книги из ГПНТБ / Толмачев, К. Х. Регулирование напряжений в металлических пролетных строениях мостов

К. х. ТОЛМАУЕВ,

канд. техн, наук, дон.., член-корреспондент

Академии строительства и архитектуры СССР

РЕГУЛИРОВАНИЕ

НАПРЯЖЕНИЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ

СТРОЕНИЯХ МОСТОВ

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА И ШОССЕЙНЫХ ДОРОГ РСФСР

Москва 1960

ПРЕДИСЛОВИЕ

Всоответствии с решениями XXI съезда КПСС намечена боль­ шая программа строительства автомобильных и железных дорог. Наряду с этим в текущем семилетии предполагается построить много автодорожных, городских и железнодорожных мостов.

Врешениях Партии и Правительства первостепенное значение

придается наиболее эффективным направлениям капитальных вло­

жений, позволяющим достичь снижения стоимости строительства, повышения производительности труда и сокращения расхода ма­ териалов.

При постройке мостов первое место будет принадлежать сбор­ ным железобетонным мостам с предварительно напряженной арма­

турой. Однако разнообразие условий строительства в нашей стране вызывает необходимость постройки металлических мостов. Задача инженеров-мостовиков заключается в том, чтобы проектировать и строить металлические мосты с наименьшим расходом дефицитной стали.

Наряду с многими конструктивными и технологическими прие­ мами, позволяющими снизить расход металла на изготовление пролетных строений, в последнее время в практику мостостроения все больше внедряется регулирование напряжений.

В отечественной и зарубежной литературе вопросам регулирова­ ния напряжений посвящены лишь журнальные статьи с описанием отдельных методов регулирования. Полностью отсутствуют книги и пособия, в которых обобщался бы опыт применения регулиро­ вания напряжений, способствующий прогрессу мостостроительной

техники.

Настоящая книга имеет целью в некоторой степени восполнить

этот существенный пробел в мостостроительной литературе. По­ пытка автора изложить основы регулирования напряжений в кон­ струкциях поможет распространить эти методы проектирования и постройки металлических мостов.

Вопросы регулирования в книге освещены на основе упругого метода, так как изложение этих вопросов в свете теории расчета по предельным состояниям выходило бы за пределы характера кни­

ги, имеющей целью систематизировать и обобщить существующие методы регулирования в мостовых конструкциях. Вопросы регу­

3

Глава I

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЯХ

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

В каждом сооружении в процессе его постройки возникают на­

пряжения, зависящие от методов производства работ, от постоян­

ной нагрузки, и собственные напряжения, не зависящие от внешних воздействий, например, от усадки и экзотермии бетона, наличия лишних связей и т. п.

Таким образом, при удалении подмостей или после раскружали-

вания сооружение находится в напряженном состоянии не только ст постоянной нагрузки, но и от других факторов, значительно из­ меняющих общее напряженное состояние.

Чтобы получить напряженное состояние только от постоянной нагрузки, к сооружению часто нужно приложить предварительные усилия, устраняющие влияние остальных силовых факторов. На­

пример, при навесной сборке в момент, предшествующий замыка­ нию, пролетное строение будет состоять из двух полуконсолей с

соответствующим распределением усилий. В этом случае воздей­ ствием гидравлических домкратов, установленных в среднем сече­ нии, можно добиться напряженного состояния, соответствующего постоянной нагрузке.

Приложением дополнительных усилий, изменением уровня опор

или другими мерами всегда можно достигнуть целесообразного рас­

пределения усилий в сечениях пролетного строения или перерас­ пределения напряжений в рассматриваемых сечениях. Эти искус­ ственные методы, позволяющие получить наиболее выгодные или целесообразные в каждый данный момент сочетания напряжений в элементах конструкций пролетных строений мостов, называются регулированием напряжений.

Таким образом, регулирование напряжений представляет со­ бой разумное использование методов создания предварительных напряжений с целью получения наиболее благоприятного напря­ женного состояния в элементах сооружений, позволяющего пол ностью использовать механические свойства материалов.

Регулированием напряжений можно решать самые разнообраз

О

ные задачи, связанные с проектированием, постройкой, эксплуата­ цией, усилением и восстановлением мостов.

Например, теоретическими и опытными исследованиями дока­ зано участие элементов балочной клетки и связей в работе главных ферм. Поскольку в поперечных балках возникают напряжения от изгиба в горизонтальной плоскости тем больше, чем длиннее пролет моста, то для уменьшения этих напряжений необходимо элементы проезжей части разделить на несколько самостоятельных участков.

Этого можно достигнуть устройством продольно подвижных креп­ лений продольных балок к поперечным или введением в продоль­

ные балки поперечных швов.

Этим примером далеко не исчерпываются конструктивные приемы, с помощью которых можно устранить дополнительные напряжения. Они находят себе место и при конструировании ароч­ ных и других систем металлических пролетных строений. Такие кон­ структивные меры являются элементами регулирования, так как, применяя их, можно изменить характер напряженного состояния элементов пролетных строений.

Значительно шире регулирование напряжений применяют в про­ цессе производства работ и, в частности, при монтаже пролетных строений. Например, выбрав соответствующий порядок монтажа,

можно уменьшить дополнительные напряжения в поперечных бал­ ках. Если продольные балки склепать с поперечными после осво­ бождения от подмостей, то дополнительные напряжения в попереч­

ных балках, возникающие от собственного веса пролетного строе­ ния, будут устранены. При этом относительное уменьшение допол­

нительных напряжений будет тем больше, чем больше отношение постоянной нагрузки к временной, т. е. чем больше пролет фермы.

Подобный метод часто применяют для освобождения связей от до­ полнительных напряжений при постоянной нагрузке.

