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

где <р — отношение момента инерции металлической балки к при­ веденному моменту инерции объединенной балки.

Полученная конструкция пролетного строения обладает боль­ шой жесткостью. Расчетные прогибы от статической временной на­ грузки составили ’/мео в середине пролета и ’/ызо на конце консоли,

что в несколько раз меньше допустимых и .практически имеющих­ ся в обычных неразрезных и консольных балках. Повышенная жесткость пролетного строения такого типа при действии подвиж­ ной нагрузки и дала возможность с применением низколегирован­

ной стали создать балки небольшой высоты (порядка Veo пролета).

Мосты такой и несколько видоизмененной системы построены с

пролетами от 28 до 102 м (табл. 4). Из мостов, данные о которых приведены в табл. 4, особый интерес представляет мост через канал с пролетами 43,0 + 112,0 + 43,0 м. Конструкция и статическая схе­ ма этого моста являются результатом дальнейшего. творческого развития идей, положенных в основу вышерассмотренных приме­ ров. В эксплуатационном состоянии статическая схема представ­

ляет собой трехпролетную раму с промежуточными опорами в виде

большая часть постоянной нагрузки от веса железобетонной плиты воспринималась двухконсольной балкой, что позволяло значитель­ но снизить изгибающие моменты в середине среднего пролета.

В монтажном состоянии металлоконструкций в виде двухкон­ сольных балок, опирающихся на средние опоры (вертикальные стойки), бетонировали плиту на всем протяжении консолей и на участке длиной 30 м в среднем пролете. После этого монтировали подкосы, обеспечивали опирание концов пролетного строения и бе­ тонировали оставшуюся часть плиты.

Таким путем получена весьма экономичная и жесткая конструк­

39

ция. Высота балки в середине пролета составляет Vse, прогиб от статической временной нагрузки всего лишь V1450 пролета.

Ввисячих мостах наиболее рационально используется материал

вкабеле, работающем на растяжение, поэтому при проектировании

ипостройке стремятся уменьшить момент в балках жесткости за счет более сильного загружения кабеля.

Ниже приведены схемы возможных приемов разгрузки балок

Рис. 21. Схемы регулирования напряжений в висячих мостах с воспринятым распором:

1 — шарнир

временных шарниров в середине среднего пролета (рис. 21, б), а также в середине среднего и в крайних пролетах (рис. 21,в). Как

показала практика, применяя временные шарниры, можно не толь­ ко уменьшить изгибающие моменты, но и легко отрегулировать натяжение подвесок и тем самым устранить возможность возникно­

вения добавочных моментов.

В зависимости от времени замыкания шарниров находится сте­ пень разгрузки балки жесткости. Изгибающие моменты в местах расположения шарниров могут быть устранены или только от соб­ ственного веса металлических конструкций, или от большей части

постоянной нагрузки, включая вес проезжей части моста.

На рис. 21, г приведена схема регулирования путем поддомкра­ чивания концов балок с временной опоры. Регулированием не толь­ ко устраняют положительные моменты, но и вызывают моменты,

40

обратные по знаку моментам в балке жесткости при эксплуатацион­ ных условиях.

Интересным примером временных шарниров для освобождения

сечений балки жесткости от изгибающих моментов и постоянной на­ грузки является монтаж Крымского моста через р. Москву в

Москве. Пролетное строение Крымского моста представляет собой

Рис. 22. Линии прогибов балки жесткости Крымского висяче­ го моста в Москве в процессе его постройки:

1 — линия прогибов после раскружаливания цепи; 2 — линия прогибов после раскружаливания балок жесткости; 3 — линия прогибов после

укладки железобетонной плиты проезжей части

Балка жесткости работала от постоянной нагрузки в период освобождения ее от подмостей, имела временные шарниры, которые по длине балки жесткости располагались следующим образом,

шарниры 7 и 71 (рис. 22) в береговых пролетах балки — на рас­ стоянии 10,5 м от опоры пилона и один шарнир 25 — в серединесреднего пролета.

Перед началом раскружаливания цепи регулировали подвески.

Сначала раскружаливали цепь в крайних пролетах. Она дала не­ который провес, что сказалось на изменении очертания цепи в сред­ нем пролете и даже вызвало некоторый подъем балки жесткости После этого полностью освободили клетки над речной частью цепи, и вслед за этим убрали подмости балки жесткости. В результате балка жесткости дала прогиб, изображенный на рис. 22. Причем линия прогибов получила перелом в шарнирах, чем достигнуто

нулевое значение моментов в месте их расположения. Регулирование по схеме, изображенной на рис. 21, г, было удач­

но применено при монтаже пролетного строения висячего моста через р. Рейн на автомагистрали между Дуйсбургом и Гомбергом.

