книги из ГПНТБ / Морозов, В. А. Регулярные методы решения некорректно поставленных задач-1

сталежелезобетонные пролетные строения. Это не противоречит техническим правилам по экономному расходованию строительных материалов, которые допускают применение стальных пролетных строений мостов свыше определенных пролетов и в особых усло­ виях [141].

Окончательное решение о выборе материала моста в каждом конкретном случае нужно принимать на основе сопоставления ва­ риантов, запроектированных с учетом сейсмических воздействий.

Руководящим условием при назначении общей схемы моста и разбивки его на пролеты должно служить требование о размеще­ нии опор в наиболее благоприятных грунтогеологнческих условиях. Это условие играет решающую роль для обеспечения сейсмостой­ кости сооружения п ему следует подчинить все другие условия (на­ пример, требование о равенстве пролетов). При однородных грун­ товых условиях наиболее целесообразны мосты регулярной схемы (с равными пролетами и опорами одинаковой высоты), обеспечи­ вающие динамическую однородность сооружения по длине.

При сопоставлении вариантов автодорожных мостов с разными уровнями проезда в прочих равных условиях предпочтение нужно отдавать варианту с меньшей высотой опор.

§ V.2. НАЗНАЧЕНИЕ СХЕМЫ БАЛОЧНЫХ МОСТОВ. РАЗЛИЧНЫЕ ВАРИАНТЫ ПЕРЕДАЧИ ПРОДОЛЬНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИЛ НА ОПОРЫ

Балочные мосты находят самое широкое применение в сейсми­ ческих районах. В отечественной и зарубежной практике сейсмо­ стойкого строительства балочные мосты капитального типа возво­ дят без каких-либо ограничений в отношении длины пролетов или высоты опор. На Бреннерской автостраде у Инсбрука (Австрия) в условиях 8-балльиой сейсмичности построен самый высокий в мире балочный мост «Европа» [26, 49]. Главный пролет его неразрезного стального коробчатого пролетного строения равен 198 м, высота промежуточных опор достигает 181 м. В СССР в районах высокой сейсмической активности построен ряд балочных мостов и виаду­ ков с высотой опор до 60 м [28, 79]. Гибкие мостовые быки большой высоты возведены в Мексике [198, доклад Розенблюта]. В Японии осуществлен ряд больших балочных мостов со стальными и желе­ зобетонными пролетными строениями [180, 194].

Отечественные нормы ограничивают только высоту деревянных мостов [132]. Ограничение высоты свайно-эстакадных железобетон­ ных мостов, также содержащееся в нормах, не обосновано с точки зрения условий сейсмостойкости.

При проектировании сейсмостойких балочных мостов возникает ряд специфических вопросов. Проектирование пролетных строений, опорных частей и опор мостов рассмотрено отдельно в последую­ щих параграфах. Здесь остановимся на вопросах, связанных с вы­ бором общей схемы балочного моста. В этом отношении большое значение имеет (особенно при высоких опорах) передача продоль­ ных сейсмических сил от веса пролетных строений на опоры мос-

121

руктивных дополнений. Однако, с точки зрения распределения сейсмических сил между опорами в некоторых случаях она может оказаться не самой выгодной. Например, в условиях пересечения глубокого каньона с крутыми берегами, когда высота промежуточ­ ных опор намного больше высоты устоев, более целесообразное решение может дать передача продольных сейсмических сил от ве­ са пролетных строений на устои. С этой целью применяется схема, изображенная на рис. V.1, б. Здесь между пролетными строениями устроены шарнирные связи, не нарушающие их разрезности, но передающие продольные сейсмические силы; все опорные части пролетных строений подвижные, за исключением одной на том устое, куда передаются сейсмические силы. Можно и эту опорную часть сделать подвижной, но связать крайнее пролетное с устоем посредством такой же шарнирной связи. Промежуточные опоры в этой схеме освобождены от восприятия продольных сейсмических сил от веса пролетных строений и их можно проектировать гибкого типа ‘.

