Металлические мосты на жд
Рис. 1. Стальной путепровод с ездой понизу, пролетами 10,2 + 31,1 + 10,2 м
Современные стальные железнодорожные мосты могут быть разделены на следующие шесть групп: балочные со сплошными стенками (рис. 1), балочные со сквозными фермами (рис. 2), виадуки, консольные мосты, висячие мосты, разводные мосты.
Материал для стальных мостов.
Легированные стали, наиболее часто применяемые для строительных работ, содержат небольшие примеси кремния и никеля. Добавление этих элементов, повышающих предел прочности и предел упругости стали, дает возможность использовать при проектировании повышенные допускаемые напряжения, что приводит к соответствующему уменьшению постоянной нагрузки. Цена легированных сталей и стоимость их обработки несколько выше, чем обычных углеродистых сталей; их применение оказывается выгодным лишь при больших пролетах, когда собственный вес составляет значительную часть общей величины нагрузки. Но и в этих случаях для проезжей части, связей, элементов решетки и др. обычно применяют углеродистую сталь.
Удовлетворительных заклепок из легированных сталей пока нет. При проектировании заклепочных соединений следует исходить из низших напряжений по срезу и смятию для углеродистой стали.
Иногда специальные стали приходится применять независимо от экономических соображений. Это имеет место при многопутных пролетных строениях со сквозными главными фермами большого пролета, когда из углеродистой стали подобрать сечения потребной величины невозможно.
Следует напомнить, что величины прогиба и деформаций возрастают пропорционально росту допускаемых напряжений. Часто это не имеет значения, но в клепаных пролетных строениях со сквозными фермами увеличение прогибов может привести к возрастанию дополнительных напряжений, если в проекте не предусмотрены специальные меры к тому, чтобы, по возможности, устранить причины появления таких напряжений.
Современные исследования показывают что в высокопрочных сталях предел выносливости наступает после очень большого количества циклов перемен нагрузки или в результате значительной разницы в величине максимальных напряжений цикла. Подвергнуться достаточному для появления усталости количеству загружений в течение срока своей службы может сравнительно малое количество элементов пролетных строений.
Единственное исключение представляют собой подвески, для которых циклом загружения является проход каждого вагона в каждом поезде.
В определенных частях конструкций, подверженных особенно суровому воздействию корродирующих факторов, применяют такие материалы, как сварочное железо и медистая сталь.
Алюминий также применяется в железнодорожном мостостроении. На одной из железных дорог установлено пролетное строение со сплошными главными балками, изготовленное из алюминиевого сплава. Длина этого пролетного строения, запроектированного под расчетную нагрузку Е60, составляет 30,5 м.
Балочные сплошные пролетные строения.
Главные балки этих пролетных строений могут быть или осуществлены из прокатных двутавров или иметь составное сечение.
В пролетных строениях из прокатных двутавров последние должны быть расположены на таком взаимном расстоянии, которое облегчает окраску. Можно рекомендовать расстояние около 20 см между краями поясных полок.
Рис. 2. Замена пролетных строений новыми (слева)
Рис. 3. Четырехпролетный косой мост со сплошными пролетными строениями с ездой понизу, пролетами по 42 м, высотой балок 3,3 м
Если применяют широкополочные тяжелые двутавры, то с учетом необходимости соблюдения определенного расстояния между полками число балок под один путь при езде поверху ограничивают четырьмя. Большее количество балок с более узкими полками можно применять при меньших пролетах.
Во всех случаях половину всех балок следует располагать симметрично относительно поддерживаемого ими рельса и соединять их диафрагмами, а в случае необходимости, особенно на кривых, — продольными связями.
Рис. 4. Металлическое двухпутное балочное пролетное строение с ездой понизу:
а— фасад; б — элементы; в— разрез; 1 — стенка; 2— верхний поясной уголок:, 3 — нижний поясной уголок: 8— стыковые накладки; опорная рама поперечных связей; 24 — диагонали продольных связей:25— фасонка продольных связей; 28 — главные балки; 29 — поперечные балки; 30 — промежуточные продольные балки; 31 — концевые продольные балки; 32 — консоль поперечной балки; 33— опора продольной балки; 34 — конец распорки; 35 — уголок прикрепления; 36 — столик
В обычных условиях для пролетов от 15,2 до 38 м наиболее желательны пролетные строения со сплошными главными балками составного сечения. Иногда их применяют для значительно больших пролетов (рис. 3).
Балочные пролетные строения бывают с ездой понизу и поверху, причем в первом случае путь проходит между балками (рис. 4), а во втором — покоится на верхних поясах.
Конструкция с ездой поверху не ограничивает габарита проезда и с точки зрения железной дороги более желательна.
Проезжую часть балочных сплошных пролетных строений с ездой понизу прикрепляют к главным балкам. Если строительная высота ограничена, то проезжая часть может быть составлена лишь из одних прикрепленных к главным балкам поперечных балок.
Такая конструкция является обычной для мостов с ездой на балласте. При необходимости получения минимальной строительной высоты иногда рельсы прикрепляют непосредственно к поперечным балкам.
В двухпутных пролетных строениях, имеющих две главные балки, где требуется большая высота поперечных балок, можно следующим образом осуществить целесообразную и экономичную конструкцию проезжей части.
Поперечные балки располагают на взаимном расстоянии, которое позволяет уложить между ними мостовые брусья. Под каждым путем устраивают две линии диафрагм, работающих как короткие продольные балки. Верхние полки диафрагм располагают на такой высоте, чтобы под подошвами рельсов над поперечными балками оставался зазор около 25 мм.
Для прикрепления рельсов к поперечинам могут служить стандартные скрепления; для токов, протекающих в рельсовых цепях, нет необходимости прибегать к особым мерам изоляции.
В пролетных строениях с ездой понизу применяют также балочную клетку, состоящую из продольных балок, прикрепленных к поперечным, которые в свою очередь присоединены к главным фермам. Такая система проезжей части обладает большей строительной высотой.
Обычно продольные или поперечные балки, либо те и другие, осуществляют из прокатных двутавров.
Пролетные строения со сквозными фермами.
