Важное профессиональное примечание и примечание по безопасности: Это архивная профессиональная оценка, а не проект, статический расчет, оценка существующего моста или инструкции по строительству, проверке или восстановлению. Исходные деления, пролеты, соотношения, напряжения, материалы, детали соединений и конструктивные решения перенесены без профессиональной проверки и не должны использоваться в качестве современной спецификации. Проектирование и работы на мостах требуют авторизованных проектировщиков и подрядчиков, действующих правил и стандартов, геотехнических и гидрологических данных, расчета постоянных и переменных воздействий, усталости, ветра, температуры, сейсмичности, устойчивости, фундаментов, условий сборки и прочности, а также испытаний материалов, коррозии, соединений и фактического состояния конструкции. Доступ к конструкции, работа на высоте, движение транспорта, подъем, сварка, резка и сборка несут смертельный риск и требуют специального плана защиты.
Проектирование, строительство и реконструкция стальных мостов не являются частью нового публичного предложения Саво Кусича. В настоящее время основное внимание уделяется деревянным окнам, деревянно-алюминиевым окнам, окнам по индивидуальному заказу и дверям. Для проекта окна или двери вы можете отправить запрос цен.
Арочные мосты
Существуют настоящие арочные мосты с жесткими арками, которые могут выдерживать любые виды ударов, и арочные мосты, состоящие из стержней, где жесткая система достигается за счет наличия балки жесткости. Подкрепленная арка (балка Лангера) рассчитывается в предположении шарнирных соединений, поэтому арка нагружается только нормальными силами. Изгибающие моменты принимает на себя балка жесткости, которая также выполняет роль натяжения, если арка расположена над балкой.
Арки и балки Лангера более экономичны, чем балочные мосты для больших пролетов, поскольку равномерно распределенную полную нагрузку воспринимает только несущая линия арки. За исключением дополнительных сил, моменты возникают только от частичной нагрузки, и в арках они значительно меньше, чем в балках.
Рис. 1 — Сетевые порты
Рис. 2 — Жестяные порты
а) Арочные конструкции. Зажимные гавани строят редко из-за трудностей с зажимом опор. Наиболее распространены порты на двух суставах. Порты с тремя шарнирами имеют то преимущество, что перемещение опор и изменение температуры не вызывают в них сил. Они особенно применимы при низком соотношении f/l и в случае ненадежного грунта. Жесткие порты выполняются в виде сеток (рис. 1) или металлических опор (рис. 2). Арочная конструкция расположена над и под проезжей частью, затонувшая проезжая часть исключена из эстетических соображений. Порты над проезжей частью получают распорки, чтобы воспринимать тягу порта. Если арка жестко связана с балками соседних проемов (рис. 1 в и е), то на статические размеры можно влиять в широких пределах.
б) Балки Лангера имеют относительно прочные арки, так как длина изгиба равна расстоянию между узлами верхнего соединения. Решения с аркой под покрытием (рис. 3d) на мостах применяются редко. Балка для ребер жесткости может быть листовой металл или решетка. При использовании обоих решений этот луч может непрерывно распространяться на соседние поля, так что создаются непрерывные системы или системы Гербера (рис. 3b). На рис. 4 показано поперечное сечение моста с одной средней балкой. Несущая конструкция состоит из стержневой арки, жестких подвесок и закрытого полого короба в качестве балки жесткости, воспринимающей крутящие и изгибающие моменты.
Рис. 3 — Балки Лангера
Рис. 4 — Разрез моста с одной промежуточной главной балкой
в) Каркасные перемычки. При необходимости обеспечения свободной высоты профиля по всей ширине проема рамы применяют на двух-трех стыках с меньшей высотой опоры, чем у простых балок за счет действия рамы (рис. 5).
д) Расчет. Арки обычно рассчитывают исходя из того, что их ось не деформируется. Однако упругие деформации могут быть значительными. В решениях с подвешенным напряжением статические значения не сильно изменяются из-за деформации, в то время как деформация прямых арок и балок Лангера может оказать существенное влияние на статические значения.
Рис. 5 — Рамные мосты
Подвесные мосты
Решётчатые подвесные мосты, которые сами по себе жёсткие, строились очень редко. Современные подвесные мосты имеют балку жесткости, которая ограничивает и выравнивает изгиб от сосредоточенных сил. Висячие мосты с большими пролетами — это мост Золотые Ворота возле Сан-Франциско (рис. 6a) с пролетом 1280m и Вашингтонский мост возле Нью-Йорка (рис. 6b) с пролетом 1067m.
Балки жесткости — листовые или решетчатые, постоянной высоты или с небольшим увеличением высоты над средними опорами. Отношение стрелы к пролету чаще всего выбирается в соотношении от 1/9 до 1/11. Различные аварии показали, что на малых высотах жесткость может быть слишком низкой, особенно при малом собственном весе и малой ширине моста.