4й

Основная часть этого моста представляет собой висячую систему с воспринятым распором (рис. 23) с пролетами 128,4 + 285,5 + + 128,4. Средний пролет перекрыт двумя консольными вылетами балки жесткости 2/г = 2 X 124,14 м, поддерживаемыми кабелями. На балки жесткости опирается подвесная балка, свободно лежащая

монтажа пролетного строения преследовал цель свести к нулю из­ гибающие моменты на участках балки жесткости, поддерживаемых кабелем.

Рис. 23. Эпюра изгибающих моментов в балке жесткости висячего моста через р. Рейн

Изгибающий момент в любом сечении балки жесткости равен

Поэтому для достижения поставленной цели распору Hg, возника­ ющему от постоянной нагрузки в собранной системе, соответствую­ щими монтажными приемами должна быть придана такая величи­

создаваемый постоянной нагрузкой, равняется 73 300 тм. При вы­ соте пилона, равной 33,0 м, распор от постоянной нагрузки

„ 73 300

^g = —= 2220 пг.

оо

Гак как при монтаже нагрузка составляет лишь часть от полной постоянной нагрузки, то величина распора составляла — 1937т.

42

Разность V=HS — Xg — 283 т должна быть компенсирована предварительным напряжением.

Необходимое предварительное напряжение можно было бы по­ лучить выгибом балки жесткости кверху до устройства проезжей части и монтажа подвесной балки и созданием положительного мо­ мента необходимой величины, т. е.

Мх = Vz.

Рис. 24. Схемы деформаций балки жесткости висячего моста в процессе ее монтажа с применением наклонных вант

Однако такой прием потребовал бы постройки временной опоры в средине пролета, что по условиям судоходства было недопустимо.

Поэтому предварительное напряжение осуществлялось в про­ цессе навесной сборки балки жесткости в среднем пролете. При на­ весной сборке со свободным выносом консоли /2= 124,14 м в сече­ нии балки возникли бы большие перенапряжения. Для устранения этого балки жесткости во время сборки поддерживались наклон­ ными вантами (рис. 24). Постановкой вант не только устранялась

необходимость в постройке временных монтажных опор, но и соз­ давалась возможность для предварительного напряжения балок жесткости. Соответствующим натяжением вант балки жесткости

выгибались кверху, что обеспечивало включение кабеля в работу, вызывая в нем необходимые усилия.

Таким образом, не только сводились к нулю изгибающие мо­ менты в балке жесткости от постоянной нагрузки, но и вызывались моменты обратных знаков, которые позволили уменьшить усилия в балке жесткости от временной нагрузки.

Регулирование напряжений путем видоизменения эпюр изгибаю­ щих моментов с успехом может быть применено и при проектиро-

43

вании и постройке арочных металлических мостов. Наиболее рас­

пространенным является перераспределение изгибающих моментов в арках при помощи постановки временного шарнира. Собираемая таким образом двухшарнирная арка во время монтажа будет ра­ ботать как трехшарнирная с распределением моментов по соответ­ ствующей эпюре (рис. 25, а). При­ чем при трехшарнирной стати­ ческой схеме арка будет подвер

гаться части постоянной нагрузки qi. Момент в замковом сечении в этом случае будет равен нулю.

После устранения временного шарнира на вторую часть посто­ янной q\i и на временную нагруз­ ку Р арка будет работать как двухшарнирная. Распределение изгибающих моментов будет опре­ деляться соответствующей эпю­ рой (рис. 25, б).

уменьшение изгибающего момента в замковом сечении. Момент в замковом сечении будет возникать только от второй части постоян­ ной и от временной нагрузок Мо.

В четверти пролета будет возникать момент (см. рис. 25)

величина которого при помощи постановки временного шарнира в центре тяжести замкового сечения снижается незначительно. Уменьшение изгибающего момента может быть достигнуто распо­ ложением временного шарнира с некоторым эксцентриситетом е, тогда

т-^-н'це,

где Н’ц— распор арки от нагрузки q\.

Способ перераспределения изгибающих моментов между сече­

ниями арок путем постановки временных шарниров был много­

кратно применен при постройке арочных металлических мостов.