Известно, что при установке пролетных строений на опоры про­

дольной надвижкой также применяют методы регулирования,

устраняя прогибы и соответствующие им монтажные усилия и на­ пряжения. В процессе монтажа пролетных строений приходится применять регулирование для включения в работу отдельных эле­ ментов и для достижения нужной величины усилий в этих элеменiax. Регулирование, осуществляемое для устранения монтажных напряжений, является вспомогательным действием, так как имеет целью достигнуть соответствия действительного напряженного со­ стояния проектному.

Регулирование напряжений получило большое распространение для устранения или уменьшения усилий от постоянной нагрузки в отдельных сечениях или элементах пролетных строений. Оно с этой целью применяется при строительстве арочных и висячих ме­

таллических мостов. Например, устанавливая временный шарнир при монтаже балки жесткости висячего моста, можно избавиться от изгибающего момента, возникающего в этом сечении от посто­ янной нагрузки.

Регулирование напряжений для разгрузки элементов пролетных

б

строений от влияния постоянной нагрузки имеет совершенно иной качественный смысл. В этом случае при помощи искусственных мер проводится вмешательство в распределение усилий для облегчения сечений отдельных элементов пролетных строений мостов. Измене­ ние напряженного состояния пролетных строений при помощи ре­ гулирования применяют также для устранения деформаций и тер­ мических напряжений, возникающих при изготовлении сварных конструкций. Можно привести ряд конкретных примеров примене­ ния предварительных выгибов элементов, обратных тем деформа­ циям, которые возникают при сварке.

Регулирование можно применять и для устранения местных на­

пряжений другого происхождения, например, напряжений в эле­ ментах ферм от жесткости узлов.

Значительного эффекта можно достигнуть, придавая конструк­ циям предварительные напряжения, обратные по знаку напряжени­ ям от внешних нагрузок. Таким путем за счет продления упругой стадии работы можно увеличить прочность, жесткость и устой­ чивость конструкций. Методы регулирования для достижения этой

цели весьма многообразны. К их числу можно отнести предвари­

тельный выгиб балок, изменение уровня опор неразрезных систем,

создание шпренгельной системы с применением высокопрочных

сталей и др.

Особое место принадлежит регулированию при проектировании и постройке металлических мостов, объединенных с железобетон­

ной плитой проезжей части. Включая плиту в совместную работу с балками, можно существенно сократить расход металла. Приме­

нение регулирования открывает путь для дальнейшей экономии металла и расширяет экономичный предел величины пролетов мо­ стов объединенных систем. Особое значение приобретает примене­ ние специальных мер для включения в работу железобетонной пли­ ты на участках с отрицательными моментами в неразрезных и кон­ сольных балках, где плита находится в растянутой зоне.

Не меньшее значение имеет регулирование напряжений при усилении и восстановлении мостов, что подтверждается многочис­ ленными примерами из практики проектирования и строительства.

.Регулирование напряжений может быть достигнуто самыми раз­ личными приемами, в основе которых лежит единый принцип. Ка­ кие бы задачи ни были поставлены, действие регулирования сво­ дится к искусственному созданию усилий, которые бы противодей­ ствовали возникновению нежелаемых усилий. Например, если в процессе монтажа в каком-то элементе ' возникает вредное уси­ лие N, то для его устранения необходимо приложить к элементу усилие такой же величины, но обратное по знаку. В этом положе­ нии данный элемент вступит в работу на постоянную нагрузку практически с нулевым усилием.

Если перед регулированием поставлена задача усилить пролет­

ное строение с тем, чтобы оно могло воспринять добавочный изги­ бающий момент Л4г, то искусственными мерами надлежит вызвать

7

момент—Л13. В этом случае усиляемое пролетное строение смо-

жет прочно воспринять изгибающий момент

М = Мв + Afg,

где А4о — изгибающий момент, на который было ранее запроекти­ ровано усиляемое пролетное строение.

Таким образом, основным принципом регулирования является

искусственное создание в регулируемом элементе усилий, обратных

по знаку усилиям, возникающим в эксплуатационных условиях. Этот принцип необходим в каждом случае регулирования, но

недостаточен. Искусственно приложенное при регулировании уси­ лие должно быть сохранено по величине и направлению на все время эксплуатации сооружения. Можно, например, вызвать в од­ нопролетной балке отрицательный изгибающий момент путем под­ домкрачивания ее в середине пролета с временной опоры. Однако

этот изгибающий момент будет существовать лишь до удаления

временной опоры, значит этот прием приложения отрицательного

момента к балке не является регулированием напряжений. Таким образом, кроме приложения усилий нужной величины и знака,

искусственное регулирование предопределяет необходимость фикса­

ции усилий в сечениях или элементах. Это является вторым непре­ менным условием регулирования напряжений.

Задачи, поставленные перед искусственным регулированием, могут быть решены: перераспределением изгибающих моментов в элементах пролетных строений; созданием в системе пролетных

строений дополнительных усилий при помощи домкратов или дру­ гих средств; видоизменением эпюр распределения внутренних на­ пряжений; введением в систему пролетных строений дополнитель­ ных предварительно напряженных высокопрочных элементов.

В данной книге вопросы регулирования рассматриваются с точ­

Методика расчета по предельным состояниям принимает за пре­ дельное такое состояние, которое соответствует непосредственно

объективному пределу или ограничению условий эксплуатации со­ оружений. Таким образом, предельное состояние соответствует таким расчетным состояниям, при которых сооружение перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям.

Для мостов, отличающихся простотой в эксплуатации, понятия предельных состояний, сформулированные строительными нормами и правилами, можно объединить в единую систему. Установлены

три вида предельных состояний.

Первое предельное состояние характеризует появ­ ление в сооружении деформаций, которые ' вызывают нарушения эксплуатации,

8