Ниже дается краткое описание главных типов сквозных ферм (рис. 5), применяемых в мостостроении.
Ферма Гау (рис. 6) является самым ранним типом сквозной фермы; она запатентована в США в 1840 г. В этой конструкции диагональные элементы решетки (раскосы) сжаты, а вертикальные растянуты. Пояса и раскосы делаются из дерева, а вертикальные элементы представляют собой металлические тяжи.
Ферма Пратта (рис. 7) впервые введена в 1844 г. как видоизменение фермы Гау. В фермах этого типа вертикальные элементы решетки растянуты, а диагональные сжаты. Первоначально предполагалось осуществлять сжатые элементы из дерева, но лишь немногие сооружения были построены таким образом. После 1850 г. этот тип вошел во всеобщее употребление в виде цельнометаллической фермы, причем сначала для сжатых элементов применяли чугун, а впоследствии всю ферму стали делать из сварочного железа. Соединение элементов в узлах обычно осуществлялось на болтах-шарнирах.
Рис. 5. Двухпутный, трехпролетный мост со сквозными пролетными строениями пролетами по 4 7,1 м.
Высота главных ферм—10,05 и 11,3 м; расстояние между осями
ферм — 10,05 м
Рис. 7. Схема фермы Пратта
Ферма Уиппла (с двухраскосной решеткой) (рис. 8) впервые была введена в 1847 г. Фермы этого типа, осуществленные из сварочного железа, широко применялись для пролетов большей длины, чем фермы Пратта.
В фермах Варрена (с треугольной решеткой) (рис. 9 и 10) наклонные элементы попеременно испытывают растяжение и сжатие. Эта система никогда не находила широкого применения для мостов с шарнирными соединениями в узлах вследствие износа болтов-шарниров, вызываемого действием знакопеременных усилий.
С усовершенствованием методов клепки эта система ферм с дополнительными стойками и подвесками (рис. 12), с клепаными соединениями в узлах пришла на смену фермам Пратта для средних пролетов. Для ферм больших пролетов часто применяется эта система с дополнительными шпренгелями.
Пенсильванская ферма (рис. 11), представляющая собой развитие фермы Пратта, имеет один криволинейный пояс и раскосную решетку с дополнительными шпренгелями. Эту систему применяют для больших пролетов, где фермы Пратта или Варрена не могут дать экономичных решений. В узлах обычно применялись шарнирно-болтовые соединения, но в некоторых случаях условия работы заставляли широко применять заклепочные соединения.
Конструкция ферм. Задачи, которые ставятся при проектировании пролетных строений, заключаются в требованиях простоты конструкции и экономии в материалах в совокупности с достаточной сопротивляемостью силам, которым будет подвергаться сооружение. Действующие технические условия обычно распространяются на фермы пролетами не более 122 м.
Рис. 6. Схема фермы Гау.
Рис. 8. Схема фермы Уиппла
Рис. 9. Схема фермы Варрена Рис. 10. Схема фермы Варрена
Рис. 11. Схема пенсильванской фермы
Примечание. Жирными линиями показаны сжатые элементы, тонкими — растянутые, пунктиром — обратиые раскосы.
Пролеты большей длины представляют собой исключение, и каждый такой случай вследствие своей важности заслуживает индивидуального изучения.
Узлы ферм осуществляются на болтах-шарнирах или на заклепках. Прежде, как правило, применяли шарнирные соединения, но в настоящее время заклепкам отдается предпочтение.
Схемы и наименование элементов пролетных строений приведены на рис.
Все металлические пролетные строения подвергаются продольным деформациям за счет изменения температуры и воздействия подвижной нагрузки. Для обеспечения свободы деформаций под одним из концов пролетного строения устраивают подвижные опорные части. При большой длине пролетов устраивают катковые опорные части, для более коротких пролетов эти опорные части заменяют одиночными катками. В малых пролетных строениях устраивают опорные части скользящего типа.
Рис. 12. Реконструированный мост через р. Огайо.
Рис. 13. Элементы пролетного строения со сквозными фермами
с ездой понизу:
1 — опjрный раскос; 2 — верхний пояс; 3 — нижний пояс; 4 — подвеска; 5— стойка; 6 — раскос; 7— обратный раскос; 8 — портал; 9 — кронштейн портала; 10 — распорка верхних связей; 11 — диагонали верхних связей; 12 — концевая распорка; 13 — концевая поперечная рама; 14 — опорная поперечная балка; /5 — промежуточная поперечная балка; 16 — концевая продольная балка: 17—промежуточная продольная балка; 18 — консоли продольных балок; 19 — диагонали нижних связей; 20— связи продольных балок; 21 — подвижные опорные части; 22—неподвижные опорные части.
Примечание. В пролетных строениях со сквозными главными фермами при езде поверху элементы аналогичны указанным здесь. Названия отдельных деталей см. на рис.
Рис. 14. Элементы пролетного строения со сквозными фермами с шарнирными узлами:
- — верхний пояс; 3 — нижний пояс; 5 —стойка; 6 — раскос; 7—обратный раскос; 10 — распорка верхних связей; 15 — поперечная балка; 23 — вертикальная накладка; 24 — лист шарнира; 25 — прокладка; 26 — шарнир; 27 — гайка шарнира; 28 — уплотняющее кольцо; 29 — ниппель; 30 — затяжная муфта; 32 — фасонка верхних связей; 33 — фасонка нижних связей; 34 — горизонтальный лист; 35 -уголки пояса; 36 — вертикальный лист; 37 — соединительная решетка; 38 — диафрагма; 39 — стыковая накладка; 40 — концевая соединительная планка; 41 — стержень с проушиной; 42 — стержень с петлей; 46— подкос поперечной рамы
Рис. 15. Элементы клепаного пролетного строения со сквозным фермами с ездой понизу:
1 — верхний пояс; 3 — нижний пояс; 4 — подвеска; 5 —стойка6 —раскос; 10 — распорка верхних связей; 15— поперечная балка’ 17 — продольная балка; 38 —диафрагма; 40 — концевые соединительные планки; 43 — уголок-столик; 44— фасонка; 45—консоль поперечной балки; 46— подкос поперечной рамы; 47 — уголок прикрепления.