Рис. 6 — Американские подвесные мосты: а) Мост Золотые Ворота в Сан-Франциско (1937), б) Вашингтонский мост в Нью-Йорке (1931), в) Мост Флорианополис в Бразилиа (1926)
Звездочка
a) Шарнирные цепи из звеньев с расширенными концами, лежащими свободно параллельно друг другу и обращенными друг к другу в местах соединения с перекрытием звеньев соседних полей, выполняются двумя способами - с прибитым усилением из ламелей на концах или с расширенными концами, полученными ковкой (рис. 7). Цепь моста через Рейн построена из никелевой стали с пределом прочности от 5,5 до 6,5 т/см2. В небольших американских подвесных мостах цепь изготавливается из обычной литой стали, а в некоторых случаях также из легированной или закаленной стали.
Рис. 7 — Цепь мостов Флорианополиса
b) Спиральные канатные тросы. Закрытые веревки изготовлены из яркой проволоки. Внутренние слои провода защищены покрытием из свинцового сурика, а наружные поверхности отдельных проводов покрыты защитным слоем.
Спиральные круглые тросы в американских мостах состоят в основном из проволок, оцинкованных горячим способом и частично обернутых аналогичным образом.
Холоднотянутые мостовые провода имеют прочность на разрыв от 12 до 20 т/см2. Усталостная прочность может быть значительно снижена, если внешняя поверхность холоднотянутой проволоки находится в плохом состоянии.
Удлинение спирального каната зависит от материала проволок, а также от метода изготовления каната. Упругое расширение в области нормальных допустимых напряжений составляет от 0,003 до 0,004. Поскольку веревки постоянно пластически растягиваются на 0,001 во время первой нагрузки, иногда перед использованием веревки предварительно нагружаются с наибольшей силой и таким образом растягиваются. Польза от такого растяжения ограничена, поскольку значительная часть «постоянного растяжения» теряется после ослабления веревки во время дальнейшей установки.
Исторические единицы, названия сталей, защитные покрытия, прочность, расширение и методы изготовления или заливки кабельных головок не являются современными спецификациями. Состояние существующих цепей, канатов, якорей, кабельных наконечников и защитных покрытий определяется документацией, осмотром и испытаниями; невозможно вывести из этого общего текста.
Привязка
Цепи голеностопных суставов закрепляются с помощью дюбелей в опорах, забетонированных в фундамент для крепления.
Спиральные канаты имеют на концах соответствующие головки (рис. 8). в котором провода распутываются в форме метлы, а после очистки заполняются белым металлом. Искусно отлитые головки имеют такую же прочность, как и веревка.
Рис. 8 — Кабельные головки: а) простая головка, б) американская головка, в) Рейнская мостовая головка
Подвеска и кабельные стяжки
Подвески изготавливаются из круглой стали, в основном из труб или тросов (рис. 9 и 11). В случае закрытых канатов канаты закрываются кабельными стяжками (рис. 10). В случае отдельных пучков тросов подвески устроены таким образом, что при необходимости отдельные тросы можно заменить новыми. Подвесы для веревок связываются с помощью тросовых головок, а небольшие различия в длине компенсируются прокладками.
Рис. 9 — Подвеска старого моста через Рейн
Рис. 10 — Вантовые связи моста через Рейн: а) новый мост, б) старый мост
Рис. 11 — Кабельная стяжка и подвесные тросы
Башни (пилоны)
Башни подвесных мостов внизу шарнирно закреплены или могут быть зажаты, что чаще всего встречается в Америке. Цепь прочно прикреплена к башням. Подвижная опора необходима только тогда, когда на башни нельзя возложить горизонтальные силы, которые возникнут при использовании стационарных опор.
Для больших подвесных мостов предпочтительны более низкие клиновые башни. В этом случае сначала можно монтировать башни, затем цепочки и подвески и, наконец, балки жесткости. В самоанкерующихся подвесных мостах требуются обширные леса, поскольку статическая система начинает действовать только тогда, когда балка жесткости закрыта.
Дорожные опоры и дорожное полотно
С учетом дорожного движения и технического обслуживания следует постараться, чтобы покрытие на мосту по возможности не отличалось от покрытия на соединительных участках автомобильной или железной дороги. Поскольку само покрытие не обладает достаточной жесткостью, оно должно опираться на систему поверхностей в вертикальном направлении, а также на систему, обеспечивающую горизонтальную боковую поддержку. Так называемая путевая доска опирается на путевые опоры, которые в основном состоят из продольных и поперечных опор.
