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

(Ш = 1/8,7) имеют параболическое очертание. Поперечные балки расположены в плоскости подвесок, пять продольных балок распо­

ложены на расстоянии 3,0 м друг от друга; железобетонная плита с арками не связана.

Распор каждой арки, рав ыи около 800 т, воспринимается четырьмя тросами диаметром ш 75 мм, расположенными в уровне пят арок, которые имеют на одном конце арки глухое за­

крепление, а на другом приспо­ собление для натяжения при

помощи двух гидравлических домкратов.

При монтаже пролетного

строения было осуществлено

регулирование напряжений. На рис. 36 изображена схе­

ма смонтированного пролетно­ го строения, лежащего на под-

М'остях. Расстояние между шарнирами опорных частей в этом состоянии равнялось

65,119 м при общей длине про­ езжей части 65,197 м. В ре­ зультате предварительного на­ тяжения усилием Н = 96,3 т шарнир подвижной опорной ча­

36,6). По этой причине после загрузки пролетного строения по­ стоянной нагрузкой шарнир подвижной опорной части занял про­ ектное положение.

Загрузка временной нагрузкой вызывала дополнительное удли­ нение затяжки, что было связано с перемещением шарнира по движной опорной части на 62 мм (рис. 36,а).

Изменение температуры на ±35° вызывало перемещение шар­ нира подвижной опорной части на величину 18 мм (рис. 36, д) от­ носительно ее положения при постоянной нагрузке. Таким образом, путем натяжения затяжки было достигнуто более благоприятное распределение усилий в системе.

Более значительные результаты были достигнуты при регулиро­ вании стального арочного автодорожного моста в Сааре1 с главным пролетом, равным 66,1 м, с ездою понизу.

1 Der Stahlbau. 1953, № 10.

69

Затяжки арок выполнены из четырех полос 300 X 13 мм и двух полос 30 X 15 мм из St. 52.

К аркам при помощи гибких подвесок подвешен ростверк из четырех продольных и поперечных балок, объединенных с железо-

В таком предварительно деформированном состоянии продольных балок бетонировали плиту проезжей части. Когда бетон плиты до­ стигал определенной прочности, ослаблением затяжки уменьшалась стрела выгиба ростверка, вследствие чего плита получала предва­ рительное сжимающее напряжение, величина которого была зада­

на с учетом усадки и ползучести бетона.

Таким образом, была исключена возможность возникновения в плите растягивающих напряжений при отрицательных •моментах от временной нагрузки.

Одновременно с этим было достигнуто благоприятное распреде­ ление усилий между всеми элементами системы с увеличением за счет участия плиты общего сопротивления системы изгибающих моментов. Созданием предварительного напряжения в арочных системах можно добиться большого экономического эффекта. На­

пример, в арочном автодорожном мосту с затяжкой была включена в работу плита проезжей части путем создания предварительного напряжения с помощью пучков из высокопрочной проволоки.

Мост (рис. 38) запроектирован под нагрузку Н-18. Ширина проезжей части 21,0 м, тротуары по 1,5 м.

Решетчатые арки кругового очертания и поперечные балки про

езжей части запроектированы сварными из стали повышенной проч­ ности с клепаными монтажными соединениями. Проезжая часть образуется двумя продольными балками-затяжками и поперечны­ ми балками. По верхним поясам поперечных балок укладываются

70

сборные железобетонные плиты. В работу затяжки, консолей и по­

перечных балок включаются плиты проезжей части, предваритель­ но напряженные с помощью пучков высокопрочной проволоки,’

укладываемой в зазоры между сборными плитами.

Рис. 38. Схема арочного моста, построенного с применением регулирования напряжений

Постоянная нагрузка передана на трехшарнирную арку, кото­ рая в дальнейшем, путем постановки замыкающего элемента, пре­ вращается в двухшарнирную. Усилия в арках регулируются с по­

мощью гидравлических домкратов. После омоноличивания швов получается жесткая плита-затяжка, расход металла на которую по сравнению с обычной затяжкой снижен на 50%. Сравнивая расход металла на 1 м2 проезжей части этого моста с расходом металла на арочные мосты тех же размеров, но осуществленные без регулиро­ вания напряжений, можно привести следующие данные:

жесткости предъявляется при проектировании кружал. Жесткость кружал является одним из решающих факторов предотвращения деформаций бетонируемых сводов и арок. Этого можно достигнуть не только выбором системы с наиболее благоприятным распределе­

нием усилий, но и применяя регулирование напряжений.

