Какие бывают стальные пролетные строения по способу соединения

Классификация пролетных строений по конструкции. Схемы пролетных строений

Проектирование пролетных строений — основная специализация ТРАНССТРОЙПРОЕКТ уже 10 лет. Мы разрабатываем проектную документацию как для небольших пешеходных мостов, так и для больших автодорожных и железнодорожных.

Пролетные строения различают конструктивно, по расчетной схеме работы сооружения и по материалу изготовления. Для каждого конкретного случая подбирается определенный вид с учетом технического задания и существующих условий.

В зависимости от исходных данных и условий эксплуатации для каждого конкретного сооружения конструкторы выбирают оптимальную конструкцию, которая определяет тип моста и его главные физические и эксплуатационные характеристики и составляют схему пролетных строений . Эти изыскания обычно входят в услуги проектирования и расчета пролетных строений.

Конструкции пролетных строений

• Балочное пролетное строение. Отличия состоят в особенностях перекрытия пролетов балками и воспринимаемых нагрузках. Усилия на опоры преимущественно вертикальные.
• Ферменное пролетное строение. Различают разрезные и неразрезные фермы, отличия состоят в особенностях перекрытия пролетов фермами и воспринимаемых нагрузках. А также фермы различают по уровню расположения проезда для транспортных средств, фермы с ездой по низу, поверху и посередине. Особенностью фермы является работа её элементов только на растяжение или сжатие, а пространственность конструкции обеспечивает высокую жёсткость и экономию материала основных несущих элементов конструкции.
• Арочное пролетное строение. Пролет изготовлен в виде арки, которая держит нагрузки. Горизонтальные усилия преобразуются в вертикальные, мост работает на сжатие.
• Конструкции комбинированного типа. Сочетают одновременно арочную и балочную принципиальные конструкторские схемы. Имеют универсальное применение.
• Рамное пролетное строение. Могут иметь Т- или П-образный вид, пролетные строения – ригели, опоры – стройки.
• Висячее пролетное строение. Промежуточные опоры не устанавливаются, несущая конструкция из гибких узлов, крепление выполняется к пилонам.
• Вантовое пролетное строение. Несколько устойчивее, чем подвесные типы пролетных строений , в качестве несущего элемента используется вантовая ферма из большого количества стальных канатов.

Расчетные схемы пролетных строений

• Разрезные расчетные схемы
• Неразрезные
• Консольные
• Температурно-неразрезные

Материалы основных несущих элементов пролётного строения

Железобетонные конструкции пролетных строений мостов

Такие конструкции пролетных строений применяются в основном для небольших пролётов, в пределах до 33 метров. Применение типовых железобетонных балок экономически оправдано вдали от крупных населённых пунктов где нет повышенных архитектурных требований и сжатых сроков строительства. Недостаток конструкций – высокий собственный вес, требующий тяжёлой грузоподъёмной техники на стадии строительно-монтажных работ и более массивные опоры и фундаменты на стадии эксплуатации, увеличенное время производства строительно-монтажных работ, связанное с мокрыми процессами, отсутствие архитектурной выразительности. Большая собственная масса требует строительства мощного фундамента. Применяются в случае необходимости создания простого небольшого и недорогого мостового сооружения вдали от городской черты.

Сталежелезобетонные конструкции пролетных строений мостов

Монолитная железобетонная плита позволяет значительно понижать уровень шума при проезде большегрузного транспорта в сравнении с другими конструкциями, а так же использовать для ограждения готовые монолитные железобетонные элементы.

Недостаток конструкций – относительно высокая сметная стоимость и увеличенное время производства строительно-монтажных работ. Применяются в случае необходимости создания геометрически сложного мостового сооружения в составе больших городских транспортных развязок. Требуют большого объема предварительной подготовки строительной площадки и наличия специальной строительной техники и механизмов. Все эти факторы обязательно должны учитываться на этапе проектирования сталежелезобетонных мостов.

