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

или иного варианта следует иметь в виду, что связывание пролет­ ных строений в цепочку или другие специальные мероприятия требуют соответствующего изменения конструкции несущих эле­ ментов пролетных строений или опорных частей. При расчетной сейсмичности 7 баллов эти мероприятия, как правило, нецелесооб­ разны. При более высокой сейсмичности следует исходить из кон­ кретных условий проектирования в отношении продольного профи­ ля по оси перехода, высоты опор, условий их фундирования и т. и. Окончательный выбор схемы моста следует производить по сопо­ ставлению вариантов.

В балочных мостах, расположенных на кривой в плане, связы­ вание пролетных строений в цепочку может облегчить условия ра­ боты промежуточных опор и в поперечном к оси моста направле­ нии. Ю. В. Словинским была предложена схема балочного разрез­ ного моста на кривой, где пролетные строения шарнирно соединены между собой и с устоями, а на промежуточные опоры опираются неподвижно. При действии поперечных сейсмических сил цепочка шарнирно связанных пролетных строений работает в горизонталь­ ной плоскости как ломаная арка (или цепь), узлы которой служат дополнительными упорами для верхних точек промежуточных опор. Такая схема целесообразна при промежуточных опорах большой высоты.

§ V.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ БАЛОЧНЫХ МОСТОВ

Для балочных мостов, возводимых в сейсмических районах, мо­ гут быть применены все обычные типы стальных и железобетонных пролетных строений, включая сборные и предварительно напря­ женные. При расчетной сейсмичности 7 баллов конструкция про­ летных строений, как правило, не требует каких-либо изменений. Только при более высокой сейсмичности могут потребоваться до­ полнительные мероприятия, приводящие к некоторым изменениям типов или конструкций пролетных строений больших и средних (а иногда и малых) пролетов. Эти мероприятия имеют целью сниже­ ние веса пролетных строений, обеспечение их прочности и устойчи­ вости при сейсмическом воздействии, а также осуществление пере­ дачи сейсмических сил от веса пролетных строений на опоры в соответствии с принятой схемой работы последних (см. § V.2).

Для снижения собственного веса пролетных строений балочных мостов, возводимых в сейсмических районах, могут быть рекомен­ дованы следующие мероприятия:

1. Применение облегченных конструкций проезжей части. Ве проезжей части обычного типа составляет значительную долю соб­ ственного веса пролетных строений, поэтому облегчение проезжей части является эффективным мероприятием. В автодорожных же­ лезобетонных мостах облегчение может быть достигнуто путем устранения подуклонного и выравнивающего слоев (за счет повы­ шения точности изготовления и монтажа сборных несущих элемен­ тов), применения эффективной изоляции й покрытия ездового по­

лотна из полимерных материалов, усовершенствования конструк­ ции тротуаров. Использование полимерных гидроизоляционных пленок и покрытий (слои износа), применяемых за рубежом, позво­ ляет снизить вес покрытия проезжей части автодорожных мостов с 300—350 кг/м2 до 30—50 кг/м2 [54, 87]. В стальных автодорожных мостах, помимо вышеуказанного, может быть рекомендовано устройство плиты проезжей части из легкого железобетона и при­ менение стальных настилов проезжей части сквозного типа или в виде ортотропной плиты [25]. Такие настилы также обеспечивают существенное снижение веса проезжей части. Для стальных про­ летных строений железнодорожных мостов целесообразно осуще­ ствление балластного корыта из легкого железобетона или приме­ нение безбалластного пути.

2. Применение эффективных материалов для несущих конструк ций пролетного строения. В отношении железобетонных пролетных строений большие возможности связаны с применением легкого же­ лезобетона. В СССР имеется положительный опыт применения легкого железобетона (в том числе предварительно напряженного)

в балочных (и арочных) пролетных строениях автодорожных и железнодорожных мостов [78, 166]. Использование керамзитожелезобетона может привести к снижению веса пролетных строений на 20—25%. Практически на керамзитовом заполнителе осуществля­ ются бетоны марок 200-М00 при объемном весе соответственно 1,7—2,0 т/м3. В Японии за последние годы начато возведение про­ летных строений балочных мостов из легкого бетона с объемным весом 2 т/м3 на искусственном легком заполнителе. Длина осуще­ ствленных пролетных строений железнодорожных мостов достигает

29 м [191].

Другой возможный путь снижения веса железобетонных пролет­ ных строений за счет эффективных материалов состоит в примене­

усовершенствованием формы поперечного сечения пролетного строения это может дать существенный эффект [54].

