В железнодорожных мостах подвижная нагрузка в виде поезда всегда находится на двух фиксированных линиях — рельсах. Основная задача, которая ставится при проектировании моста, состоит в том, чтобы поддержать эти два рельса.
В автодорожных мостах подвижная нагрузка в виде различных автомобилей может находиться в любой точке проезжей части. Задача в этом случае состоит в том, чтобы поддержать плоскость проезда, на которой может быть расположена нагрузка.
Ширина железнодорожных мостов определяется количеством путей на мосту. В абсолютном большинстве случаев они бывают однопутные или двухпутные. Ширина автодорожных мостов в зависимости от интенсивности движения колеблется от 3,5 до нескольких десятков метров.
Подвижные нагрузки автодорожных мостов легче, чем у железнодорожных мостов. Это выражается как в величине давления на ось подвижного состава, так и в расстоянии между осями.
Особенности автодорожных мостов
Особенности автодорожных мостов
Характер временной нагрузки у железнодорожных мостов близок к тому, что может быть в действительности, так как движение осуществляется поездами. В автодорожных мостах движение осуществляется отдельными автомобилями и маловероятно, что на практике может произойти принимаемое в расчете сочетание самых тяжелых автомобилей с наиболее неблагоприятной расстановкой их в поперечном и продольном направлениях. В связи с этим действительные запасы в конструкциях автодорожных мостов обычно больше, чем расчетные.
В автодорожных мостах допустимы значительно большие упругие деформации, чем в железнодорожных, так как для автомобилей не требуется такая высокая точность положения пути, как для поездов.
Рассмотренные особенности влияют на конструкцию автодорожных мостов, так как в них возможно значительно большее разнообразие систем и конструктивных форм, чем в железнодорожных мостах.
Проезжая часть автодорожного моста в общем случае состоит из дорожной одежды, несущего настила и балочной клетки. Наличие всех этих элементов не обязательно. В отдельных случаях езда может происходить непосредственно по настилу без специальной одежды, а настил может опираться непосредственно на главные балки пролетного строения без балочной клетки или являться частью основной несущей конструкции и т. п.
Наиболее распространенным типом одежды в современных мостах является асфальтобетон. В старых мостах в ряде случаев применяли настилы из дерева.
Конструкция принималась при этом из деревянных поперечин, укладываемых непосредственно на главные балки, и двух слоев досок.
Достоинство этой конструкции — малый вес, который составляет 150—180 кг на 1 м2, и сравнительно небольшие первоначальные затраты, но срок службы ее очень мал. При интенсивном движении верхний настил служит несколько месяцев, а при слабом один два года. Кроме того, в сырую погоду деревянный настил становится скользким и непригодным для движения с большими скоростями.
Другим типом деревянного настила является конструкция из досок, поставленных на ребро вплотную друг к другу и покрытых асфальтом. Доски настила прибиваются друг к другу и образуют монолитную деревоплиту. Одеждой является асфальтобетон, который обладает высокими эксплуатационными качествами.
Недостатками такого настила являются опасность загнивания, недоступность осмотра, трудность ремонта. Вес его составляет 250—300 кг на 1 м2.
В современных условиях одежду устраивают обычно из одного или двух слоев асфальтобетона, укладываемого по железобетонной плите. Достоинства асфальтобетона — прочность, однотипность полотна на дороге и мосту и легкость ремонта. Недостаток такого настила — большой вес, составляющий совместно с плитой 500—600 кг/м2.
Повышение экономичности этой конструкции достигается включением железобетонной плиты в работу главных балок, что дает возможность существенно снизить вес металла в балках.
При всех типах одежды должен быть обеспечен отвод воды, осуществляемый обычно приданием поверхности полотна поперечных и продольных уклонов и выпуском воды в трубки.
Вес настила — одна из основных составляющих постоянной нагрузки автодорожных мостов. При малых и средних пролетах вес одежды и настила во многих случаях превышает сумму веса главных балок и временной нагрузки. Отсюда ясна важность поисков новых типов настилов с меньшим собственным весом.