При длинных многопролетных мостах передача сейсмических сил от всех пролетов на устои затруднительна. В этом случае мо­ жет быть использована схема, показанная на рис. V.1, в. Здесь мост по длине разбивают на отдельные секции, каждая из которых

1 Очевидно, тормозные силы также передаются на устой посредством шарнир­ ных связей.

122

включает несколько пролетов со связанными в цепочку пролетными строениями (по аналогии с предыдущей схемой). В пределах каж­ дой секции устраивают одну усиленную (жесткого типа) опору, воспринимающую через неподвижные опорные части (или иные кре­ пления) сейсмические силы от веса всех пролетных строений данной секции. Все остальные опоры гибкого 'типа, с подвижным опиранпем пролетных строений; на восприятие продольных сил они не работают.

Еще одна возможная схема показана на рис. V. 1, а. Здесь все опорные части, кроме одной на одном из устоев, неподвижны. Та­ ким образом, все опоры (кроме одного устоя) работают на вос­ приятие сейсмических сил, которые распределяются менаду ними пропорционально их продольной жесткости ’. При жестких устоях сейсмические силы в основном воспринимаются ими. Однако рабо­ та промежуточных опор осложняется влиянием дополнительных усилий, вызванных температурными деформациями пролетных строений. Для снижения этих усилий иногда применяют опорные части с масляными демпферами или аналогичными приспособле­ ниями, которые не препятствуют медленным температурным дефор­ мациям, но включаются и работу при импульсивном действии сей­ смических сил.

ты экспериментов подтвердили описанную выше качественную кар­ тину распределения продольных сейсмических сил между опорами.

До сих пор мы рассматривали разрезные балочные мосты. Оче­ видно, аналогичные приемы передачи сейсмических сил на опоры можно использовать и для неразрезных или шарннрно-консольных балочных мостов.

Приведем некоторые примеры из практики сейсмостойкого строительства, характеризующие способы технической реализации вышеуказанных схем.

Схема разрезного моста с передачей сейсмических сил на устои (см. рис. V.1, б) может быть иллюстрирована примером железно­ дорожного моста Ишицугава (Япония). Русловая часть моста по­ казана на рис. V.2. Она состоит из четырех пролетов длиной 39,1 м, перекрытых стальными разрезными пролетными строениями. Про­ межуточные опоры гибкого типа, однорядные свайные. Устои ко­ робчатого сечения также имеют свайное основание и примыкают к подходным эстакадам пойменных частей моста. Пролетные строе­ ния попарно объединены стальными шарнирными связями (уз­ лы В) и с помощью таких же связей прикреплены к железобетон­ ным шкафным стенкам устоев (узлы А). В узле С связи между ■соседними пролетными строениями имеют люфт, допускающий взаимное смещение их торцов. Таким образом, сейсмические силы от каждой пары пролетных строений передаются на жесткие устои.

1 Применение такой схемы рекомендовано В. Г. Андреевым.

123

Рис. V.3. Схема неразрезного моста (Япония)

Рис. V.6. Схема моста Сакаигава (Япония)

ная опорная часть. Таким образом, продольные сейсмические силы от веса неразрезного пролетного строения общей длиной 102 м пе­ редаются на левобережный устой, который имеет соответствующие размеры (ширина фундамента по фасаду 17,8 м) и зуб по подошве фундамента для повышения устойчивости на сдвиг.

Схема железнодорожного моста Вашинозугава дана на рис. V.4 [180, 191]. Здесь железобетонные пролетные строения соединены в две цепочки. Одна из них состоит из среднего неразрезного трех­ пролетного пролетного строения со схемой 24 + 44+24 м и право­ бережного разрезного пролетного строения длиной 20 м. Во вторую цепочку входят два левобережных пролетных строения длиной по 20 м. В каждой цепочке пролетные строения соединены между собой продольными стержнями, стягивающими опорные диафраг­

Рис. V.6. Схема моста Сакаигава (Япония)

125

точные опоры перазрезного пролетного строения, но ввиду гибкости воспринимаемая ими доля полного усилия незначительна.