Примечание. Расположение элементов 1 — 17 см. на рис. 13 и 14.
Учитывая, что проход поездной нагрузки приводит к некоторому прогибу пролетных строений, рекомендуется придавать им строительный подъем в виде выпуклой кверху кривой. Иногда этого достигают некоторым увеличением длины элементов верхнего пояса. Чаще же изменяют длину всех элементов фермы в соответствии с проведенными расчетами.
Виадуки.
Виадуками пользуются для проведения железнодорожной линии или автодороги над долиной, ущельем и др. Подобные сооружения обычно состоят из ряда пролетных строений, балочных или арочных, опирающихся на металлические башенные опоры (рис. 16).
Стальные железнодорожные виадуки отличаются большой высотой и обычно имеют значительную длину. Они состоят из ряда пролетных строений, обычно со сплошными главными балками с ездой поверху, покоящихся на металлических башенных опорах.
Величина пролетов в виадуке обычно чередуется. Короткие надбашенные пролетные строения обычно имеют длину от 9,1 до 15,2 м, а длинные промежуточные — от 18 до 30,5 м.
Иногда вместо башенной опоры рядом с устоем ставят рамную опору, на которой покоятся концы двух соседних длинных пролетных строений.
Величина пролета зависит от высоты всего сооружения и общей его длины, а также от величины расчетной нагрузки. Критерием для выбора пролета являются баланс стоимостей опор и пролетных строений, обеспеченность устойчивости сооружения в продольном и поперечном направлениях.
Обычно наибольшие величины пролетов применяются при наибольших высотах виадуков.
Рис. 16. Стальной виадук длиной 457,2 м, высотой 39,6 м над
уровнем реки
Рис. 17. Схема пролетного строения с ездой поверху со сквозными главными фермами, с шарнирными узлами
Рис. 18. Схема клепаного открытого пролетного строения с ездой понизу
В тех случаях, когда железнодорожная линия пересекает долину с протекающей по ней рекой или когда этого требуют другие местные условия, в состав виадука включают одно или несколько длинных пролетных строений со сквозными фермами.
Консольные мосты.
Консольным называется мост, имеющий выступающие за опоры части пролетных строений (консоли). Сооружения этого рода обычно состоят из двух консолей в пролете, перекрывающем главное русло, и двух анкерных пролетов, при посредстве которых реакции передаются опорам. Между концами консолей устраивают подвесной пролет.
Консольные конструкции целесообразны для перекрытия больших пролетов над судоходными широкими реками и другими водными путями, если их устройство допускается условиями подмостового габарита.
Применение промежуточных двухконсольных пролетов позволяет перекрывать исключительно широкие водные преграды. Эта конструкция обладает еще и тем преимуществом, что консольные и подвесные пролеты не требуют подмостей для своего сооружения и могут быть собраны навесным способом. Средний пролет подвешивается между двумя консолями посредством шарнирного соединения, передающего в законченном сооружении лишь поперечные силы. Закрепление анкерного пролета играет весьма важную роль в обеспечении устойчивости сооружения и требует соответствующего внимания со стороны проектировщика.
Висячие мосты. Висячим называется мост, проезжая часть которого поддерживается кабелями, протянутыми между пилонами и надежно закрепленными для обеспечения устойчивости всего сооружения в целом.
Главные несущие кабели можно изготовлять из стальных проволок или собирать из тяг с проушинами. Американские проектировщики, по-видимому, предпочитают первый способ.
Для равномерного распределения нагрузки вдоль кабелей к ним при помощи параллельных подвесок присоединяются фермы жесткости. Они целиком или частично располагаются ниже кабелей и обеспечивают сохранение последними параболической формы при любых условиях загружения.
В качестве средства для перекрытия больших отверстий висячий мост предшествовал консольному типу. Консольные мосты в значительной мере заменили в железнодорожном строительстве висячие мосты вследствие своей большей жесткости и устойчивости.
Висячие мосты наиболее удобны и экономичны в качестве автодорожных или пешеходных мостов, перекрывающих большие отверстия.
Для закрепления кабеля, как и для заанкеривания консольных мостов, обычно устраивается ростверк из двутавровых балок, заделанный в каменной или бетонной кладке, которая глубоко закладывается в грунт.
Учебник монтера пути - Мосты
В местах пересечения крупных водотоков, а также водотоков с весенней подвижкой льда сооружают мосты.
Искусственные сооружения типа моста, построенные при пересечении железной дорогой большого оврага, долины, сухого лога, называются виадуком, а при пересечении одной железной дороги с другими в разных уровнях — путепроводом.
В городах, а также на подходах к мостам вместо насыпи возводят эстакады, у которых пролетное строение поддерживается рамными опорами.
Характеристики мостов.
Мост (рис. 27) состоит из пролетных строений и опор. Крайние (береговые) опоры называются устоями, промежуточные — быками. Опоры сооружают из камня, бетона, железобетона, металла и дерева. Береговые опоры поддерживают концы пролетных строений и соединяют мост с насыпью. По числу пролетов мосты бывают одно-, двух- и многопролетные.
Место пересечения водотока мостом называется мостовым переходом.
К мостовым переходам относят и прилегающие насыпи подходов, заканчивающиеся конусами у устоев.
Высотой моста называют вертикальное расстояние от верха фундамента устоя (обреза) до подошвы рельсов.
Рис. 27. Части и характеристики моста:
1 — конус; 2 — устой; 3, 4, 5 — пролетные строения; 6 — быки; 7 — опорные части пролетного строения
Основной характеристикой пролетного строения является его расчетный пролет lР, т. е. длина между центрами опорных частей пролетного строения. Схемы мостов обычно выражают числом и величиной расчетных пролетов. Например, мост, имеющий три расчетных пролета длиной 15, 20 и 50 м, будет иметь схему 15+20+50.
Основной характеристикой моста как водопропускного сооружения является величина его отверстия, т. е. сумма расстояний l0 между гранями опор в пролетах, которые пропускают воду при наивысшем уровне ее поднятия.