Представляет интерес совмещение одежды и настила в одной металлической конструкции с непосредственной ездой по ней, например, из отдельных плиток со сплошной рифленой поверхностью или в виде сквозной конструкции из пластинок, обладающей большой несущей способностью и удобной в эксплуатации.
Основные достоинства металлических настилов с непосредственной ездой по ним — значительное снижение веса по сравнению с существующими типами, опрятность и удобство содержания. Недостатки — большая затрата металла на настил и балочную клетку и дороговизна. Широкого распространения эти предложения не получили.
В конструкциях пролетных строений автодорожных мостов особый интерес представляет вопрос о количестве главных балок.
В 30-е годы в Германии было построено большое количество автодорожных мостов со сплошными стенками. Почти во всех этих мостах независимо от пролета (от 24 до 105 м) и ширины моста (от 10 до 21 м) пролетные строения имеют две главные балки. Это привело в ряде случаев к очень тяжелым и неэкономичным конструкциям.
Послевоенная практика проектирования в Советском Союзе большого количества автодорожных мостов со сплошными стенками показала, что применение двух балок, принятое в немецкой практике, не всегда рационально. Во многих случаях более рациональным решением является постановка нескольких главных балок с непосредственным опиранием на них железобетонной плиты. При этом отпадает необходимость в устройстве балок проезжей части и создаются наиболее благоприятные условия для использования плиты в работе главных балок.
При нескольких главных балках расположение их в поперечном сечении определяется стремлением получить наиболее экономичную и простую в изготовлении конструкцию и одинаковую расчетную нагрузку на все главные балки с тем, чтобы при одинаковом сечении материал был полностью использован во всех балках.
При этом решающее значение приобретает способ определения нагрузки на каждую балку.
В старых конструкциях не учитывали пространственного характера работы пролетного строения, исходили из предпосылки, что каждая балка работает самостоятельно, и нагрузку, приходящуюся на балку, определяли в предположении работы настила как разрезанного над каждой балкой. Нагрузка, приходящаяся на данную балку от груза, расположенного между нею и смежной балкой, распределялась обратно пропорционально расстояниям по закону рычага.
В современных конструкциях при настиле из железобетонной плиты и наличии поперечных связей, перераспределяющих нагрузку между балками, принято рассматривать пролетное строение как жесткий ростверк и определять нагрузку, приходящуюся на каждую балку по методу внецентренного сжатия автодорожных мостов.
В современной отечественной практике металлические пролетные строения автодорожных мостов с разрезными балками находят применение преимущественно при полетах от 40 до 60 м.
При разработке Ленгипротрансмостом серии типовых пролетных строений, рабочие чертежи которых выпущены в 1968, г., специально исследовали вопрос о наиболее рациональном типе поперечного сечения — количестве главных балок и их расстановке; было признано наиболее целесообразным при ширине проезжей части 8 м принять сечение из двух главных балок с расстоянием между ними 6,4 м со средним прогоном, опирающимся на верхний узел поперечных связей.
Ленгипротрансмостом разработаны проекты разрезных пролетных строений с пролетами 42 и 63 м, ширина проезжей части принята 8,0 м, тротуаров 1,0 и 1,5 м.
Пролетные строения сварные с монтажными стыками на высокопрочных болтах. Длина блоков 16,05 и 10,5 м.
В качестве материалов для главных балок и прогона принята низколегированная сталь марки 10Г2С1Д для сварных конструкций с расчетным сопротивлением при действии осевых сил 2700 кГ/см2 и при изгибе 2800 кГ/см2.
В расчете учтена совместная работа главных балок с железобетонной плитой.
Собственный вес металлической конструкции и вес железобетонной плиты воспринимаются металлическими балками.
Вес блоков тротуаров, покрытия проезжей части, перил, смотровых приспособлений и временная нагрузка воспринимаются объединенным сечением металлической балки с железобетонной плитой. Жесткие упоры, приваренные к поясам главных балок, состоят из вертикального листа толщиной 20 или 25 мм в зависимости от величины сдвигающей силы, усиленного двумя треугольными ребрами.
Упоры на прогоне имеют лишь одно ребро.
В плитах предусмотрены окна, в которые входят упоры, после чего окна заполняют бетоном.
