13. Расчет на устойчивость положения.

Под действием горизонтальных сил опора может потерять устойчивость, т.е. опрокинуться относительно оси возможного поворота или переместиться по верхней плоскости фундамента по направлению действия горизонтальных сил.

Устойчивость опоры против опрокидывания будет обеспечена при выполнении условия:

где Mи, Mz соответственно моменты опрокидывающих и удерживающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания);

m – коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,9;

γn – коэффициент надежности по назначению для стадии постоянной эксплуатации, принимаемый равным 1,1.

За ось поворота следует принять линию пересечения передней грани устоя с поверхностью, т.е. линию, проходящую через точку О.

Устойчивость положения против сдвига (скольжения) будет обеспечена при выполнении условия:

где Qr – сдвигающая сила, равная сумме проекций сдвигающих сил на направление возможного сдвига;

Qz – удерживающая сила, равная сумме проекций удерживающих сил того же направления;

m – коэффициент условий работы;

γn – коэффициент надежности по назначению.

Величины коэффициентов m и γn принимают такими же, что и в расчетах на опрокидывание.

Удерживающую силу Qz подсчитывают по формуле:

Qz=fN,

где N – сумма вертикальных проекций всех действующих на опору сил в сечении по обрезу фундамента.

В рассматриваемом случае происходит трение бетона тела опоры по бетону фундамента, коэффициент трения бетонной кладки по бетону принимают равным 0,55.

Опрокидывающие и сдвигающие силы, вызываемые как временными, так и постоянными нагрузками, принимают с коэффициентами надежности по нагрузке γf, большими единицы. Удерживающие силы от постоянных нагрузок учитывают с коэффициентами надежности по нагрузке γf, меньшими единицы, т.е. γf=0,9. Удерживающие силы от временных нагрузок как в расчетах на опрокидывание, так и на сдвиг, принимают с теми же коэффициентами, что и опрокидывающие или сдвигающие силы. Но если временные нагрузки улучшают условия работы опоры на опрокидывание или сдвиг, их в расчет не вводят. В необходимых случаях учитывают уменьшение веса опоры вследствие взвешивающего действия воды.

При определении действующих на опору сил, необходимо, также, учитывать коэффициенты сочетаний нагрузок.

14. Общие сведения о мостах неразрезной балочной, рамной, арочной, комбинированной систем.

В мостах рамных систем пролетные строения (ригели) жестко связаны с опорами (стойками). Такое соединение уменьшает изгибающие моменты в ригеле за счет появления изгибающих моментов в стойках, а следовательно, позволяет уменьшить высоту ригеля. Стойки в таких системах работают на внутреннее сжатие, их делают железобетонными с небольшими размерами поперечных сечений. Небольшие размеры элементов мостов таких систем не загромождают подмостовое пространство, что делает целесообразным применение их в путепроводах и эстакадах.

Основной недостаток мостов таких рамных систем – трудность индустриализации их строительства. Кроме того, из-за больших усилий, возникающих в ригеле от временных нагрузок и от изменений температуры, такие системы трудно применять для перекрытия больших пролетов.

Арочные мосты. Арочными называют мосты с пролетными строениями, у которых основными несущими элементами являются арки или своды, т.е. криволинейные стержни, концы которых закреплены жестко или шарнирно на опорах. При таком закреплении концы арки не могут перемещаться в горизонтальном направлении, поэтому при действии вертикальных нагрузок возникают горизонтальные опорные реакции (распор), а в сечениях арки – сжимающие силы. В результате действия распора Н в арке изгибающие моменты всегда меньше, чем в балке.

Распор вызывает в арке и продольное сжимающее усилие. Арка работает, в общем случае, на внецентренное сжатие. Выбирая ось арки так, чтобы она совпала с кривой давления, можно добиться почти полного отсутствия изгибающих моментов в ней от постоянных нагрузок. Поэтому условие работы основного элемента арочного пролетного строения – арки, соответствует прочностным свойствам бетона. В силу этого арочные пролетные строения по расходу материалов, как правило, экономичнее балочных.

Однако, распор действует не только на пролетное строение, но и на опоры, поэтому опоры в арочных мостах получаются более мощными, чем в балочных. В большинстве случаев требуется развитие фундаментов, исключающих (или сводящих к минимуму) перемещения опор. Особенно это необходимо при применении статически неопределимых арок, так как перемещения опор вызывают в них дополнительные внутренние усилия.

Важным параметром арочных мостов является отношение стрелы подъема арки f к величине пролета l (пологость арки). Чем меньше отношение f:l, тем больше распор и тем больше дополнительные внутренние усилия от смещений опор, изменений температуры, от усадки и ползучести бетона.

Поэтому обычно применяют подъемистые арки (f/l=1/4…1/6). Однако применяют и более пологие арки, где эта величина равна 1/10 и даже 1/16.

Мосты комбинированных систем. В железнодорожных мостах наибольшее применение получили пролетные строения комбинированных систем в виде арок с затяжками. Различают три основных вида таких пролетных строений: жесткие арки с гибкими затяжками, гибкие арки с жесткими затяжками (балками жесткости) и жесткие арки с жесткими затяжками.

Арку считают гибкой, если ее жесткость значительно меньше, чем жесткость балки жесткости (не менее чем в 80-100 раз). При таком же соотношении жесткости затяжки и арки, затяжку считают гибкой. При таких условиях изгибающие моменты в арке (или затяжке) будут незначительными и в первом приближении ими сложно пренебречь, считая, что элементы арки работают только на сжатие, а элементы затяжки – только на растяжение.

Наиболее экономичными для мостов под железную дорогу являются пролетные строения комбинированной системы с жесткими арками и балками.

Рассмотренные системы по характеру воздействия на опоры являются безраспорными, так как в них распор воспринимается затяжками. Поэтому признаку такие пролетные строения можно рассматривать как балочные.

Пролетные строения рассмотренных систем имеют езду по низу. Такие системы являются безраспорными, так как распор в них воспринимается затяжками. По характеру воздействия на опоры такие системы можно рассматривать как балочные.

Находят применение пролетные строения комбинированной системы в ездой по низу в виде жесткой балки, усиленными сквозной конструкцией в виде формы с относительно тонкими ее элементами.

Пролетные строения рассмотренных комбинированных систем с ездой по низу находили применение при пролетах до 65,0м. Находят применение пролетные строения с гибкими арками м ездой по верху.

Следует заметить, что пролетные строения с применением гибких арок имеют недостаточную жесткость в вертикальной плоскости. При расположении временной нагрузки на одной половине пролетного строения линии прогибов, имеет волнообразный вид, который нежелателен для железнодорожных мостов.

К комбинированным системам относятся также вантовые мосты с железобетонной балкой жесткости. Расчетный пролет в таких мостах под железную дорогу достигает 150 м (по данным зарубежной практики).