Причем в практике имеют место интересные примеры создания

такой системы кружал, жесткость и устойчивость которых обеспе­ чивается только регулированием напряжений.

Подобный тип кружал был применен, например, при постройкб мцрта Ла Рош Гюйон во Франции. Русло р. Сены перекрыто желе­ зобетонным арочным пролетным строением с ездою посередине

пролетом 161 м при общей длине моста 201,8 м. Стрела подъема

арки 23 м, т. е. ее пологость равна—/.

71

Но условиям судоходства при проектировании кружал в преде

лах русла реки были оставлены два судоходных пролета отверсти ем около 40 м каждый. В русле реки были устроены три свайные опоры, на которых возведены высокие деревянные опоры (рис. 39).

Посредством вантов, закрепленных в пилонах, поддерживалась нижняя платформа на уровне низа проезжей части, игравшая роль нижнего пояса кружальной фермы.

Рис. 39. Схема предварительно напряженных кружал, примененных при постройке моста Ла Рош Гюйон через р. Сену

В кружальной ферме параболического очертания решетчатые

стойки подпирали узлы верхнего пояса. В целях уменьшения по­ верхности кружал, подверженной действию ветра, а также умень­ шения веса кружал решетчатые стойки были расположены сравни­ тельно редко.

Размер панели был слишком велик для верхних косяков кру­ жальной фермы; поэтому для облегчения их был использован сле­

дующий прием. Панель верхнего пояса была разбита пополам, причем верхний пояс на протяжении каждой панели сделан лома­ ным выпуклостью вверх. В полученных таким образом промежуточ­ ных узлах сходились по два наклонных тяжа из круглой стали диа­ метром 14 мм. После этого верхний пояс был обжат гидравличе­ скими домкратами, установленными в замковом сечении. Благодаря этому наряду с предварительным обжатием всех соединений дере­ вянной конструкции кружальной фермы было создано предвари­ тельное натяжение наклонных тяжеш Это натяжение было таким, что оно превышало те сжимающие усилия, которые могли появить­ ся в них при неравномерном загружении кружал во время бетони­ рования арок.

Таким образом, сочетанием предварительного напряжения ван­ товых растяжек с методом создания искусственного распора по­ средством домкратов удалось осуществить кружала исключитель­ но легкой конструкции, обладающие при этом весьма высокой жесткостью, необходимой для поддержания арок пролетом 161^

в процессе их бетонирования. Наибольшие перемещения кружал в процессе бетонирования не превосходили 8 мм.

Изложенные выше способы регулирования напряжений своди­ лись к тому, чтобы при помощи предварительно напряженных тро-

72

сов создавались деформации и усилия, обратные тем, которые воз пикают в эксплуатационных условиях.

Эту же идею регулирования с успехом можно применить для увеличения жесткости и обеспечения геометрической неизменяемо­ сти системы. Например, основной несущий элемент висячего мо­

ста— кабель — сохраняет форму равновесия лишь при равномерно распределенной нагрузке, т. е. очертание кабеля соответствует фор­ ме мгновенного равновесия.

Увеличение жесткости гибкого висячего моста может быть до­ стигнуто использованием приемов регулирования. В частности, при­ менение предварительно напряженных тросов для увеличения жесткости висячих мостов является давно известным приемом.

Например, еще в первой половине прошлого столетия для

уменьшения изменяемости пролетного строения моста Ла Рош Бер

нард наряду с другими мерами была предпринята постановка пол проезжей частью контркабеля со стрелкой f = 7,6 м (1 : 25 про­

лета).

Контркабель связан с проезжей частью стержнями и удержива­ ет ее от общего поднятия вверх. Кроме того, эти контркабели были расположены в наклонных плоскостях так, что места закрепления их отходили от вершины кабеля на 2 м в сторону по горизонталь­ ной проекции. Последнее способствовало увеличению горизонталь­

ной жесткости висячего пролетного строения. В результате приня­

тых мер, в том числе и постановки контркабелей, было достигнуто

увеличение как вертикальной, так и горизонтальной жесткости моста.