Металлические конструкции пролетных строений мостов

Наиболее рациональные для пролётных строений, более 70% всех железнодорожных мостов построены из металла, поскольку сталь одинаково хорошо работает как на растяжение, так и на сжатие и максимально соответствует требованиям восприятия больших знакопеременных усилий от железнодорожных нагрузок. К преимуществам металлических пролётных строений следует отнести стабильность физикомеханических характеристик стали на протяжении всего жизненного цикла сооружения (до 100 лет), а так же высокие темпы монтажа. Отдельные элементы собираются на предприятиях-изготовителях, на строительной площадке происходит только монтаж готовых элементов в единую конструкцию. К недостаткам следует отнести необходимость выполнения периодических мероприятий по защите металлических элементов от коррозии.

Использование металлических конструкций пролётных строений позволяет применять во время строительства высокотехнологичные методики – значительно повышается надежность всех нагруженных узлов, увеличивается производительность труда, снижается себестоимость, ускоряется ввод в эксплуатацию сооружения. Все эти факторы значительно сокращают сроки окупаемости инвестиций.

После анализа указанных данных, геодезических изысканий и оценки фактических условий эксплуатации сооружения выбирается наиболее оптимальная схема пролетных строений и согласуется с заказчиком. Зачастую выбирается неразрезное пролетное строение, рассчитывается надвижка пролетных строений. Все работы выполняются с учетом существующих государственных стандартов и отраслевых нормативных актов. Специалисты нашей компании выполняют проектирование любых видов и типов пролетных строений . Среди наших работ — такие, как мост через железнодорожные пути по ул. Суюнбая (г. Алматы), автодорожный мост через р. Есиль у с. Куйгенжар (Астанинская обл) и многие другие.

Для консультации по выбору типа пролетного строения позвоните по телефону (495) 543-42-56.

Источник

Соединения элементов в пролетных строениях со сквозными фермами

При проектировании пролетных строений со сквозными фермами одним из важных вопросов является конструкция соединения элементов в узлах.

Первоначальное решение основывалось на опыте применения болтовых шарниров в соединениях кованых звеньев цепей висячих мостов. При установке болтовых шарниров в центрах узлов стержневых ферм конструкция соответствовала расчетной схеме, по которой сопряжение в узлах принималось шарнирным. Установка болтов также не вызывала особых трудностей.

Рис. 102. Многоболтовый узел нижнего пояса Фермы с одноболтовыми и многоболтовыми соединениями элементов,, в которых каждый стержень прикреплялся отдельным болтовым шарниром к узловой коробке (рис. 102), нашли довольно широкое применение в США в прошлом веке. В дальнейшем от них стали отказываться вследствие пониженной жесткости пролетных строений и ряда обрушений американских мостов.

Обследования и испытания пролетных строений с шарнирноболтовыми узлами показали, что с течением времени вследствие коррозии металла в сопряжениях возможность поворота элементов в узлах утрачивается и элементы начинают работать как частично защемленные. Таким образом, одно из предполагаемых достоинств оказывается временным.

Другое решение вопроса о прикреплении элементов ферм была основано на использовании заклепок, впервые нашедших применение в 30-х годах прошлого века. Заклепочные соединения явились универсальным средством, пригодным как для соединения частей составных элементов (стержней или балок), так и для прикрепления стержней в узлах.

Во всех европейских странах при изготовлении и монтаже пролетных строений вскоре отказались от шарнирно-болтовых соединений и перешли к заклепочным.

Соединения элементов ферм в узлах на заклепках обеспечивают возможность центрирования элементов, но в отличие от болтовых сопряжений в них исключается свободный поворот стержней и стержни работают как упруго защемленные. Поэтому при загружении фермы в стержнях возникают не только осевые силы, но и изгибающие моменты. Дополнительные напряжения от этих моментов вблизи узлов достигают 20—30% от осевых сил. Однако, как показывают исследования, это обычно не снижает несущей способности фермы, так как вследствие пространственного характера работы пролетного строения фактически действующие в стержнях осевые усилия существенно меньше расчетных.