Полной длиной моста L называют длину между крайними гранями устоев, соприкасающихся с насыпью.
По протяженности мосты делят на малые длиной до 25 м, средние — от 25 до 100 м, большие — от 100 до 500 м и внеклассные — более 500 м.
В водотоке у моста различают два горизонта воды: горизонт высоких вод (Г.В.В.) с вероятностью появления один раз из 300 случаев, горизонт меженных вод (Г.М.В.) — установившийся после спада высоких вод горизонт.
На реках судоходных или сплавных железнодорожные мосты должны иметь такую высоту, чтобы между Г. М. В. и низом пролетного строения в судоходных или сплавных пролетах обеспечивался установленный подмостовой габарит. При недостаточных размерах подмостового габарита для пропуска судов устраивают разводные, вертикально-подъемные, раскрывающиеся или поворотные пролетные строения.
В зависимости от материала пролетного строения различают мосты металлические, бетонные, каменные, железобетонные и деревянные. При этом опоры моста могут быть из другого материала.
По конструкции пролетного строения мосты делят на балочные, арочные, висячие и комбинированные (рис. 28). В балочных мостах главные фермы (или балки) под действием вертикальных нагрузок передают на опоры только вертикальное давление (рис. 28, а); в арочных мостах (рис. 28,б) пролетные строения передают на опоры как вертикальное, так и горизонтальное усилия. Арочные системы применяются в каменных, бетонных и железобетонных мостах, а в металлических — при перекрытии ими больших пролетов.
В рамных мостах пролетное строение и опоры представляют нераздельную конструкцию в виде рам, состоящих из балок (ригелей) и опор (стоек) (рис. 28, в).
Рамные конструкции применяются в путепроводах при перекрытии небольших пролетов.
В висячих мостах на береговые опоры передается вертикальное и горизонтальное давление. Висячая система обладает большой гибкостью и применяется главным образом в автодорожных, городских и пешеходных мостах.
Рис. 28. Системы мостов:
а — балочный; б — арочный; в — рамный: г — висячий; д — арочный с ездой посередине
В комбинированных мостах используют комбинации разных систем. Кроме того, мосты могут быть с ездой понизу (рис. 28, г), поверху (см. рис. 28, а, б, в) и посередине (рис. 28, д). В мостах с ездой поверху рельсовый путь располагают сверху пролетного строения, в мостах с ездой понизу — в нижней его части. Проезжую часть в мостах с ездой посередине устраивают в пролетных строениях арочного типа, конструкция которых называется аркой с затяжкой (см. рис. 28, д).
Металлические мосты.
Пролетное строение металлических мостов состоит из главных ферм (или балок), связей между фермами (балками), проезжей части, мостового полотна и опорных частей.
Рис. 29. Металлическое пролетное строение со сквозными фермами:
1 — подферменники; 2 — опорная поперечная балка; 3 — опорный раскос; 4 —поперечная балка; 5 — верхняя распорка; 6 — верхние связи; 7 — верхний пояс; 8 — узел; 9 — мостовое полотно; 10 — нижний пояс; 11 — продольные балки; 12 — нижние связи; 13 — опорные части
Рис. 30. Опорные части:
а — неподвижная с шарниром; б — подвижная катковая; в — подвижная со срезанными катками; г — подвижная секторная; д — тангенциальная
В малых металлических мостах применяют пролетные строения с клепаными сплошными и сварными балками, а в мостах с большими пролетами — ферменного типа (рис. 29).
В пролетных строениях с ездой поверху мостовые брусья укладывают на верхние пояса балок. В пролетных строениях с ездой понизу мостовые брусья укладывают по балкам проезжей части, прикрепляемым к основным балкам, называемым главными балками, посредством поперечных балок проезжей части.
Пролетное строение опирается на опоры посредством специальных опорных частей (рис. 30). Под одним концом пролетного строения укладывают неподвижные опорные части, под другим — подвижные; неподвижные опорные части удерживают пролетное строение от угона, подвижные обеспечивают свободу перемещения фермам или балкам при прогибах их под подвижным составом, а также при изменении их по длине под влиянием температуры.
Устои бывают разных типов (рис. 31).
Углубление в верхней части устоя для установки пролетного строения называется шкафной частью. Стенка устоя, которая ограничивает шкафную часть, называется шкафной стенкой. Снизу шкафная часть ограничивается подферменной площадкой, на которой укладывают подферменные гранитные камни или железобетонные подферменники. Для отвода воды с подферменной площадки устраивают уклон к ее краям. Камни, уложенные сверху по краям устоя и поддерживающие балластный слой, называются кордонными камнями. Деревянные брусья, лежащие на кладке шкафной стенки устоя, называются мауэрлатными брусьями.
В промежуточных опорах (быках), как и в устоях, различают фундамент, тело опоры, подферменную площадку со сливом и подферменники (рис. 32).
Рис. 31. Типы устоев мостов:
а — с обратными стенками; б — массивный; в — таврового типа; г — с проемом; д — обсыпной; е — раздельный; 1 — шкафная стенка; 2 — подферменная площадка; 3 — подферменник; 4 — передняя стенка устоя; 5 — обратная стенка устоя; 6 — фундамент
Рис. 32. Промежуточные опоры моста: а — бык с водорезом; б — бык с ледорезом; 1 — фундамент; 2 — подферменники; 3 — подферменная площадка; 4 — кладка быка; 5 — ледорез; 6 — водорез
Рис. 33. Конструктивные части каменных и бетонных мостов:
1 — свод; 2 — щековые стены; 3 — заполнение пазух; 4 — пяты свода; 5 — изоляция;
6 — замок свода; 7 — деформационный шов; 8 — боковая стенка устоя; 9 — бетонный ростверк; 10 — сваи
Быкам, расположенным на сухом месте, в плане придают прямоугольную форму; русловым быкам придают обтекаемые формы полуциркульного, треугольного или заостренного очертания. На реках с ледоходом в зависимости от толщины льда и скорости течения воды быки устраивают с ледорезами, режущие ребра которых располагаются к горизонту с наклоном для разлома надвигающегося на них льда.