Однако большее число примеров применения этого способа регу­ лирования имело целью уменьшить влияние постоянной нагрузки преимущественно на усилия в замковом сечении арок.

44

Остановимся более подробно на примере регулирования, кото­ рым преследовались более обширные цели.

ное конструктивное решение в сочетании с оригинальным методом сборки арок вызвало необходимость проведения мероприятий по регулированию их напряженного состояния.

Собранные на берегу полуарки подвозили к пролетам на пла­

ву и поднимали при помощи башен, установленных в середине каждого пролета. В процессе установки на опоры арки имели вре­ менные шарниры как в пятах, так и в замке, т. е. в момент опуска­ ния на опоры арки работали как трехшарнирные.

Наличие временных шарниров позволяет осуществить регули­ рование для достижения необходимого положения кривой давле­

ния, а также для устранения монтажных напряжений. Порядок

проведения работ по регулированию напряжений схематически изо­

бражен на рис. 26.

В первый момент арка находилась в состоянии, показанном на

балки, прогнулись на 48 см с соответствующим поворотом торцов

пятовых сечений. Нижний пятовый опорный балансир плотно при­ касался к арке, но еще не испытывал давления. В верхнем балан­ сире имелся зазор 16 мм.

Следующее состояние (рис. 26,6) имело целью устранение про­ гибов полуарок. Это достигнуто тем, что арки в замковом сечении

были опущены на 401 мм, после чего были включены в действие го­

ризонтально расположенные в замковом сечении домкраты. Раз­ витием при помощи домкратов горизонтального распора Н = 449 т было достигнуто уменьшение прогибов полуарок, устранение зазо­ ра в верхнем балансире пятового сечения и соответствующее умень­ шение поворота торца замкового сечения каждой полуарки.

Дальнейшее увеличение распора приводит к разгрузке нижнего балансира и к загрузке верхнего балансира пятового сечения арки.

При достижении в верхнем балансире давления 1512 т получается полное раскружаливание арки. Этим характеризуется состояние, по­ казанное на рис. 26, в, которое фиксирует в арке выгодное положе­ ние кривой давления. Это дает возможность жестко соединить меж­ ду собой полуарки в замковом сечении. При всех дальнейших на-

45

Рис. 26. Регулирование напряжений в арках моста через озеро Мэлар в Стокгольме

Рис. 27. Схема сборки арочной фермы моста через р. Саби:

1 — рама; 2— гидравлический домкрат

46

Г л а в a III

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ВВЕДЕНИЕМ ПРОДОЛЬНЫХ УСИЛИЙ В СИСТЕМУ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕГУЛИРОВАНИИ ВВЕДЕНИЕМ В СИСТЕМУ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСИЛИЙ

В отличие от способов, изложенных в главе II, регулирование

напряжений может быть достигнуто введением в систему напрягае­

мых элементов. Причем в большинстве случаев эти элементы яв­ ляются дополнительными, т. е. при их отсутствии система не теря­

ет своей геометрической неизменяемости. В отдельных случаях в качестве напрягаемых элементов используют элементы, входящие в основную систему пролетного строения.

Примером первого случая может явиться балка, в нижнем поясе которой расположен напрягаемый элемент. Напрягаемый элемент

может быть в виде прямолинейного, ломаного или криволинейного гибкого стержня или троса, который будет дополнительным, так как удаление его не окажет влияния на геометрическую неизменяе­

мость системы. В другом случае, если в качестве напрягающего элемента используют нижний пояс шпренгельной балки, являющий­ ся основным элементом рассматриваемой системы, его удаление на­ рушит геометрическую неизменяемость системы.

С помощью дополнительных или основных элементов можно вызвать в системе предварительные напряжения. Соответствующим их расположением можно получить желаемый характер напряже­ ний в сечениях конструкции. Таким образом, создаются предвари­ тельно напряженные металлические конструкции, аналогичные по форме предварительно напряженным железобетонным.

Цели и задачи предварительно напряженных металлических конструкций в принципе отличаются от задач, которые преследуют­

ся созданием предварительных напряжений в бетоне, где можно использовать для совместной работы высокопрочный бетон и высо­ кокачественную арматуру и получить трещиноустойчивую конст­

рукцию. Разумное использование свойств предварительно напря­ женного железобетона открыло широчайшие перспективы получе­ ния высокоэкономичных и технически целесообразных типов и кон­ струкций мостов

■18