В металлических пролетных строениях снижение собственного веса может быть достигнуто за счет применения высокопрочных (низколегированных) сталей. Весьма существенный эффект может дать осуществление несущих конструкций пролетного строения из легких алюминиевых оплавов. Удельная прочность последних почти в. 3 раза больше, чем у стали, а собственный вес пролетных строе­ ний из алюминиевых сплавов меньше веса аналогичных стальных в 2,5 раза [25]. Применение предварительно напряженных стальных пролетных строений также приводит к некоторому снижению собст­ венного веса за счет частичной замены обычного металла высоко­ прочными напрягаемыми элементами и целесообразного перерас­ пределения усилий.

В качестве промежуточного решения эффективно в рассматри­ ваемом смысле применение стальных конструкций, объединенных с железобетонной плитой (сталежелезобетонные пролетные строе­

132

ния). Облегчение их веса может быть достигнуто за счет осуществ­ ления плиты проезжей части из легкого железобетона. Пролетные строения этого типа применены в мостах новых железнодорожных линий Японии, предназначенных для скоростного движения [191].

3. Совершенствование конструктивной формы пролетных строе ний. Для железобетонных балочных пролетных строений, в первую очередь, следует отметить выбор оптимальной формы поперечного сечения (количество главных ’балок, расстояния между ними, дли­ ны тротуарных консолей). Важно также правильно назначить ми­ нимально необходимое число поперечных элементов (диафрагм) с учетом требований сейсмостойкости пролетного строения (см. ниже). Как пример, надо отметить, что при расчетной сейсмичности 7 баллов применение разрезных пролетных строений бездиафрагменного типа с сокращенным числом главных балок приводит к значительной экономии бетона и снижению собственного веса [127]. Еще большую роль играют указанные вопросы при проектирова­ нии неразрезных пролетных строений больших пролетов.

Для выбора оптимальной конструктивной формы пролетных строений существенное значение имеет совершенствование методи­ ки их расчета. В частности, большие возможности открывают в этом отношении современные методы пространственного расчета балоч­ ных мостов [151].

В отношении стальных мостов в рассматриваемом аспекте, в первую очередь, нужно отметить применение коробчатых конструк­ ций пролетных строений [25, 49], приводящих при больших проле­ тах к существенному снижению собственного веса (при одновре­ менном применении облегченной проезжей части).

Для пролетных строений обычного типа известную роль может играть вовлечение элементов проезжей части в работу главных не­ сущих конструкций пролетного строения.

Очевидно, что указанные выше вопросы актуальны и для мостов в несейсмических районах, но в условиях высокой сейсмичности они приобретают особую важность.

Прочность и устойчивость пролетных строений и его элементов при действии сейсмических сил проверяют расчетом. Эти вопросы подробно освещены в главах VI и VII. В соответствии с расчетом усиливают отдельные конструктивные элементы или узлы пролет­ ных строений: стержни горизонтальных или торцовых связей, опор­

ные диафрагмы и т. д.

Особо следует остановиться на диафрагмах железобетонных пролетных строений. Выше было отмечено, что устранение диаф­ рагм приводит к облегчению пролетных строений. Однако при этом ухудшаются условия работы стенок главных балок при действии поперечных сейсмических сил (см. § VII.9). Особые опасения вызы­ вают в этом смысле опорные участки стенок главных балок, которые, несмотря на утолщение, перегружены вследствие развития местных напряжений от опорных реакций или анкерных колодок предвари­ тельно напряженной арматуры. В связи с этим при расчетной сей­ смичности 9 баллов устройство диафрагм в опорных сечениях про­

133

ций таких связей была изобра­ жена на рис. V.6. Другая конструкция, предложенная Ю. В. Сло­ винским, показана на рис. V. 14. Надежным средством для объеди­ нения пролетных строений в цепочку может служить непрерывная проезжая часть [55].

§ V.4. ЗАКРЕПЛЕНИЕ БАЛОЧНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ НА ОПОРАХ.

ОПОРНЫЕ ЧАСТИ

Самым уязвимым узлом балочных мостов при сейсмическом Воздействии является закрепление пролетных строений на опорах (см. гл. I). Нарушение прочности закрепления приводит к наибо­ лее характерному для балочных мостов виду повреждений — сдви­ гу пролетных строений по опорным площадкам или их падению с опор. Поэтому в сейсмических районах на проектирование опорных частей 'балочных мостов и их креплений следует обращать самое

серьезное внимание.

