- 4. Уменьшение горизонтальной жесткости пролетных строений.
- 5. Усложнение надзора за пролетными строениями вследствие увеличения количества узловых сопряжений и применения соединений, работающих на отрыв головок заклепок.
- 6. Мелкоблочность и большой объем монтажной клепки при большой толщине склепываемых пакетов.
- 7. Несоответствие расчетных пролетов у ряда пролетных строений типовым размерам, принятым при старых проектировках, что затрудняло использование пролетных строений ПСК при замене старых пролетных строений и при строительстве вторых путей.
- 8. Увеличение расхода металла для большинства пролетов.