Поперечные опоры
Поперечные балки передают движущиеся нагрузки на основные балки. Они также являются важной частью муфт. Поперечные балки лежат непосредственно на главных балках, а в случае наклонных мостов их пролет равен шагу главных балок. Поперечные опоры обычно изготавливаются из листового металла, при небольшой длине и обычные катаные опоры. Полезно, чтобы их высота находилась в диапазоне от 1/6 до 1/8, хотя в случае больших мостов и небольшого расстояния между поперечными опорами (особенно в случае тротуарной плитки) эта высота может быть даже в диапазоне 1/20.
Как правило, поперечные балки рассматривают как простые балки, которые жестко соединяются с основными балками, так что в сечении моста образуются открытые или закрытые рамы. Из-за этого возникают моменты защемления, которые особенно следует учитывать при соединениях.
Рис. 12 — Соединение поперечины
В случае, если покрытие находится внизу, соединение выполняется с помощью простых соединительных уголков или. дорожные пластины, которые вставляются в поперечину (рис. 12), или в вертикали двутавра, а также на место их ребер (рис. 13). Решение на рис. 14 отличается особой жесткостью, так как здесь консольный лист заделан как в поперечную опору, так и в вертикальную, так что момент в углу воспринимается срезными болтами. При использовании других решений нельзя избежать частичного разрыва винтов и искривления соединительных углов. Соединения согласно рис. 12 и 13 существенно сильнее деформируются под воздействием момента, чем по рис. 14. Аналогичные решения возникают и для других положений дорожного покрытия. Укладка поперечных опор на основные опоры возможна только при достаточной высоте конструкции. Затем следует придать жесткость основным опорам из листового металла в местах действия нагрузки.
Рис. 13 и 14 — Варианты соединения траверсы
Продольные опоры
Продольные опоры могут располагаться под проезжей частью и под пешеходными переходами. Внешняя балка, которая часто соединяется с перилами моста, называется краевой продольной балкой. Продольные опоры изготавливаются из прокатных и листовых опор. Их диапазон до 12 m. Поскольку продольные балки подвергаются самому непосредственному воздействию движущейся нагрузки, особое значение имеет их жесткость на изгиб. Для железнодорожных мостов рассчитана высота пролета от 1/8 до 1/10. Продольные опоры из высококачественной стали вообще непригодны из-за большого изгиба. Во многих старых мостах соединение продольных балок осуществлялось по рис. 15. Один угол соединения лежит между полками катаной опоры, а другой опирается на всю высоту поперечной опоры. При этих видах соединений возникают значительные вторичные напряжения, а во многих случаях при них возникают усталостные разрушения, а также трещины в месте разреза опоры. По этой причине подобные соединения не допускаются на железнодорожных мостах. Если подрезания ножек не избежать, эти надрезы следует делать с большим закруглением, во избежание риска образования трещин.
Рис. 15 — Соединение продольной опоры
Дренаж
Особое внимание следует уделить дренажу мостов. Быстрый и полный отвод воды – важнейшая предпосылка долгой эксплуатации дорожного покрытия, а также самого моста. Помимо повышенного ржавления и увеличения затрат на техническое обслуживание, места, где задерживается вода, также опасны из-за повреждения морозом. Если уровень моста это позволяет, автодорожные мосты должны иметь определенный продольный перепад (не менее 1%), который бы обеспечивал поступление воды в водосток. Вода, загрязненная маслом и пылью, отводится через желоба. Эти желоба должны иметь достаточный продольный наклон и быть доступными для регулярной очистки.
Рис. 16 — Дренажные и защитные слои дорожного покрытия
Асфальтовые покрытия не являются абсолютно водонепроницаемыми. Без специальной изоляции под асфальтом можно обойтись, если асфальт лежит на бетонной плите, подвергшейся вибрации, и эта плита сама по себе в значительной степени непроницаема. Если покрытие недостаточно водонепроницаемо и часть ливневых вод проникает внутрь, следует предусмотреть изоляцию. Для стальных мостов, покрытий из асфальтобетона или терра и т. д. рассматриваются изоляционные слои из битумных изоляционных масс с твердыми вставками из бумаги с шерстяным или джутовым плетением, а также изоляционные слои из металлической фольги из меди или алюминия. Слои изоляции должны быть защищены от механических повреждений защитными слоями.
Описания водопадов, желобов, асфальта, бетонных плит, битумных масс, войлока, джута и металлической фольги являются историческими. Современный дренаж, гидроизоляция, стальная защита, детали проникновения и техническое обслуживание спроектированы как гармонизированная система в соответствии с действующими нормами, климатическими условиями, дорожным движением и реальным строительством.
Рис. 17 — Деталь дренажа по краю моста
Муфты
Жестяные опоры имеют небольшую жесткость в направлении, перпендикулярном плоскости опоры, сетки с предполагаемыми стыками в узлах даже многократно подвижны в поперечном направлении. Поэтому ветровые раскосы и поперечные рамы необходимы в первую очередь для создания пространственно устойчивых конструкций. Кроме того, они должны воспринимать нагрузки, действующие перпендикулярно плоскости основных опор, и, наконец, обеспечивать защиту конструкции от коробления и опрокидывания.