Каменные и бетонные мосты сооружают исключительно арочными (рис. 33). Они состоят из свода (арки), опор, надсводного заполнения, щековых стенок, изоляции и пути.
Аркой или сводом называют часть моста, которая воспринимает всю нагрузку и передает ее опорам. Часть арки, которой она опирается на опору, называется пятой свода (арки), а середина арки называется ключом или замком свода.
Щековые стенки опираются на свод и служат в качестве балластного корыта, нижнюю часть которого составляет забутка, т. е. заполнение из тощего бетона или безрастворной кладки.
Поверхность забутки планируют с продольными и поперечными уклонами не менее 0,03 к пониженным местам, в которых устанавливают водоспускные трубки, прикрытые со стороны балласта защитными колпаками. Вся поверхность забутки покрывается изоляцией, которая в местах водоспускных трубок заправляется под них.
Железобетонные мосты.
Железобетонные мосты при длине расчетного пролета до 4—5 м устраивают с плитными пролетными строениями, при длине свыше 5 м — с ребристыми пролетными строениями, при средней длине — арочного типа.
Плитное пролетное строение представляет собой сплошную железобетонную плиту с боковыми консолями и бортами для удержания балластной призмы (рис. 34).
Рис. 34. Плитное железобетонное пролетное строение: 1 — изоляция; 2 — балластное корыто; 3 — плита
Рис. 35. Ребристое пролетное строение:
1 — балки-ребра; 2 — диафрагмы; 3 — изоляция; 4 — борта балластного корыта
В ребристых пролетных строениях (рис. 35) основным несущим элементом являются продольные балки-ребра, соединенные одна с другой поперечными диафрагмами. В верхней части ребристое пролетное строение имеет консольное устройство для балластного слоя. Под балластным слоем укладывается изоляция.
На некоторых железобетонных мостах балластное корыто отсутствует и деревянные подрельсовые поперечины укладываются непосредственно на железобетонные балки. Такая конструкция уменьшает массу пролетного строения и расход бетона.
Мостостроение
Мостостроение на железных дорогах — комплекс работ по созданию железнодорожных мостов и других искусственных сооружений мостового типа (виадуков, путепроводов, эстакад), включая стадии изыскания, проектирования, строительства, а также содержания при эксплуатации. Развитию переходов, истоки которого уходят в глубь веков, способствовало появление ж. д. Необходимость сооружения мостов при строительстве железных дорог диктуется условиями прокладки железнодорожного пути по пересечённой местности — через реки, овраги, ущелья, др. дороги. Первые железнодорожный мосты в России были построены на Алтае в 1806—09. При прокладке П. К. Фроловым рельсового пути на Колывано-Воскресенских рудниках было сооружено два дерев, виадука (длиной 350 и 34 м) и дерев, мост на 20 каменных опорах высотой 11м, каждая из которых стояла на 16 сваях. Пролёты моста были перекрыты 13-метровыми дерев, арками. На первой в мире Стоктон-Дарлингтонской железной дороги общего пользования, построенной в 1825 в Англии Дж. Стефенсоном, наряду с др, искусств. сооружениями также бил возведён мост. В начальный период в основные строили дерев, мосты, в элементах которых применялись многораскосные фермы Тауна (рис. 1). В конструкциях мостового типа они сохраняются долгое время наряду с балочными фермами Лонга.
Рис. 1. Мостовые фермы Тауна.
В 1835 амер. инж. В. Гау предложил решётчатые фермы, в которые вместо дерев, стоек были включены металлической тяжи. Фермы Гау (рис. 2) впервые были использованы при строительстве моста в Америке в 1840, времени в оси. закончилось конструктивное оформление главных элементов мостов, выработаны строительные приёмы их возведения.
По виду конструкции сложились основные системы мостов: балочные, арочные, рамные, висячие, вантовые. Особую группу составили наплавные и разводные мосты, а также сборно-разборные мосты, сооружаемые главным образом как временные. В дальнейшем конструкция элементов изменялась, предлагались различных формы сечений балок и ферм, виды соединений (болтовые, заклёпочные, сварные) и т. д. Для изготовления основные элементов — мостовых опор и пролётных строений — используются разные материалы. В зависимости от этого различают дерев., кам., бетонные, ж.-б. и металлической (стальные) мосты. На первых железных дорог основные материалом для мостов служило дерево, позднее стали использовать комбинир. конструкции, когда часть наиболее ответвительных элементов изготовлялась из металла. Со временем металлической мосты стали преобладать на ж. д., хотя в ж.-д. М. известны дерев., железобетонные и каменные мосты.
Крупный шаг в М. был сделан в России при прокладке Петербург-Московской железной дороги (1842—52), на которой было запроектировано 184 моста, 19 путепроводов, 69 водопропускных труб. Ж.-д. мосты были сооружены через pp. Волхов, Мету, Волгу, Тверцу. Все крупные мосты, спроектированные и построенные Д. И. Журавским, были деревянными с фермами Гау. На переходе через Веребьинский овраг был построен мост с неразрезной фермой, имевшей 9 пролётов по 54 м. Журавский не только предложил усовершенствованную конструкцию (ферма Гау — Журавского), но и создал теорию расчёта мостов, разработал свои методы моделирования в М. Большой вклад в М. в последующие годы внесли рус. учёные: С. В. Кербедз, Н. А. Белелюбский, Л. Д. Проскуряков. По их проектам сооружались мосты на вновь строящихся железнодорожная линиях.
По мере появления и распространения таких строительных материалов, как железобетон и сталь, применение в мостах дерев. элементов уменьшилось, однако дерев. мосты капитального типа остались на отечественных железнодорожная линиях общей сети ниже II категории и на ж.-д. путях предприятий. Кроме того, строят деревянными временные мосты, как правило, балочно-эстакадного типа с пролётными строениями в виде прогонов или простых пакетов. При их сооружении используют элементы заводского изготовления, применяют спец. меры зашиты дерева от гниения и возгорания. В дерев, мостах используется древесина сосны, ели, лиственницы, пихты; для мелких соединит, деталей — отборная древесина твёрдых лиственных пород (дуба, ясеня, бука, граба).