В послевоенные годы было выдвинуто предложение по замене монтажных заклепок фрикционными высокопрочными болтами.

Как известно, работа соединения на фрикционных болтах основана на силах трения, создаваемых по соприкасающимся поверхностям соединяемых элементов посредством стягивания их болтами. При этом болты в отличие от заклепок работают не на смятие, срез или изгиб, а на растяжение и скручивание.

Впервые фрикционные болты были применены в 1948 г. для замены слабых заклепок на одном из железнодорожных мостов в США. В СССР впервые пролетное строение со сквозными фермами и монтажными соединениями на фрикционных болтах пролетом 48,0 м было смонтировано в 1959 г. на железнодорожном мосту через р. Тезу.

Ценным качеством соединений на фрикционных болтах является то, что сверление монтажных отверстий может быть выполнено с меньшей точностью, чем при заклепочных соединениях, так как болты в нормальных условиях работы могут даже не касаться краев отверстий.

Исследования соединений на фрикционных болтах были выполнены в НИИ мостов ЛИИЖТа. Сравнительными испытаниями установлено, что один из важнейших показателей работы — выносливость у соединений на фрикционных болтах оказалась выше, чем у заклепочных.

Рис. 103. Эпюра напряжений в стыкуемых листах Это объясняется большей неравномерностью напряжений в сечениях листов, стыкуемых на заклепках. При статических испытаниях на растяжение образцов со стыком на заклепках (рис. 103, а) и на фрикционных болтах (рис. 103, б) в сопоставимых сечениях 1 и 1, 2 и 2, 3 и 3 стыкуемых листов отчетливо видна большая неравномерность напряжений (в кГ/см 2 ) в клепаных образцах и высокая концентрация напряжений у краев заклепочного отверстия в сечении 3.

В настоящее время все чаще монтажные соединения устраивают на фрикционных болтах, а заклепочные соединения предусматривают для пролетных строений, устанавливаемых в районах с очень низкими температурами, где поведение фрикционных болтов еще недостаточно изучено.

Общими недостатками заклепочных и болтовых соединений является наличие отверстий в элементах, ослабляющих их сечения, и применение стыковых накладок, повышающих расход металла.

Применение электросварки исключает эти недостатки. Сварка обеспечивает возможность непосредственного соединения частей конструкции без ослабления их отверстиями и с минимальным расходом дополнительного металла. Исключение отверстий значительно снижает трудоемкость изготовления конструкций.

Недостатком сварных соединений является их большая жесткость, что приводит к концентрации напряжений и большей их неравномерности в сечениях по сравнению с клепаными и болтовыми сопряжениями. Кроме того, температурное воздействие сварки может вызвать в металле внутреннее напряжение и появление различного вида деформаций, т. е. искривлений, короблений и т. п.

Применение электросварки в мостостроении на начальном этапе сопровождалось неудачами.

В марте 1989 г. в Бельгии обрушился цельносварной мост под совмещенную езду через канал Альберта пролетом 75 м со сквозными безраскосными фермами, сооруженный в 1937 г. Пролетное строение разрушилось в момент, когда нагрузка на нем отсутствовала. Серьезные повреждения обнаружились и у остальных мостов такого же типа, построенных через этот канал.

В СССР в 1945 г. пришлось заменить клепаным новое сварное пролетное строение железнодорожного моста через р. Истру, так как в нем появилось большое количество опасных развивающихся трещин. Трещины были обнаружены и в установленных ранее на железнодорожных мостах цельносварных пролетных строениях со сквозными фермами.

Исследования позволили разрешить вопрос о применяемых материалах, конструкциях и технологии изготовления сварных пролетных строений.

Рис. 104. Мост с цельносварными пролетными строениями По предложениям НИИ мостов и Института электросварки, в 1952 г. были разработаны проекты и изготовлены опытные конструкции цельносварных сквозных пролетных строений оригинальных систем (рис. 104), которые после обстоятельных испытаний на действующей железнодорожной линии были переданы в постоянную эксплуатацию. Монтажные соединения элементов этих пролетных строений выполнены ручной сваркой.

В настоящее время положение со сваркой в мостостроении может быть охарактеризовано следующим образом:

• 1. Хорошо освоена и широко применяется технология заводского изготовления сварных пролетных строений из балок со сплошными стенками для автодорожных и железнодорожных мостов. Монтажные соединения пролетных строений железнодорожных мостов делают, как правило, на заклепках или фрикционных болтах, а у автодорожных и городских допускается полуавтоматическая и даже ручная сварка.
• 2. Освоена сварка пролетных строений из высокопрочной стали, и технология ее непрерывно совершенствуется.
• 3. Заводская сварка элементов сквозных ферм получила полное признание.
• 4. Наиболее рациональными конструкциями пролетных строений со сквозными фермами для железнодорожных и автодорожных мостов признаются пролетные строения из сварных элементов с монтажными стыками на высокопрочных болтах или заклепках.
• 5. Наибольшая экономия металла достигнута в цельносварных пролетных строениях со сквозными фермами, но их применение затруднено из-за отсутствия надежных методов и аппаратуры для автоматической сварки соединений на монтаже. Ручная же сварка не гарантирует требуемого качества сварных швов на монтаже.

Очередной задачей является разработка приемов и средств, обеспечивающих надежную высококачественную сварку соединений на монтаже.

Имеющийся опыт проектирования, изготовления и эксплуатации цельносварных пролетных строений со сквозными фермами позволяет оценить достоинства сварных соединений различного типа.

Рис. 105. Стыковые швы Соединения с накладками и внахлестку обладают низкой выносливостью и не могут быть рекомендованы для сварных мостов. Соединения внахлестку допускаются лишь для прикрепления второстепенных элементов (связей).

Наиболее удачным видом сварного соединения является соединение встык (рис. 105, а). Оно применяется для прикрепления основных элементов ферм. При хорошем качестве сварного шва и отсутствии резких изменений сечений, называемых «концентраторами напряжений», выносливость такого соединения оказывается не меньшей, чем у основного металла.

Однако при соединении встык значительно повышаются требования к точности изготовления элементов и усложняется обработка их торцов, зависящая от толщины свариваемых листов (рис. 105, б, в).

Рис. 106. Распределение напряжений в фасонках При сварке встык элементов ферм с узловыми фасонками, имеющими обычную прямоугольную форму (рис. 106, а), неравномерность напряжений в них оказывается значительной и вблизи мест примыкания раскосов к фасонкам наблюдается концентрация напряжений. Эта концентрация значительно снижается при устройстве в фасонках выкружек (рис. 106,6). Выносливость таких сопряжений повышается, поэтому в сварных пролетных строениях узловые фасонки имеют плавные сопряжения с поясами и раскосами.

В перспективе наиболее рациональным представляется применение клеевых соединений в металлических мостовых конструкциях, так как при этом совершенно не нарушается целостность основного материала. Результаты первых экспериментов с клеестальными соединениями в ФРГ и Австрии были оглашены на VII Международном конгрессе по мостам и конструкциям в 1964 г.

Использовался клей на основе полистерина, этоксилина и на эпоксидной смоле. Опыты с образцами показали, что разрушение клеевых соединений под статической нагрузкой происходит при скалывающих напряжениях, превышающих 100 кГ/см 2 . Предел выносливости клеевых соединений по скалывающим напряжениям при испытании на 2•10 6 циклов загружений пульсирующей нагрузкой оказался примерно в 2 раза меньше и в значительной мере зависящим от размеров площади склеивания.

Хорошие результаты получены при склеивании бетонной плиты с поясом стальной балки. Здесь разрушение от скалывания всегда происходило по бетону, а не по клеевому шву.

Можно предполагать, что дальнейшие исследования в этой области приведут к разработке технологии склеивания, пригодной для производственных условий.

Источник