Муфты против ветра
Эти муфты рассчитаны на восприятие ветровых и других горизонтальных нагрузок. Они состоят из решеток или каркасных опор, прямых или изогнутых в зависимости от поясов. Ремни сцепления против ветра чаще всего являются и ремнями основных опор. Часто поперечные опоры также являются вертикальными стойками муфты от ветра.
Для нагруженного моста принимается меньшая ветровая нагрузка, чем для ненагруженного моста. Если сечение позволяет, ферменные мосты желательно иметь между балками главных балок две ветровые связи. См. эскизы системы на рис. 18, у которых ветрозащитные и поперечные муфты отмечены пунктирными линиями.
Количество и тип поперечных муфт должны быть достаточными для создания пространственно-жесткой системы. Обычно сетки обеспечивают устойчивость и в случае шаровых шарниров. Порты и балки Гербера, за исключением небольших мостов, укреплены специальными муфтами для защиты от ветра и коробления. В местах соединений основных опор муфты должны быть выполнены таким образом, чтобы они не влияли на действие соединений, рис. 18e.
Рис. 18 — Расположение муфт против ветра
Широкие тротуарные плиты из листового металла или железобетона очень жесткие в своих плоскостях. Если пролеты не слишком велики, специальные муфты против ветра можно не использовать, поскольку соответствующую роль может взять на себя тротуарная доска. Необходимо принять меры для восприятия поперечных сил только во время сборки.
При выборе наполнения следует учитывать, что, как правило, усилия в стержнях малы, а длины изгиба стержней велики. Поэтому предпочтительны решетки с короткими стержнями (например, K-система или ромбическая система). Иногда противоветровую муфту подвешивают на опоры дороги, чтобы уменьшить длину изгиба. Для сцепок над покрытием часто используют ромбическую систему без вертикалей.
Высотное положение муфты против ветра определяется главным образом конструктивными условиями (рис. 19). По возможности здесь также избегают эксцентрикового соединения. особенно при больших усилиях, а муфту против ветра устанавливают так, чтобы валы тяг пересекались в плоскостях основных опор (рис. 20).
Рис. 19 — Высотное положение противоветровой муфты
Рис. 20 — Узел противоветровой связи
Поперечные рамки
Мосты с проезжей частью сверху могут быть усилены легкими решетчатыми рамами согласно рис. 22. Поперечные муфты в виде рамы могут соединяться с основными ребрами жесткости балок из листового металла. На рис. 21 многие тросы прокладываются над натяжной рамой на двух стыках, т.е. над решеткой под поперечиной, так, чтобы к ним был доступ со средней смотровой дорожки.
Рис. 21 — Поперечная рама и руководство по установке
Рис. 22 — Решётчатая поперечная рама
Для мостов с проезжей частью внизу форма поперечных рам определяется свободным профилем для проезда транспортных средств. Мосты с решетчатыми поперечными шпангоутами показаны на рис. 23д. Поперечные рамы, распределяющие нагрузку (рис. 24), необходимы для решеток, чтобы задействовать взаимодействие всех основных опор даже при частичной нагрузке. Если это железнодорожный мост с криволинейным путем или основные балки имеют криволинейную форму, это следует учитывать при статическом расчете муфт.
Рис. 23 — Примеры поперечных муфт и основных опор
Рис. 24 — Поперечное сечение и поперечная балка для распределения нагрузки на мосту через реку Рур возле Хердеке
Муфта бокового удара
Между продольными опорами железнодорожных мостов (рис. 23c) необходимо предусмотреть специальную муфту для восприятия боковых ударов транспортных средств. Продольные двутавровые балки пропорционально очень мало жестки в поперечном направлении, поэтому желательно, чтобы соединение от боковых ударов повышало их безопасность от бокового выпучивания (рис. 25).
Рис. 25 — Сцепление против бокового удара
Антитормозная муфта
Поперечные балки не способны воспринимать силы, действующие в продольном направлении моста и возникающие при торможении или начале движения транспортного средства, и их следует разгрузить установкой антитормозных муфт. Они представляют собой решетчатые плоские опоры (рис. 26), соединяющие продольные опоры муфтой против ветра (рис. 27). Часто между водилой и муфтой имеется разница по высоте. А в тех случаях, когда длина опор может быть напрямую связана с противоветровой муфтой, необходима специальная противотормозная муфта, так как стержни, заполняющие противоветровую муфту, не способны воспринимать значительную изгибающую нагрузку. В некоторых случаях его можно объединить в одну муфту для защиты от ветра, муфту для защиты от бокового удара и муфту для предотвращения торможения.
Рис. 26 — Антитормозная система сцепления
Рис. 27 — Антитормозная муфта