Каменные материалы нашли широкое применение в М. в силу таких качеств, как долговечность, надёжность, минимум затраты на содержание. Кам. мосты массивны, имеют значит, собств. вес, поэтому малочувствительны к увеличению массы подвижного состава, меньше других реагируют на удары при движении поездов, при езде по ним производится меньше шума. В 19 в. использование камня в М. достигло больших масштабов. Кам. железнодорожный мосты были построены во Франции, Германии, России, Люксембурге. В кон. 19 — нач. 20 вв. кам. мосты уступили место бетонным и железобетонным, стальным, но др. элементов мостов. Ж.-б. мосты (арочные и балочные, реже — рамные) на ж. д. России строились с кон. 19 в., но редко — из-за недостаточной проработки технологии и большого объёма монтажных работ. Первые такие мосты были монолитными, сооружались на месте в деревянной опалубке. Наряду с этим велось строительство мостов со стальными пролётными строениями, которые были более выгодны и удобны в силу относительно меньшей монтажной массы. По этой причине в М. до 80-х гг. 20 в. в оси. были распространены стальные пролётные строения. Следующий шаг в применении железобетонных конструкций при строительстве мостов был сделан в начале 50-х гг., когда развернулась интенсивная работа по индустриализации строит, производства, типизации и унификации железобетонных элементов. В М. стали применяться сборные мостовые конструкции заводского изготовления, из предварительно напряжённого железобетона. Индустриальные железобетонные конструкции пролётных строений были прежде всего внедрены в наиболее массовых малых и средних железнодорожных мостах, что позволило успешно применять их вместо металлической элементов и экономить дефицитную сталь. В последующие годы были разработаны серии пролётных строений из сборного, в т. ч. предварительно напряжённого, железобетона (пролёты от 3,55 м до 26,9 м), создана индустриальная база для их изготовления, спроектировано и изготовлено оборудование для перевозки пролётных строений по железным дорогам и для их монтажа; подготовлена нормативная база для проектирования надёжных и долговечных конструкций. Наибольшее применение в строительстве железнодорожных мостов нашли плитные и ребристые пролётные строения, масса и габаритные размеры которых позволяют перевозить их по железным дорогам на спец. подвижном составе. Для монтажа таких пролётных строений созданы кон сольные краны. Ж.-б. конструкции, в т. ч и сборные, успешно применялись в сред них и больших пролётах железнодорожных мостов Элементы бетонных и железобетонных мостов изготавливают из тяжёлого бетона, который отвечает требованиям по морозостойкости а часто по водонепроницаемости и стой кости к действию различных агрессивных веществ. Для арматуры применяется стержневая сталь горячекатаная, гладкая и периодич. профиля, а также стержни из термически упрочненной стали периодич. профиля диаметром 6—80 мм в зависимости от марки арматурной стали. Кроме того, в качестве предварительно напряжённой арматуры используют высокопрочную холоднотянутую проволоку (гладкую и периодич. профиля), а также стальные канаты.
I — металлический железнодорожный мост через реку Тахо у Лиссабона (.1962 — 66); II — Квебекский мост через пролив Св. Лаврентия в Канаде (1917); III — совмещённый металлический мост с разводным (подъёмным) пролётом через реку Северная Двина в Архангельске (1975); IV — совмещённый через реку Старый Днепр у Запорожья (1953); V железнодорожный мост через ущелье Раздан в Армении (1987); VI — железнодорожный мост «Британия» на линии Честер — Холихед, построенный Р. Стефенсоном (1856—60); VII — металлический железнодорожный мост
Рис. 8. Схема монтажа с помощью портального грузоподъёмного крана: 1 — портал крана: 2 — ходовая тале иска: 3— грузовая тележка; 4 — блок пролётного строения моста; 5 — опора моста.
В нашей стране созданы специализированные краны для мостов: консольные краны на железнодорожном ходу ГЭК 80 (габаритный электрифицир. кран грузоподъёмностью 80 т) и ГЭГГК 130 (габаритный электрифицир. поворотный кран грузоподъёмностью 130 т). Краны предназначены для монтажа главным образом цельноперевозимых стальных и железобетонных пролётных строений, могут использоваться для установки крупных блоков пролётных строений и опор. В практике ж.-д. мостостроения находят также применение консольно-шлюзовые краны.
При транспортировке пролётных строений или их укрупнённых блоков на плаву сборку ведут в удобном месте на припостроечных полигонах, а затем собранную конструкцию доставляют к месту установки на плавучих средствах (например, опорах). Способ был использован при возведении Лужниковского метромоста в Москве (масса перевезённой части 5,6 тыс. т), Саратовского железнодорожный моста через реку Волгу (масса перевезённой части 3 тыс. т), Красноярского моста через реку Енисей, Рижского моста и др.
Рис. 9. Строительство моста методом навесного монтажа: 1 — мостовая опора; 2 — пролётное строение; 3 — кран; 4, 5 — блоки; 6 — временная опора: 7 — ограждающая ферма.
Рис. 10. Схемы монтажа пролётных строений методом навесного бетонирования балочного неразрезного пролётного строения: а — при одностороннем бетонировании; б — при уравновешенном бетонировании; 1 — анкер; 2 — противовес; 3 — подмости анкерного пролёта; 4 — бетонируемая секция; 5 — ванты; 6 — рама; 1 — гидравлический домкрат; 8 — обстройка опоры.
В мостостроении при сооружении металлической и железобетонных мостов различных систем получил распространение метод навесной сборки или навесного монтажа (рис. 9). При этом заранее доставленные к месту сборки секции пролётных строений заводского изготовления наращиваются равномерно в обе стороны от промежуточной опоры (уравновешенная сборка) либо одна часть пролёта собирается на подмостях, а другая — в навес, когда собранная часть служит противовесом (полунавесная сборка). Так построено большинство современных стальных железнодорожных мостов (через реку Амур у Комсомольска-на-Амуре, через реку Обь у Камня-на-Оби, через реку Сев. Двину в Архангельске).
