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

Подставляя значения из уравнении (73) и (77) в уравнение (72), получим:

После постановки из уравнения (78) и соответствующего преобра­

зования

Дифференциальное уравнение (79) решается для каждого слу­

чая нагрузки с учетом граничных условий. Для наиболее распро­

страненных случаев приведены готовые решения в табл. 6. Индек­ сом 0 (нуль) в таблице обозначены усилия, относящиеся к систе­ мам с обычными жесткими связями. Соответственно No и То — нор­ мальная и сдвигающая силы для балки с жесткими связями. Для строчек 1—3:

7>-^rQ.

Для строчки 4 (температура):

Для строчки 5 (предварительное напряжение):

дг _ р ^6_ 4' Астл) Уб

°enfy

Строчка 2 табл. 6 дает одновременно уравнение линий влияния для нормальной и сдвигающей сил для любого сечения х. В по­ следнем случае z — независимая переменная.

После определения нормальной силы определяют изгибающие моменты, пользуясь уравнением (78), и соответствующие перерезы­

вающие силы.

2

пых балок система рассматривается как однопролетная, опираю­ щаяся на крайние опоры, а опорные реакции промежуточных опор прикладываются как внешняя нагрузка. Значения опорных реакций определяются предварительно, как для обычных неразрезных балок с жесткими связями.

Для суждения о степени влияния упругости связей на распреде­ ление усилий в сооружениях на рис. 56 даны эпюры нормальных

и сдвигающих сил для двухпролетного неразрезного моста с про­

возможного применения конструкции этого типа — мосты больших

пролетов с пролетными строениями, составленными из мощных ме­ таллических балок со сплошной стенкой.

Гибкие связи могут быть осуществлены при применении гибких

упоров (рис. 57, а), горизонтальных ферм, упруго связывающих плиты (рис. 57,6) с главными балками (предложение Н. Гомбер­ га), этажно расположенных поперечных балок в качестве гибких связей (предложение В. И. Киреенко) (рис. 57, в).

Решение, предложенное Н. Гомбергом, с дополнительными про­ дольными балками проезжей части, жестко соединенными с плитой и упруго связанными с главными балками при помощи горизон­ тальных ферм, неоднократно применялось при постройке мостов и дало положительные результаты. Предложение канд. техн, наук В. И. Киреенко является также целесообразным, так как по его расчетам учет упругости в совместной работе железобетонной пли­ ты с главными балками при проектировании городского моста че-

102

создать плиту проезжей части висячего моста без разделения ее

поперечными швами на части.

Большое распространение при постройке неразрезных и консоль­ ных мостов нашли себе активные методы регулирования с исполь­ зованием предварительного напряжения, особенно в Германии, где из 130 городских мостов с объединенными балками, построен­ ных за последнее десятилетие, 116 имели предварительно напря­ женную плиту.

Предварительное напряжение железобетонных плит неразрез­ ных и консольных мостов можно осуществить следующими мето­ дами:

последовательностью работ по бетонированию плиты; регулированием уровней опор неразрезных балок;

применением временных опор при бетонировании плиты проез­ жей части;

применением предварительно напряженной арматуры.

В основу первых трех методов положено придание металличе­ ским балкам до бетонирования плиты деформаций, обратных по знаку рабочим деформациям. После приобретения бетоном плиты надлежащей прочности балка возвращается к первоначальному со­ стоянию, создавая в плите предварительные напряжения нужного

знака. Четвертый метод сводится к предварительному напряжению самой плиты.

Принцип предварительного напряжения плиты проезжей части

путем применения определенной последовательности работ сводит­ ся к тому, что до бетонирования плиты в зоне растяжения создают в металлической конструкции отрицательный момент ДМ, равный или больший изгибающего момента от постоянной и временной на­ грузок Л1Ч -гр, т. е. Д/И> Мц-р.

Если после приобретения бетоном плиты необходимой прочно­ сти силы, вызывающие дополнительный момент ДМ, удалить, то вследствие упругости металла прогиб, вызванный моментом ДМ, будет уменьшаться, придавая плите предварительное сжатие. Вы­ бором величины ДМ можно или полностью устранить возникнове­ ние растягивающих напряжений, или свести их к допустимой вели­

. Создание необходимого напряженного состояния в консольных балках достигнуто следующей последовательностью производства работ.

Смонтированное пролетное строение работало как обычная двухконсольная система с двумя подвесками (рис. 59, а). В первую очередь бетонировали плиту проезжей части на подвесных балках, что вызвало над опорами и в пролете консольной балки отрица­

тельный изгибающий момент АГ (рис. 59,6).

104

Дополнительный отрицательный момент в металлической балке на время бетонирования плиты и приобретения бетоном необходи­ мой прочности был достигнут загружением подвесных балок балла­ стом в два этапа.

