7.5.1 Схемы и конструкции арочных, рамных и комбинированных металлических мостов. Высота и сечение металлических арочных пролетов.

Арочные пролетные строения, основными несущими элементами которых являются арки, передают на опоры не только вертикальные, но и горизонтальные давления (распор), благодаря чему расчетные изгибающие моменты в арках меньше, чем в аналогичных по пролету и нагрузке балках, поэтому распорные арочные пролетные строения легче балочных приблизительно на 15%. Металлические арочные пролетные строения могут иметь бесшарнирные, двухшарнирные или трехшарнирные арки. Чаще всего в автодорожных мостах применяют двухшарнирные металлические арки. (рис.153, а). Они имеют достаточную жесткость и мало реагируют на изменения температуры. Трехшарнирные арки (рис.153, б) применяют в случаях, когда возможны просадки опор. Бесшарнирные арки, испытывающие большие дополнительные напряжения от изменений температуры, применяют очень редко.

Рис.153. Основные системы металлических арочных мостов

1 - арка; 2 - надарочные стойки; 3 - конструкция проезжей части.

Классификация арочных мостов является частью общей классификации мостов: по конструкции они могут быть со сплошными или сквозными арками, по уровню езды в большинстве случаев устраивают с ездой поверху, понизу или посередине. По статической схеме – распорными

При достаточной строительной высоте арочные мосты возводят с ездой поверху (см. рис.153, а, б). Если по местным условиям это невозможно, то арки поднимают выше уровня проезжей части, устраивая мост с пониженной ездой (рис.154, а) или даже с ездой понизу.

Арочные мосты с ездой понизу часто делают с затяжкой (рис.154, б), воспринимающей распор арки.

Арки металлических мостов могут быть сплошного сечения или сквозными в виде решетчатых ферм. Арки сплошного сечения (см. рис.153, а, б, и 154, б), простые по конструкции и удобные для сборки, чаще всего применяют в автодорожных и городских мостах при пролетах до 150-200 м, а решетчатые арочные фермы (см. рис.2, а) - при пролетах, превышающих 120-150 м. Стрела подъема арок f составляет от до пролета. В мостах с ездой поверху обычно применяют подъем порядка , а при пониженной езде пролета. Арки сплошного сечения в большинстве случаев делают постоянной высоты по всей длине пролета или же с уменьшением высоты сечения к пятовым шарнирам (серповидного очертания). Высоту h арок в замке назначают пролета.

Рис.154. Основные системы металлических арочных мостов

1 - арка; 2 - надарочные стойки; 3 - конструкция проезжей части; 4 - подвески; 5 - затяжка;

6 - поперечные балки; 7 - связи в уровне проезжей части (верхние связи); 8 - продольная балка;

9 - связи вдоль арок (нижние связи).

Очертание оси арок может быть параболическим или круговым. Круговое очертание дает возможность устройства арок из стандартных элементов одинаковой длины с однотипными радиальными стыками (рис.155, в). Сквозным арочным фермам тоже желательно давать круговое очертание постоянной высоты, чтобы иметь, возможно, большее число одинаковых по длине элементов и однотипных узловых соединений.

Рис.155. Конструктивные элементы металлических арочных мостов

Арочные мосты делают клепаными или сварными. Конструктивные особенности арок сплошного сечения дают возможность эффективно применять в них сварку.

Сечение арок при пролетах до 40-50 м может быть двутавровым (рис.155, а), а при пролетах более 50-60 м - коробчатым (155, б, и 156, а). Встречаются также мосты с арками кругового сечения. Доступ в арки замкнутого сечения обеспечивается через специальные отверстия - лазы.

Рис.156. Конструктивные элементы металлических арочных мостов

1 - поперечная диафрагма; 2 - продольная диафрагма; 3 - лаз для прохода внутри арки;

4 - арка; 5 - надарочная стойка; 6 - шаровой шарнир в опирании стойки на арку; 7 - клин для регулирования положения шарнира вдоль оси арки; 8 - клин для регулирования положения шарнира в поперечном направлении; 9 - стальная плита с выступами.

Для пространственной неизменяемости и горизонтальной жесткости пролетных строений в них устраивают продольные связи (рис.156, в) вдоль арок (нижние связи) и в уровне проезжей части (верхние связи). Железобетонная плита проезжей части может заменять верхние связи. В металлических пролетных строениях с пониженной ездой продольные связи между арками прерывают в пределах конструкции проезжей части и заменяют жесткими ветровыми рамами.

В конструкции надарочного строения основными могут быть поперечные или продольные балки, непосредственно опирающиеся на надарочные стойки. Крайние продольные балки обычно вводят в состав верхних продольных связей в качестве так называемых ветровых поясов. Надарочные стойки сопрягают с арками и балками проезжей части жестко или шарнирно. Жесткое сопряжение (рис.156, б) проще по конструкции. Однако деформации пролетного строения вызывают изгиб стоек и дополнительные напряжения в них. Устройство шарниров на концах надарочных стоек (см. рис.156, в) устраняет эти напряжения.

Пятовые участки арок усиливают для лучшей передачи давлений шарнирами.

При сборке арок бывает необходимо регулировать положение опорных шарниров как вдоль оси арки, так и в поперечном направлении при помощи специальных клиньев (рис.156, г).

В современных автодорожных мостах для перекрытия пролетов 80-150 м находят применение комбинированные системы металлических пролетных строений, представляющие собой сочетание балки, усиленный полигональным поясом, аркой или дополнительными стержнями.

Одна из наиболее распространенных комбинированных систем - это жесткая балка, усиленная полигональным верхним поясом (рис.157, а). Эта система, называемая гибкой аркой с жесткой затяжкой, не дает экономии по сравнению с решетчатыми фермами, но она имеет архитектурные преимущества, так как над проезжей частью выступают только довольно тонкие верхние пояса и подвески. Полную высоту H главных ферм этой системы принимают , а высоту h балки жесткости - . Дополнительный пояс может быть установлен и под разрезной или неразрезной (рис.157, б) балкой.

Рис.157. Схемы металлических мостов комбинированных и рамных систем

1 - жесткая балка; 2 - верхний полигональный пояс (гибкая арка); 3 - дополнительный (подпружный) нижний пояс; 4 - металлическая стойка; 5 - металлический подкос; 6 – наклонная стойка рамы.

Представляет интерес система, состоящая из консольной или неразрезной балки, имеющей промежуточные опоры в виде металлических стоек и подкосов. Эта система получила название балочно-рамной (рис.157, в).

Особенность таких комбинированных систем в том, что их балкам могут быть искусственно приданы начальные усилия (изгибающие моменты), обратные тем, которые в дальнейшем возникают под действием расчетных нагрузок. Это дает возможность доводить высоту балок до пролета и обеспечивает некоторую экономию металла.

Встречаются также металлические пролетные строения рамных систем с вертикальными или наклонными (рис.157, г) опорами – наклонными стойками. Их применяют главным образом для путепроводов.

Сложные в изготовлении и при монтаже металлические рамные мосты редко применяются в отечественном мостостроении.