Довольно широко в мостостроении применяется продольная надвижка пролётных строений (в основные балочных с горизонтальным ниж. поясом), которая может сочетаться с конвейерно-тыловой сборкой. Способ состоит в том, что собираемое на насыпи или подмостях пролётное строение по мере сборки проталкивается в пролёт моста. Чтобы обеспечить прочность надвигаемого пролётного строения в процессе монтажа, на его передний торец прикрепляется спец. устройство — аваноек. В отд. случаях в зависимости от конкретных условий может быть применена поперечная надвижка.
Наряду со сборными железобетонных пролётными строениями индустриального изготовления часто технически и экономически выгодным является применение монолитных пролётных строений. Их сооружают на подмостях или спец. устройствах — кружалах непосредственно в пролёте или ведут монтаж методом навесного бетонирования (рис. 10), используя передвижение опалубки на агрегате, закреплённом на готовой части конструкции. Бетонирование производится последовательно секциями; по мере твердения бетона опалубку передвигают на следующую секцию (шаговый способ). При сооружении уникальных мостов разрабатывают индивидуальные методы монтажа с помощью спец. оборудования. Строительство мостов ведут специализированным передвижные формирования — мостостроительные поезда и отряды (сооружение внеклассных мостов).
Ж.-д. мосты — дорогостоящие и очень ответственные сооружения. С целью продления срока их службы и обеспечения необходимой эксплуатационных надёжности они нуждаются в постоянном надзоре и уходе. Обследования и испытания мостов, находящихся в эксплуатации, проводят регулярно в плановом порядке с определенной периодичностью. Правила технической эксплуатации железных дорог и Инструкции по содержанию искусственных сооружений регламентируют работы, связанные с эксплуатацией и текущим содержанием мостов на всей сети железных дорог Выполнение их возложено в основные на работников дистанций пути. В определенные сроки, а также в случае необходимости (после аварии, при увеличении нагрузок и т. п.) проводятся капитальный ремонт и усиление.
Металлические мосты
Металлические мосты — это строения с преимущественно стальными пролетными строениями и стальными опорами.
Одной из разновидностей сооружений являются железнодорожные, которые строятся через водные или иные препятствия для последующей укладки полотна. Путепроводы, виадуки и эстакады также являются разновидностью железнодорожных пролетных конструкций.
Железнодорожный мост состоит из пролетных строений, путей и опор, которые поддерживают конструкцию. Фундаменты опор закладываются на прочном грунте или на сваях. Опоры служат основанием для пролетных строений, позволяя им поворачиваться и перемещаться под нагрузкой или при изменении климатических условий. Продольное строение является совокупностью балок, ферм, а также связей между ними и мостового полотна.
Наиболее распространенным материалом для этого типа сооружений является металл, который стал популярен благодаря своей прочности и надежности, а также небольшой массе. 70% ЖДМ являются стальными. При этом металлические конструкции не лишены недостатков, которыми являются большой расход металла и необходимость обслуживания и защиты от коррозии.
К ЖДМ предъявляются особые требования по надежности и прочности из–за высокой нагрузки, ложащейся практически на всю длину сооружения. Архитектура такой конструкции может быть различной.
Основные перимущества мостов из металла
Технологичность изготовления и сборки — главное достоинство металлических конструкций для строительства. Элементы конструкций производятся на оборудованных предприятиях и поставляются на место стройки, где производится их монтаж. Сборка может быть полностью механизированной, благодаря чему становится возможным произвести строительные работы в кратчайшие сроки.
Благодаря универсальности и простоте конструкции металлических пролетных строений мосты могут возводиться в горной местности, через крупные реки (в том числе и с интенсивным судоходством).
Надежность из весьма высока. На обслуживание требуется меньше средств, а сроки службы гораздо больше. Если выполнены все необходимые мероприятия по защите металла от коррозии, а осмотр металлоконструкций на наличие дефектов выполняется регулярно, такие мосты не уступают по надежности и долговечности железобетонным.
Основные элементы металлических мостов
Высокое качество стали и ее характеристики позволяют изготовлять постройки самых разнообразных конструкций и типов.
Выделяются следующие основные типы:
- Балочные — наиболее распространенный на сегодня вид мостов из металла. Технология строительства позволяет перекрывать балками не только средние пролеты, но и исключительно большие (до 500 метров), что часто бывает необходимо при строительстве моста через крупную реку или пролив. Отличительной особенностью сооружний является то, что на опоры оказывается только вертикальное давление, это значительно облегчает строительство при большой высоте опор. БСооружения этого типа имеют сравнительно простую конструкцию, что облегчает их монтаж.
- Арочные — являются распорной системой. Они требуют меньших затрат стали, чем балочные конструкции. Однако это налагает некоторые ограничения на использование конструкций такого типа, так как из–за передачи распора опоры должны выдерживать значительную нагрузку. Арочные металлоконструкции наиболее целесообразны при возведеннии объектов на хороших грунтах. В других случаях монтаж может быть затруднен, особенно при значительной высоте опор. Наиболее часто арочные мосты возводятся в городах. При этом он имеет арки сплошного сечения. При строительстве автодорожных объектов применяются арки с балками жесткости. В этом случае арка устанавливается в виде полигонального жесткого пояса. Также арочные конструкции могут быть неразрезными и консольными, однако эти системы не распространены.
- Висячие — основными несущими элементами которых являются стальные кабели, цепи или ванты. Если эти элементы закреплены в грунте при помощи растяжек, их можно отнести к распорным сооружениям. Для того, чтобы увеличить вертикальную жесткость, они снабжаются балками жесткости.
- Комбинированные строятся из балок или ферм, которые дополнены нижним поясом в виде гибкой арки или шпренгеля. Благодаря особенностям комбинированных конструкций регулирование усилий в их элементах может быть искусственным. Это, в свою очередь, дает возможность удешевить строительство. К комбинированным ММ также относятся сквозные фермы с жестким нижним или верхним поясом.
Металлические пролетные строения мостов
Массовое применение металлических мостов началось в середине прошлого века. Причиной возросшего интереса к этой технологии строительства стало внедрение сварки при производстве элементов мостов на предприятиях, а также начало использования болтовых фрикционных соединений вместо заклепочных при изготовлении элементов и монтаже. Одновременно с этим стали использоваться стальные фермы и балочные пролеты.