Опорным закреплениям балочных пролетных строений в сейс­ мических районах предъявляют следующие дополнительные требо­ вания: неподвижные опорные части должны обеспечить восприятие и передачу на опоры продольных и поперечных (горизонтальных) сейсмических сил от веса пролетного строения. Подвижные опор­ ные части должны удовлетворять тому же требованию в отноше­ нии поперечных сейсмических сил. Одновременно они должны иметь достаточный ход для обеспечения свободы перемещений подвижно­ го конца в процессе сейсмических колебаний моста. Рекомендует­ ся определять требуемый ход подвижных опорных частей в предположении, что верхние точки опор, поддерживающих рассмат­ риваемое пролетное строение, испытывают максимальные сейсми­ ческие смещения в противоположных направлениях '.

1 Порядок вычисления сейсмических смещений приведен в § V II.6.

134

рументальными акселерограммами, так и фактами «подскакива­ ния» отдельных предметов при землетрясениях [140]. Пики верти­ кальных ускорений могут привести к нулю полезную роль сил тре­ ния и облегчить сдвиг пролетных строений по опорам. Поэтому при расчетной сейсмичности 9 баллов учитывают возможность припод­ нимания опорных узлов пролетных 'строений над опорами. Соот­ ветствующие конструктивные мероприятия приведены ниже.

Для балочных мостов в сейсмических районах применяют желе­ зобетонные, стальные и резиновые опорные части. Для обеспечения поперечной устойчивости железобетонные подвижные опорные части валкового типа рекомендуется связывать между собой рас­ порками (рис. V.15). При расчетной сейсмичности 8 баллов их уст­ ройство нужно считать обязательным. Тело валка должно быть рассчитано на скалывание с учетом сейсмических сил. Закрепле­ ние валковых опорных частей против приподнимания затруднитель­ но, а разрушение валков может носить хрупкий характер. Поэтому для мостов с расчетной сейсмичностью 9 баллов их применение нежелательно. Для неподвижного опирания в зарубежной практи­ ке получили распространение железобетонные опорные части пан­ цирного типа (системы Фрейсеинэ) в виде железобетонной выпук­ лой подушки, покрытой листовой сталью и имеющие дополнитель­ ные штыри или иные ограничители подвижности [176, 194].

Стальные опорные части могут осуществляться каткового или

б показаны опорные части, получившие распространение в японской практике после землетрясения 1923 г. Верхние и нижние балансиры дополнительно связаны с цилиндрическим шарнирным стержнем с проушинами; в подвижной опорной части приподнимание нижнего балансира над катками предотвращается дополнительными упора­ ми, заанкеренными в кладку подферменной плиты [179]. В более поздней проектировке для связи 'балансиров применялись наружные колпаки, обхватывающие выступы 'балансиров и закрывающие концы цилиндрического шарнира (рис. V.16, в). Один из видов под­ вижной опорной части, применяемой в Японии в настоящее время,

135 ,

5)

Рис. V.16. Стальные опорные части

показан на рис. V.16, г [180]. Балансиры имеют ограничители; 'край­ ние катки оснащены зубчатым зацеплением против проскальзыва­ ния. На рис. V.16, д, е показаны стальные опорные части типа ка­ чающихся башмаков, применяемые в нашей практике. Первая конструкция литая; она запроектирована лабораторией предвари­ тельно напряженных мостов ГПИ имени В. И. Ленина для железо­ бетонного комбинированного (в виде арок с затяжками) пролетно­ го строения длиной 44 м *. Во второй конструкции, запроектирован­ ной Сибгипротрансом, качающийся башмак сварной; вертикального закрепления он не создает.

* Эта конструкция предложена В. А. Словинским.

136

Необходимость восприятия сейомических сил значительно осложняет и утяжеляет конструкцию стальных опорных частей. В последнее время получил распространение особый прием закреп­ ления на опорах балочных пролетных строений; для предотвраще­ ния их значительных смещений при редких землетрясениях расчет­ ной силы на подферменной плите опоры устраивают специальный конструктивный элемент-стопор. Он осуществляется в виде желе­ зобетонных тумб или стальных упоров (анкеров), жестко связанных с опорой. При этом опорные части вовсе освобождаются от работы на сейсмические силы или рассчитываются иа их пониженные вели­ чины, соответствующие более частым землетрясениям умеренной интенсивности. При достаточной высоте стопор нейтрализует также опасность приподнимания конца пролетного строения. Стопоры,

нодорожном мосту Шинкатурагава (Япония); стальные (с железо­ бетонной плитой) парные пролетные строенияна опоре соединены дополнительными поперечными упорными балками, между которы­ ми входит стопор в виде железобетонной тумбы с жесткой армату­ рой [180]. Другая конструкция показана на рис. V.17, б; здесь сто­ пор входит в вырезы нижних плит предварительно напряженных пролетных строений с ездой понизу (железнодорожный мост Аракава, Япония [180]). На рис. V.18 изображена верхняя часть проме­ жуточной опоры городского моста в сейсмическом районе СССР

(проектировка Сибгипротранса); между главными балками устрое­ ны тумбы, препятствующие их поперечному смещению. Такую же роль играют выступы на ригеле промежуточной опоры моста через р. Био-Био (см. рис. V.12).

Наряду с известными положительными свойствами [88] резино­ вые опорные части в условиях сейсмических воздействий имеют ряд дополнительных преимуществ. Они поглощают часть энергии коле­ баний и амортизируют сейсмические удары и толчки. Податливость опорных частей способствует снижению сейсмических сил от веса пролетных строений. За последнее время резиновые опорные части находят широкое применение в сейсмических районах. Ряд балоч­ ных мостов с резиновыми опорными частями возведен в сейсмиче­ ских районах Италии, Франции, США, Австралии, Южной Амери­ ки. Некоторые примеры мостов с резиновыми опорными частями приведены в § V.2.

Нужно иметь в виду, что резиновые опорные части обычного типа слабо сопротивляются горизонтальным силам. При высокой расчетной сейсмичности (8—9 баллов) должны быть приняты спе­ циальные меры для, предотвращения сдвига пролетных строений по опорным площадкам. Одним из таких мероприятий является уст­ ройство описанных выше стопоров; при этом опорные части не тре­ буют изменений. Возможно также применение опорных частей спе­ циального типа, обладающих повышенной сопротивляемостью гори- ' зонтальным силам. Ряд таких конструкций описан в работе [88]. В. П. Чуднецовым разработана специальная опорная часть для сейс-

137

Рис. V.17. Конструкция стопоров:

/ — дополнительные упорные балки; 2 — стопор

Рис. V.18. Закрепление на опорах пролетных строений городского моста:

/ — армированные тумбы

Рис. V.19. Резиновая опорная часть для сей­ смических районов:

I — стальной лист; 2 — желе­ зобетонная подушка; 3 — резиновая прокладка

мических районов, схема которой приведена на рис. V.19 [160]. Резиновая прокладка располагается в углублении цилиндрической формы на поверхности подферменной площадки; пролетное строе­ ние опирается на нее через железобетонную подушку с такой же цилиндрической поверхностью. Последняя крепится к главным бал­ кам пролетного строения посредством опорного листа с анкерами. Цилиндрическая поверхность опорной части ограничивает ее дефор­ мации при действии горизонтальных сил. Эксперименты показали, что она обладает высокой сопротивляемостью продольным усилиям. Опорные части такого типа осуществлены на путепроводе в г. Фрун­ зе. Они рекомендуются при опорных давлениях до 150 Т.

§ V.5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАМНЫХ, АРОЧНЫХ И ВИСЯЧИХ МОСТОВ

Рамные мосты с жесткими узлами хорошо сопротивляются сейс­ мическим силам (см. § V.1). Отечественные нормы рекомендуют применение железобетонных мостов рамных систем в сейсмических районах [132]. Предпочтение следует отдавать рамным конструкци­ ям бесшарнирного типа. При расчетной сейсмичности 9 баллов при­ менение рамно-консольных и рамно-подвесных систем не рекомен­ дуется.

Для рамных мостов и путепроводов малых и средних пролетов можно применять конструктивные решения обычного типа с рас­ пределением продольных сейсмических сил на все опоры. В Японии

вбольшом числе осуществлены сборно-монолитные криволинейные

вплане рамные эстакады такого типа [180]. При высокой расчетной сейсмичности сооружения сейсмические силы требуют увеличения размеров опор (стоек) по фасаду моста, что для крайних опор не­ выгодно с точки зрения температурных усилий. Поэтому более це­ лесообразны специальные схемы с передачей продольных сейсмиче­ ских сил на средние опоры, расположенные у оси симметрии моста. На рис. V.20 показана одна из таких конструкций, осуществленная

вЯпонии [179]. Две средние опоры рамного моста усилены и их фундаменты связаны между собой дополнительными распорками; остальные опоры, освобожденные от работы на горизонтальные

Рис. V.20. Схема рамного путепровода (Япония)

139