Покрытие состоит из одного слоя асфальтобетона толщиной 5 см, укладываемого на цементнобетонный защитный слой толщиной 4 см. Гидроизоляция проезжей части термопластичная из битумной мастики и арматурных прослоек стеклосетчатой ткани. Поверхности асфальтобетона придан поперечный уклон 2%, вода отводится в водоотводные трубки.
При пролете 42,0 м главные балки двутаврового сечения с вертикальным, листом высотой 2480 мм, верхним поясом постоянного сечения 420 X 16 мм и нижним переменного — 750 X 32 мм в середине пролета, далее 560 X 32 мм, на участках у опор — 420 X 16 мм.
Вертикальная стенка усилена ребрами жесткости, установленными на расстоянии 175 см по всей длине балки. Ребра жесткости приварены к верхнему поясу непосредственно, в примыкании к нижнему поясу установлены прокладки.
Стыки вертикальных стенок главных балок перекрыты парными накладками 400 X 10 X 2420 мм, в место стыка устанавливают уголки жесткости 200 X 125 X 12 мм. Стык верхнего пояса перекрывается верхними накладками 420 X 12 мм и двумя нижними полунакладками 190 X 12 мм; стык нижнего пояса — двумя накладками на всю ширину поясного листа и четырьмя полунакладками шириной по 350 мм. Очертания всех поясных накладок приняты такими, чтобы в первом и втором рядах было не более двух отверстий для минимального ослабления сечения поясного листа.
Прогон принят двутаврового сечения с вертикальным листом 400 X X Ю мм и горизонтальными листами 260 X 16 мм. Монтажная длина прогонов принята по длине блоков главной балки.
В местах опирания прогонов установлены ребра жесткости.
Прикрепление прогона к распорке связей осуществляется четырьмя болтами, соединяющими пояс прогона с распоркой, с установкой между ними прокладки. Стыки прогона перекрываются парными вертикальными и горизонтальными накладками. В местах стыков прогонов установлены дополнительно консольные листы, приваренные к вертикальной накладке и горизонтальной прокладке.
В вертикальных плоскостях пролетного строения через 5,25 м установлены поперечные связи в виде сквозной конструкции с треугольной решеткой, на верхний узел которой опирается прогон. Верхняя распорка связей принята из пары уголков 100 X 100 X 10, нижняя — из уголков 125 X 125 X 10, раскосы — из парных уголков 90 X 90 X 9.
Соединение элементов связей с главными балками производится при помощи фасонок, прикрепляемых на высокопрочных болтах к специально уширенным ребрам жесткости.
Соединение элементов связей между собой производится на сварке, решетка поступает на монтаж в готовом виде.
Опорные поперечные связи, используемые в качестве домкратной балки, имеют сквозную конструкцию, аналогичную поперечным связям в пролете, но отличаются некоторыми изменениями геометрической схемы, вызванными смещением нижних узлов к местам установки домкратов. Увеличены сечения элементов и количество болтов прикрепления к главным балкам. В местах установки домкратов предусмотрено усиление конструкции.
Нижние продольные связи имеют крестовую решетку. Панель этих связей вдвое больше расстояния между поперечными связями, в крестовой решетке образуются при этом дополнительные распорки. Сечения диагоналей связей приняты из двух швеллеров, которые на концах высаживаются для прикрепления к одиночным фасонкам. В связи с возможной неточностью совпадений отверстий для прикрепления дыры в фасонках в месте пересечения связей сверлятся не на заводе, а на месте сборки. Узлы прикрепления ясны из чертежа. Верхние продольные связи отсутствуют, так как при наличии железобетонной плиты они не нужны. На время монтажа связь между верхними поясами ограничивается распорками поперечных связей.
Предусмотрен строительный подъем главных балок на величину прогиба от постоянной и половины временной нагрузок, который создается за счет переломов в монтажных стыках.
Переломы в стыках осуществлены путем поворота монтажных блоков вокруг пересечения низа вертикальных листов, причем риски на вертикальных листах перпендикулярны верхним и нижним поясам блоков, а на накладках риски повернуты на определенные углы.