Рис. 59. Последовательность бетонирования плиты при по­ стройке моста через р. Иртыш

На первом этапе загружения над опорой и в пролете консоль­ ной балки получен дополнительный отрицательный момент Mi (см. рис. 59,6). После этого бетонировали плиту проезжей части в среднем пролете на участке длиной 43,6 м, что вызвало возник­ новение в середине пролета изгибающего .момента Мп (рис. 59, в). По истечении времени, достаточного для приобретения оетоном

105

необходимой прочности, осуществлялся второй этап загружения балластом подвесных балок, что привело к дальнейшему увеличе­

двухконсольной балки (см. рис. 59, г) завершают работы по бетони­ рованию плиты проезжей части моста. При этом загружении воз­ никли изгибающие моменты: в середине пролета М и над опора­ ми ЛИ.

В результате такого порядка работ устраняется возникновение растягивающих напряжений в плите, расположенной в зоне отри­ цательных моментов.

Удалив балласт с подвесных балок (рис. 59, д), после приобре­

тения бетоном плиты необходимой прочности получим положитель­

ный момент (Mi + Мп), действие которого будет связано с предва­ рительным сжатием плиты над опорами консольной балки. Причем величину предварительного сжатия плиты задают с учетом неиз­ бежных потерь от усадки и ползучести бетона, а также в зависи­ мости от величины растягивающих напряжений, которые возникнут в плите от временной нагрузки.

Предварительное напряжение путем регулирования уровней опор неразрезных балок возможно одним из трех способов.

1. Балку монтируют с предварительным строительным подъе­

мом (рис. 60, а). После бетонирования плиты и затвердения бе­ тона уровень опор приводят в нормальное положение и тем самым

вобъединенной балке вызывают предварительные напряжения.

2.Балку монтируют в проектном положении (рис. 60,6). Выгиб ее создают путем перемещения промежуточных опор вверх дэ

укладки бетона. После бетонирования плиты и приобретения бето­ ном надлежащей прочности промежуточные опоры возвращаются

106 •

в первоначальное положение. По этой причине в плите объединен­

ной балки возникает предварительное напряжение.

3. Балку монтируют с приданием промежуточным опорам

строительного подъема с последующим выгибом балки до полной величины. Этот способ, являющийся комбинацией первого и вто­ рого, позволяет снизить суммарные напряжения на пролетных участках неразрезных балок и достигнуть более равномерной эпю­ ры изгибающих моментов.

В многопролетных неразрезных балках приходится считаться с влиянием изгибающих моментов, вызванных регулированием смеж­

ных опор, которые не всегда совпадают по знаку с моментом пред­ варительного напряжения. Если перемещения смежных опор сни­ зят или сведут к нулю, то может иметь место эффект предвари­ тельного напряжения. По этой причине необходимо рекомендовать метод регулирования опор, предложенный инж. Б. А. Ягубовым.

В. И. Киреенко рекомендует для получения равномерной сум­ марной эпюры предварительно напрягающих изгибающих моментов перемещать промежуточные опоры так, чтобы опорные точки лежа­ ли на квадратной параболе. В этом случае суммарная эпюра пред­ варительных изгибающих моментов получается в виде трапеции или многоугольника.

Приведем пример регулирования напряжений при строитель­ стве моста у Денкендорфа1, осуществленного с предварительным напряжением бетона плиты путем регулирования уровня опор. Мост имеет семипролетное неразрезное балочное металлическое строение (рис. 61), объединенное с железобетонной плитой проез­ жей части толщиной в среднем 21 см.

Монтировали балки по параболической кривой с превышением над средними опорами около 1,5 м и последующим изгибом про­ летного строения выпуклостью вверх еще на 1,5 м.

1 Bauingenieur. 1954. № 5.

107

При этом точки В и В1 были закреплены, благодаря чему кон­ цы балок опустились на величину до 2 м.

В этом положении была уложена бетонная смесь плиты проез­ жей части и после выдержки ее пролетное строение возвращено в проектное положение. Полученное предварительное напряжение

оказалось недостаточным и потребовалось ввести дополнительное напряжение бетона надопорных участков предварительно напря­

женными тросами, располагаемыми через 150 мм. На каждый

трос передавалось усилие предварительного натяжения в 225 т.

Рис. 62. Схема регулирования напряжений в проекте ре­ конструкции моста через р. Омь в Омске

Этот пример регулирования напряжений предварительным вы­ гибом балок вверх является характерным, но не единственным. Следует лишь напомнить пример, приведенный выше, когда про­ дольным балкам арочного моста придавалось предварительное на­ пряжение с выгибом их вверх. В результате этого регулирования была устранена возможность возникновения в плите растягиваю­

щих напряжений при самой невыгодной комбинации нагрузок.

Большого технико-экономического эффекта можно добиться,

используя регулирование напряжений применением временных опор при бетонировании плиты проезжей части. Например, при рекон­ струкции моста через р. Омь в Омске преследовалась цель усилить старое пролетное строение, построенное в 1885 г., для пропуска современного городского транспорта. Усиление осуществлено заме­ ной деревянной проезжей части железобетонной плитой, объеди­

ненной с металлическими фермами.

На рис. 62, а приведена схема трехпролетной неразрезной фер­ мы моста, лежащей на постоянных опорах А, В, С и D.

На время замены постоянных опор пролетное строение уста­ навливалось на временные свайные опоры (рис. 62,6), расположен­ ные в серединах пролетов. Таким образом, трехпролетная нераз-

108