Железнодорожный мост Сакаигава (рис. V.6) перекрывает глу­ бокий каньон стальным сквозным неразрезиым пролетным строе­ нием со схемой 54 + 72 + 54 м [180]. Промежуточные опоры приняты гибкого типа, и пролетное строение опирается на них неподвижны­ ми шарнирами. На левобережном устое установлена подвижная опорная часть. Ввиду гибкости промежуточных опор продольные сейсмические силы от веса пролетного строения передаются на пра­ вобережный устой. Он имеет сложную конструкцию (рис. V.7). Опорный узел неразрезного пролетного строения поддерживается железобетонной стенкой на свайном основании. Последняя с по­ мощью железобетонной плиты связана с массивным опускным ко­ лодцем. Созданная таким образом железобетонная рама и вос­ принимает продольные сейсмические силы. Шкафная стенка у торца пролетного строения и стенка над опускным колодцем поддер­ живает пролеты подходной эстакады.

Представляет интерес решение виадуков на автомобильной до­ роге Рокбрюн — Ментона—-итальянская граница (Франция) [176]. Район строительства характеризуется сейсмичностью 9 баллов. На указанном участке дороги построено 9 виадуков длиной от 104 до 360 м с пролетами 32—50 м и высотой опор до 70 м. В качестве характерного примера на рис. V.8 приведена схема виадука Борриго. В плане он расположен на кривой. Ущелье перекрыто двумя неразрезными железобетонными предварительно напряженными пролетными строениями по схеме 3X46 м и 46 + 2 x 4 0 м. В попе­ речном сечении установлены две главные балки коробчатого сечения, разделенные продольным швом 'и составляющие два парал­ лельных (криволинейных в плане) пролетных строения. Промежу­ точные опоры гибкого типа осуществлены в виде парных железо­ бетонных стоек двутаврового сечения, не связанных между собой.

•Стенка сечения стоек расположена в плоскости, перпендикулярной оси моста, полки сечения имеют переменную ширину и суживаются кверху опоры. Пролетные строения опираются на промежуточные опоры через неподвижные опорные части панцирного типа (систе­ мы Фрейссинэ). Исключение составляет средняя промежуточная

326

Рис. V.9. Опирание главных балок виадука Борриго на среднюю проме­ жуточную опору:

1 — неподвижные опорные части типа Фрейссннэ; 2 — неопреновые опорные части; 3 — тефлоновая прокладка; 4 — зуб

опора, где опираются торцы двух пролетных строений (рис. V.9). Здесь конец одного пролетного строения опирается вышеуказан­ ным образом. Под концом другого установлены подвижные рези­ новые (неопреновые) опорные части; для уменьшения трения меж­ ду ними и пролетным строением имеется прослойка из тефлона. Таким образом, над опорой создается деформационный шов меж­ ду соседними пролетными строениями. Для предотвращения попе­ речного смещения конца пролетного строения, опертого на резино­ вые опорные части, устроен дополнительный зуб, врезанный в ого­ ловок опоры.

При указанной конструкции виадука продольные сейсмическиесилы от веса каждого пролетного строения должны быть восприня­ ты соответствующим устоем. Последние имеют коробчатую конст­ рукцию (рис. V. 10). Для обеспечения передачи сейсмических сил стенки коробчатых главных балок пролетных строений монолитно соединены с продольными стенками устоев и предварительно на­ пряженная арматура балок заанкерена в них. Таким образом, не­ разрезные главные балки пролетных строений имеют жесткую за­ делку по одним концам.