В то же время была разработана база для проектирования типовых пролетных строений — параметры и конструктивные решения, нормы для строительства, рассчитанные на основе их предельных состояний, необходимые марки сталей и требования к их свойствам.
В дальнейшем производилась разработка типовых проектов. С 1995 года происходит пересмотр требований металлических пролетных строений. Кроме надежности и долговечности появились новые характеристики конструкций, такие как: качество езды (если речь идет о железнодорожных строениях), снижение затрат на обслуживание и эксплуатацию, эстетический вид.
Строительство металлических мостов
В настоящее время при строительстве становится заметной тенденция к экономии металла и стремлению сделать процесс изготовления и монтажа мостовых конструкций менее трудозатратным. Для этого используется высокопрочные марки стали, сварные конструкции, особые типы монтажных соединений и конструкций пролетов.
Одним из самых технологичных элементов современных ММ являются ортотропные плиты, которые часто используются при возведении автодорожных и городских мостов. Эти конструкции одновременно являются несущим настилом проезжей части, ездовыми поясами главных балок и ферм, при этом исключая необходимость установки продольных связей.
Разработка деталировочных чертежей
На основании разработанного проекта выполняются деталировочные чертежи. Чертежи этих объектов несколько отличаются от чертежей КМД строительных конструкций: их разработка на сегодняшний день не полностью автоматизирована и требует профессиональных конструкторских знаний.
Изготовление конструкций стальных мостов
Для изготовления конструкций ММ на заводе ЧЗМК выделен отдельный участок, оборудованный автоматической сваркой, стендом для сборки и другими приспособлениями. Имеется свой штат специально обученных сварщиков, контролеров ОТК, своя мостовая инспекция.
Элементы металлических мостов
Основными элементами являются балки, фермы, арки и др.
Элементы моста:
Пролётные строения+опоры. В пролётных строениях выделяю след. Основные части:
-проезжая часть-служит для пропуска авто, пешеходов и др.
Мостовое полотно-совокупность всех эл-тов, расположенных на плите проезжей части, предназначенных для обеспечения нормальных условий безопасного движения тр-ных средств и пешеходов, отвода воды с проезжей части. Она включает в себя: одежду ездового полотна, тротуары, ограждающие устройсива, устройства для водоотвода, обогрева и освещения, деф.швы и сопряжение моста с подходами.
Несущая частьпролётного строения-воспринимает собственный вес и временные подвижные нагрузки и передаёт через опорные части на опоры.
Опорные части-спец.эл-ты пролётного строения, с помощью которых опорные воздействия от несущей конструкции передаются на опоры в строго заданном месте для обеспечения благоприятных условий работы пролётного строения. Обеспечивает поворот и прод.смещение пролётного строения.
Опоры мостов- воспринимают нагрузку от пролётного строения и передают её на грунты основания через фундамент или на воду.
Ширина моста(В) –расстояние между перилами в свету.
Ширина пролётного строения- Во-расстояние между осями крайних балок или ферм.
Длина моста-расстояние между задними гранями устоев.
Расчётный пролёт-горизон.проекция, расстояние между точками опиранияпрол.строения, измеряемая по оси моста.
Отверстие моста-гориз.размер между внутренними гранями устоев или конусами насыпи, измеренный при РУВВ с исключением толщины промежуточных опор.
Высота моста- высота от уровня проезжей части по оси моста до УМВ.
Строительная высота прол.стр.- расстояние от пов-сти проезжей части до самого низа конструкции прол.строения.
Свободная высота над мостом-расст-ние между низом прол.стр. до УВВ.
Начало моста- первое по ходу отсчёта километража точка, соединяющая концы открылков устоев или прол.строения с осью моста, без учёта переходных плит.
Назначение ширины мостовых сооружений
Ширину моста и др. иск.сооружений устанавливают на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО) в зависимости от интенсивности автомобилей и пешеходов на дороге.
Ширина моста включает в себя проезжую часть, полосу безопасности, разделительную полосу, тротуары и перильное или защитное ограждения.
Габарит моста – контур в плоскости перпендикулярный оси проезжей части, внутрь которого не должны заходить никакие элементы сооружения или расположенные устройства. . Их назначают в зависимости от категории автодороги, числа полос движения n и ширины полосы движения b. nb – ширина проезжей части.
| кат.дороги | n | nb, м | ширина полосы безоп., м | габарит |
| I | 11,25х2 | Г-(13,25+С+13,25) 2(Г-15,25) | ||
| II | 7,5 | Г-11,5 | ||
| III | 1,5 | Г-10 | ||
| IV | Г-8 | |||
| V | 4,5 | Г-6,5 |
При назначении разделительной полосы в габарит добавляется ее ширина. В нее входят прилегающие к ней полосы безопасности.
По условиям безопасности движения ширина разделительной полосы д.б. более 2 м.
Для пропуска трамвайных путей по городским мостам и путепроводам выполняют полосу 7,5 м шириной. При втопленных в проезжую часть рельсов полосу трамвайного движения не защищают предохранительными полосами.
При не втопленных рельсах полосу трамвайного движения защищают предохранительными полосами с одной или двух сторон.Ширину проезжей части разрешается увеличивать за счет уменьшения ширины предохранительной полосы на развязках, съездах и выездах.Ширину тротуара назначают по расчету в зависимости от расчетной интенсивности пешеходов в час.
Разбивка моста на пролеты
Пролет моста - горизонтальное расстояние между смежными опорами моста или пролетного строения. Разбивка отверстия моста на пролеты и назначение величины отдельных пролетов производятся в зависимости от характера и режима реки, от условий судоходства(Пролеты для пропуска судов располагают в основном русле над судовым ходом и ставят так, чтобы опоры моста не стесняли движение судов. Количество и размер судоходных пролетов определяется требованиями судоходства с требованиями основных подмостовых судоходных габаритов) или сплава, а также по экономическим и техн. соображениям. Различают полный пролет (L), пролет в свету (L0) и расчетный пролет (Li).
Читайте также: