Тема 7.4. Конструкция пролетных строений со сквозными балочными фермами.

Балочные мосты со сквозными фермами

Для перекрытия пролетов, превышающих 50—60 м, сквозные фермы обычно требуют меньшей затраты металла, чем балки со сплошной стенкой, однако изготовление и сборка сквозных ферм сложнее и дороже, чем сплошных балок, поэтому пролетные строе­ния со сквозными фермами экономически целесообразны для про­летов более 60—80 м, преимущественно в мостах с ездой понизу.

Основные схемы главных ферм. В автодорожных мостах метал-. лические пролетные строения со сквозными фермами в большинст­ве случаев устраивают балочно-разрезной или балочно-неразрезной системы. Реже применяют консольные пролетные строения.

Главные фермы мостов с ездой поверху, как правило, де­лают с параллельными поясами и треугольной решеткой. Фермы с параллельными поясами просты по конструкции, имеют одинаковые длины элементы поясов и решетки, а также однотипные узловые соединения. Высоту Ь, разрезных ферм (рис. 18.12, а) автодорож­ных мостов с ездой поверху принимают в пределах ¹/₈—¹/₁₀, а не­разрезных (рис. 18.12, б) до ¹/₁₂ от пролета l. Лишь при пролетах более 80—100 м в неразрезных пролетных строениях целесообразно увеличивать высоту ферм над промежуточными опорами на 20— 50% по отношению к их высоте в пролетах.

Главные фермы пролетных строений с ездой понизу при пролетах до 80—100 м имеют параллельные пояса (рис. 18.12, в, г). При больших пролетах для экономии металла выгоднее увеличи­вать высоту главных ферм к середине -пролета, придавая верхнему поясу полигональное очертание (рис. 18.12, д). Если при этом рас­положить узлы верхнего пояса по круговой кривой, то его элемен­ты можно сделать равными по длине 5 с одинаковыми углами пе­релома в.узлах, что упрощает изготовление конструкции.

Решетка главных ферм в современных автодорожных мостах обычно треугольная, которая, как правило, экономичнее ранее при­менявшейся раскосной. Треугольная решетка может иметь допол­нительные стойки (см. рис. 18.12, в). Стойки, примыкающие к верх­нему поясу, служат для уменьшения свободной длины его элемен­тов, работающих на сжатие, а примыкающие к нижнему поясу (подвески) уменьшают длину панели проезжей части. Нагрузку на сквозные фермы обычно передают в их узлах. В этом случае все элементы работают на продольные усилия. Тогда для поддержания конструкции проезжей части устраивают поперечные балки, опи­рающиеся в узлах главных ферм (см. рис. 18.12, в, е), и панель про­езжей части с1₀ оказывается равной панели главных ферм. Одна­ко наивыгоднейшая длина панели проезжей части обычно зна­чительно меньше панели главных ферм. Если расположить попереч­ные балки проезжей части с наивыгоднейшим для нее шагом d₀ (см. рис. 18.12, д), то опорные давления поперечных балок, попа­дая в пределы длины панелей главных ферм, вызовут поперечный изгиб пояса. В этом случае необходимо значительное увеличение момента инерции его сечения в вертикальной плоскости и пояс тог­да будет жестким (см. рис. 18.12, г — ж). Фермы с жестким по­ясом дают возможность применять как в главных фермах, так и в проезжей части наивыгоднейшие длины панелей. Наличие жестко­го нижнего пояса облегчает установку пролетного строения про­дольной надвижкой при строительстве моста.

Неразрезные пролетные строения с ездой понизу при пролетах до 100—120 м обычно имеют фермы с параллельными поясами. При больших пролетах высоту ферм над промежуточными опора­ми увеличивают примерно на 20—50%.

Сквозные металлические фермы в недалеком прошлом были це­ликом клепаными. В настоящее время их изготавливают, как пра­вило, из сварных элементов с монтажными стыковыми соединения­ми и прикреплениями на заклепках или высокопрочных болтах. Применение сварки для монтажных соединений в сквозных фермах сильно затруднено из-за сложности прикреплений элементов в узлах и сопряжений, делающей практически невозможной сварку автоматами и обеспечение высокого качества швов.

Конструкция элементов сквозных ферм. В металлических мостах с полностью клепаной конструкцией элементы состоят в основном из листов и уголков. Раньше в мостах применяли пояса коробчатого (рис. 18.13, а) двойного швеллерного (рис. 18.13, б) или Н-образного (рис. 18.13, д) сечения с использованием уголкового металла крупных профилей (рис. 18.13, в). Элементы решетки (раскосы и стойки) клепаных ферм имеют двутавровое (рис. 18.13, в), двух-швеллерное (рис. 18.13, г), Н-образное (рис. 18.13, з) или трубча­тое (рис. 18.13, ж) сечения. Расстояние между ветвями сечений эле­ментов решетки всегда соответствует ширине поясов между их вер­тикальными стенками. Это необходимо для сопряжения поясов и решетки в узлах.

В современных металлических мостах элементы сквозных ферм изготавливают преимущественно сварными. Наиболее распростра­нены элементы коробчатого (рис. 18.13, и, л) и Н-образного (рис. 18.13, к) сечения, сваренные из листовой стали. Элементы Н-образ­ного сечения, простые по конструкции и удобные для изготовления, .широко применяют в мостовых фермах как для поясов, так и для решетки. В последнее время большее распространение получают элементы коробчатого сечения, обладающие большой жесткостью и потому особо целесообразные для сжатых элементов ферм. Изготов­ление коробчатых элементов значительно упростилось с примене­нием двухдуговых автоматов, приспособленных для одновременной сварки двух швов внутри (рис. 18.13, м) или снаружи (рис. 18.13, н) коробчатого сечения. Для возможности осмотра, очистки и окраски внутренних поверхностей коробчатых элементов нижний их лист делают перфорированным, т. е. с овальными отверстиями (см. рис. 18.13, и, л).

Так как усилия в элементах поясов по длине ферм меняются, то в панелях с большими усилиями сечения увеличивают за счет до­бавления листов в вертикальных пакетах при клепаных сечениях и путем утолщения листов в сварных элементах.

Гибкость элементов сквозных ферм, т. е. отношение их свобод­ной длины к радиусу инерции сечения, не должна превышать опре­деленных пределов, установленных нормами. Это необходимо, что­бы элементы фермы не погнулись при перевозке и сборке, а также не вибрировали при проходе по мосту временной нагрузки.

Элементы, состоящие из двух ветвей, не связанных между собой ₍ сплошным листом, должны иметь соединительные элементы для объединения ветвей в один жесткий стержень. Особое значение име­ют соединительные элементы в сжатом стержне, где их применяют в виде решеток (рис. 18.14, а) или планок (рис. 18.14, б). В совре­менных коробчатых сечениях соединительным элементом служит перфорированный лист (рис. 18.14, в), который обеспечивает наи­более жесткое соединение. Соединительные решетки тоже дают хо­рошую связь, и их можно применять в сжатых элементах. Относи­тельно слабое соединение дают планки, поэтому их применяют только в растянутых или слабо работающих сжатых элементах.

Кроме соединительных решеток, планок или перфорированных ли­стов, ветви стержней связывают поперечными диафрагмами (рис. 18.14, г, д), предохраняющими сечение от перекосов.

В стержнях Н-образного сечения не требуется постановка ни соединительных элементов, ни диафрагм.

Узловые соединения сквозных ферм. Элементы фермы, сходящи­еся в узле, соединяют между собой с помощью листов фасонной формы — фасовками. Наиболее характерны для мостовых ферм два вида конструкции узлов: с фасонными накладками и с фасонным и приставкам и. В узловом соединении с фа­сонными накладками (рис. 18.15, 0) элементы, сходящиеся в узле, прикрепляют к фасонному листу, наложенному на элементы пояса. Этот лист используется не только для прикрепления раскосов и стоек, но и для перекрытия стыка элементов пояса. В узловом со­единении с фасонными приставками (рис. 18.15, г) их прикрепляют к непрерывно проходящему поясу. Конструкция узлов мостовых ферм должна отвечать требованиям удобства сборки конструкции. Раскосы и стойки ферм прикрепляют к узлам на месте сборки монтажными соединениями, или же один из элементов соединяют с фасонками на заводе, и тогда этот пояс вместе с фасонками об­разует один монтажный элемент.

Конструкция узла на фасонных накладках нижнего пояса кле­паного пролетного строения приведена на рис. 18.15, а. Элементы фермы имеют клепаные Н-образные сечения. Пояса образованы из уголков крупного сортамента. Все элементы, сходящиеся в узле, прикреплены к фасонкам внахлестку и передают свои усилия через примыкающие к фасонкам полки уголков. Стык элементов по­яса перекрыт фасонными накладками, а также дополнительными вертикальными накладками Я,, Яг и Я₃ установленными с наруж­ной и с внутренней стороны каждой ветви пояса.

В фермах с жестким нижним поясом конструкция этого пояса, аналогична балкам со сплошной стенкой. Его двутавровое сечение обычно сварное. Для уменьшения размеров фасонной приставки раскосы к жесткому поясу прикрепляют, как правило, эксцентрично (рис. 18.15, б). Эксцентриситет прикрепления раскосов учитывают при расчете ферм. Фасонные приставки прикрепляют к поясу свар­ными швами или заклепками (см. рис. 18.15, б). В месте примыка­ния раскосов пояс укрепляют ребрами жесткости.

Связи металлических балочных пролетных строений

Для пространственной неизменяемости балочного металличес­кого пролетного строения достаточно устроить продольные связи поверху и понизу вдоль поясов главных балок (ферм) и по­перечные на обоих торцах пролетного строения (рис. 18.16, а).

В пролетных строениях, имеющих несколько главных балок (ферм), их обычно соединяют продольными связями попарно (рис. 18.16, б), а чтобы улучшить распределение временной нагрузки между главными балками (фермами), устраивают еще промежуточные поперечные связи. Продольные связи можно сделать только в уров­не одного из поясов, но тогда необходимы часто расположенные по­перечные связи, способные закрепить в боковом направлении узлы другого пояса, не имеющие продольных связей (см. рис. 18.16, б). Если пролетное строение имеет железобетонную плиту проезжей части, объединенную с главными балками, то верхних связей мож­но не делать, если только они не требуются при монтаже конструк­ции. В пролетных строениях с ездой понизу верхние продольные связи закрепляют на концах в поперечном направлении порталь­ными рамами, расположенными в плоскостях опорных раскосов (рис. 18.16, в). Иногда применяют и открытые пролетные строения, в которых устойчивость верхнего пояса против бокового выпучива­ния обеспечивается жесткостью элементов решетки главных ферм. Решетку продольных ферм связей делают крестовой (см. рис. 18.16, а), ромбической (см. верхние связи рис. 18.16, в) или полу-раскосной (см. нижние связи рис. 18.16, в) системы. В пролетных строениях с несколькими главными балками применяют также связи с простой раскосной или тре­угольной (см. рис. 18.16, б) ре­шеткой.

Поперечные связи в мостах с ездой поверху чаще все­го делают крестовой, треуголь­ной или раскосной системы.

Элементы связей (рис. 18.16, г, д) образуют из уголков или швеллеров или же делают их двутаврового сечения. Длинные элементы должны иметь доста­точную высоту, чтобы от собственного веса в них не возникало больших напряжений.

В пролетных строениях с главными балками сплошного сечения элементы продольных связей прикрепляют с помощью фасонок к поясам балок или несколько смещают их по отношению к уровню поясов (рис. 18.17). Это позволяет уменьшить размеры фасонок и избежать наложения сварных швов на интенсивно напряженные поясные листы балок. Раскосы связей желательно центрировать на ось пояса, чтобы не возникало дополнительных напряжений от эк­сцентриситета.

В пролетных строениях со сквозными фермами связи распола­гают в уровне оси или горизонтальных полок сечения поясов.

Опорные части металлических балочных пролетных строений -

Опорная часть служит для передачи усилий от металлических пролетных строений и закрепления их на опорах.

Опорные части не должны препятствовать деформациям про­летных строений при действии временной нагрузки и изменениях температуры. Так, в балочном неразрезном пролетном строении одно из опираний должно быть неподвижным (рис. 18.18, б). Соот­ветствующее опирание другой главной балки должно иметь попе­речную подвижность. Все другие опирания первой главной балки фермы) должны иметь продольную подвижность, а второй глав­ной балки — подвижность в двух направлениях.

Опорные части с подвижностью в двух направлениях довольно сложны. Поэтому при ширине пролетного строения не более 15 м когда поперечные перемещения от изменений температуры невели­ки, применяют упрощённую схему опирания, при которой на одной опоре пролетное строение имеет неподвижное опирание обеих главных балок, а на других — продольно подвижное (рис. 18.18, а). В широких мостах, имеющих несколько главных балок (рис. 18.18, в), средние балки одним концом опираются неподвижно, а другим — продольно подвижно. 'Остальные балки для свободной деформации пролетного строения в поперечном направлении долж­ны иметь поперечно подвижные опорные части на одних концах и опорные части с подвижностью в обоих направлениях на других концах.

В балочных пролетных строениях, перекрывающих небольшие пролеты (до 25 м), неподвижные опорные части делают простей­шего тангенциального типа (рис. 18.18, е), аналогично при­меняемым в железобетонных мостах, а подвижные — Катковыми или секторными.

Однокатковые опорные части (рис. 18.18, г) одновременно обеспечивают шарнирность и подвижность опираиия. Они состоят из верхней и нижней подушек, между которыми находится каток Из стального литья или толстой листовой стали. Так как при боль­ших опорных усилиях диаметр катка по расчету получается боль­шим, то для экономии металла его изготавливают срезанным (см. 294

рис. 18.18, г). Чтобы при продольных перемещениях каток не про-, скальзывал между подушками и не мог перекоситься или сместить­ся в поперечном направлении, на торцах катка делают выступы, имеющие форму зубьев и входящие с пазы верхних и нижних по­душек. Эти устройства называют противоугонными (против смещения — угона катка).

При больших опорных усилиях однокатковые опорные части получаются высокими. Меньшую высоту имеют секторные опорные части (рис. 18.18, д). У них вместо катка дан сектор из литой стали, на который шарнирно опирается верхний балансир. По сравнению с Катковыми в секторных опорных частях возникает несколько большая сила трения вследствие 'трения скольжения в шарнире, а также вдвое большие перемещения сектора по нижней подушке.

Опорные части мостов средних и больших пролетов делают балансирными. Верхний и нижний балансиры, шарнирно со­единенные между собой, имеют ребристую конструкцию из сталь­ного литья. Нижний балансир неподвижной опорной части (рис. 18.18, з) устанавливают на подферменную площадку опоры. В по­движной опорной части нижний балансир лежит на стальных ци­линдрических катках, число которых обычно делают четным для более равномерной передачи им опорного усилия. Катки переме­щаются по стальной подушке, уложенной на подферменной пло­щадке.

Чтобы уменьшить размеры катков, нижних балансиров и по­душки, часто применяют срезанные катки (рис. 18.18, з). Для пра­вильного перемещения (без перекосов и поперечных смещений) по­середине катков делают заточку, двигающуюся по продольным гребням, имеющимся у нижнего балансира и нижней подушки. Катки связывают между собой в общую тележку. Крайние катки снабжают противоугонными зубьями или планками, входящими, концами в пазы в боковых поверхностях нижнего балансира и по­душки (см. рис. 18.18, з). Для предохранения от засорения катки закрывают металлическим кожухом с открывающимися створка­ми для осмотра и чистки их.

Неподвижные и подвижные опорные части для одного пролег-ного строения и однотипных смежных пролетных строений обычно делают одинаковой высоты (см. ниже рис. 18.19, а).