127

промежуточных опорах. Они осуществлены в виде стальных ре­ шетчатых башен на бетонных постаментах. В § VIII.1 приведен пример запроектированного у нас городского моста. Трехпролетное неразрезное железобетонное пролетное строение по схеме 44,15+ + 81,60 + 44,15 м здесь также подвижно опирается на устои и не­ подвижно на промежуточные опоры гибкого типа (см. рис. VIII.1). Расчеты показали, что вследствие гибкости промежуточных опор, обусловливающих деформативность сооружения вдоль его оси, пе­

кривой, рис. VI.2) р 1=0,80. Здесь устои моста очень жесткие, поэто­ му при неподвижном закреплении пролетного строения на одном из них, вследствие резкого увеличения продольной жесткости соору­ жения, имели бы 7^ <0,33 сек, [3i = 3. Таким образом, в данном слу-

Рис. V.11. Схема моста Ионеяма (Япония)

128

Био-Био и Майпо (Чили), осу­ ществленных но английским проектам [169]. Мост через р. Био-Био

у г. Консепсион имеет 58 пролетов по 33 м. Пролетные строения сборные из предварительно напряженного железобетона. В попе­ речном сечении они имеют по 7 балок, перекрытых сборными пли­ тами. Опоры моста свайные, все опорные части — неопреновые. По длине мост разбит на секции по шесть пролетов. По середине каждой секции установлена усиленная промежуточная опора, вос­ принимающая продольные сейсмические силы от веса всех пролет­ ных строений секции. Она поддерживается 20 железобетонными предварительно напряженными сваями диаметром 76 см, располо­ женными в два ряда по фасаду моста. По оси опоры над подфер­ менными .площадками между торцами опирающихся на нее пролет­ ных строений устроена поперечная стенка, доходящая до уровня проезжей части. Остальные промежуточные опоры (облегченного типа) состоят из шести свай в один ряд и железобетонного оголов­ ка (насадки). Продольные сейсмические силы передаются на уси­ ленную опору с помощью слоя монолитного армированного бетона толщиной 10 см, уложенного по сборным плитам пролетных строе­ ний. Этот слой неразрывно проходит по всем пролетным строениям в пределах каждой секции и образует бесшовную проезжую часть. Над усиленной опорой он жестко соединен с ее поперечной стен­ кой.

Конструкция пролетного строения и промежуточных опор моста показана на рис. V.12. Мост через р. Майпо имеет аналогичную конструкцию.

Специальные приспособления для распределения продольных сейсмических сил между опорами многопролетных мостов находят применение в японской практике [180]. Многопролетная железобе-

А*1

Рис. V.13. Опорные закрепления моста Сетагава

тонная балочная эстакада токийской скоростной дороги имеет не­ разрезные пролетные строения длиной 5 X 2 4 м. На одной из проме­ жуточных опор каждого пролетного строения устроены неподвиж­ ные опорные части и она работает на восприятие тормозных усилий. На остальных опорах опорные части подвижные, но имеют специальные масляные амортизаторы, которые при быстром нагру­ жении препятствуют взаимному смещению опоры и пролетного строения. При землетрясении они срабатывают и таким образом продольные сейсмические силы воспринимаются всеми опорами. Иное техническое осуществление той же идеи применено в конст­ рукции железнодорожного моста Сетагава. Многопролетный мост состоит из нескольких пятипролетных неразрезных железобетонных пролетных строений длиной 5 X 4 6 м. На одной из промежуточных опор установлены наклонные анкерные перекрестные стержни, сое­ диняющие опорный узел пролетного строения с оголовком опоры и воспринимающие тормозную силу (порядка 300 Т). На остальных опорах устроены «стопоры» — заполненные бетоном вертикальные стальные стержни коробчатого сечения, верхним концом закреплен­ ные в пролетном строении, а нижним — заходящие в гнезда под­ ферменной площадки опор с некоторым люфтом. Вследствие люф­ та стопоры не воспринимают тормозные и температурные усилия. При землетрясении расчетной силы суммарная продольная сейсми­ ческая сила от веса пролетного строения, достигающая 1600 Т, вы­ зывает разрыв тормозных анкерных стержней. При смещении про­ летного строения вступают в работу стопперы и продольная сейсми­ ческая сила передается на все опоры.- Конструкция закрепления пролетных строений на опорах показана на рис. V. 13.

Как видим, возможные решения схемы балочных мостов в от­ ношении условий распределения продольных сейсмических сил между опорами могут быть весьма разнообразны. При выборе того

130