При постройке этого моста предварительное напряжение, по

всей вероятности, имело целью включить ,в работу вертикаль­

ные элементы. Если контркабелю придать предварительное напря жение такой величины, чтобы при любом положении временной на­

грузки на пролетном строении в вертикальных элементах возникати бы только растягивающие напряжения, то можно было бы

добиться значительно большего эффекта в отношении увеличения жесткости висячего моста.

Замечательным примером использования принципов регулиро

вания для увеличения жесткости системы является вантовый мос;

пролетом 874 м через р. Волгу, предназначенный для подвешивания

к нему четырех канатных дорог с общей суточной производитель­ ностью до 20 тыс. т грузов в один конец. Вантовая система имеет вид ферм с криволинейным*верхним поясом и с треугольной решет­ кой (рис. 40), все элементы которой предварительно растянуты.

Применение такой системы диктовалось необходимостью соз­

дать более жесткую конструкцию, чем гибкая висячая система,

несимметрично загруженная весом предохранительных сетей, рас­

положенных на одной половине пролета.

Основными рабочими элементами являются тросы верхнего поя­ са, на которые передается вся постоянная нагрузка. В этой стадии

мост работает как гибкая висячая система с гибкими раскосами вместо вертикальных подвесок. Под действием постоянной нагруз­

73

ки, приложенной в нижних узлах, в раскосах возникают растяги­ вающие напряжения. Для того чтобы временная нагрузка не вы­ звала в раскосах сжимающих усилий и не нарушила бы неизменя­

емости системы, в раскосах создано предварительное растягиваю­ щее напряжение. Для этой цели нижние узлы фермы были

•соединены тросом, выполняющим роль нижнего пояса вантовой

Г_____________________ 8 7Ь

Рис. 40. Схема предварительнонапряженной вантовой фермы моста через р. Волгу:

1 — предварительно напряженный трос

фермы. Этому тросу при помощи натяжных устройств придается ■соответствующее предварительное растяжение, вызвавшее в эле­ ментах фермы предварительные растягивающие усилия, превышаю­ щие величины сжимающих напряжений от эксплуатационной на­ грузки. Этим самым мосту была придана необходимая жесткость.

Рис. 41. Схема вантовой фермы и предварительно напряженных связей пе­ шеходного моста через р. Ангару

Подобная жесткая вантовая система была применена при

устройстве ветровой фермы в проекте пешеходного моста пролетом 960 м через р. Ангару (рис. 41). Предварительным натяжением криволинейных поясов ветровая вантовая ферма была превращена в жесткую ферму.

Весьма интересным примером применения кабельных жестких мостов является мост в Сальвадоре общей длиной 776,4 м (рис. 42)*. Пять пролетов моста перекрываются непрерывным ка­ белем, образующим верхний пояс пятипролетной неразрезной фермы.

Проезжая часть моста имеет выпуклое криволинейное очерта­ ние. Железобетонная предварительно напряженная плита, на кото-

♦ Der stahlbau, 1953, № 12.

'74

75

q, p—интенсивность соответственно постоянной и временной нагрузок.

Это неравенство при наличии в элементах предварительных

растягивающих усилий S примет вид

~Uq ] S > Щр,

что обеспечивает при более простых схемах неизменяемость и

жесткость вантовых ферм. Это подтверждается вышеприведенны­ ми примерами, в которых применением предварительных растяги-

вающих напряжений была достигнута возможность создания жест­ ких и неизменяемых вантовых ферм с простой треугольной ре­ шеткой.

В заключение остановимся на регулировании, примененном при постройке наплавного моста через р. Ганг в Калькутте, которое представляет значительный интерес по достигнутым результатам.

Рис. 44. Плавучая опора с предварительным напряжением тросов наплавного моста через р. Ганг

Наиболее интересующей нас частью этого моста являются наплав­ ные опоры,которые состоят из восьми стальных закрытых цилинд­ ров длиной 69 м и диаметро,м 4,73 м (рис. 44). Каждая плавучая

опора при помощи тяжей заякорена ко дну таким образом, что верх

76

Глава IV

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПУТЕМ ВИДОИЗМЕНЕНИЯ ЭПЮР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В отличие от регулирования путем перераспределения изгибаю­ щих моментов (глава II) или введения в систему дополнительных усилий (глава III) ниже рассматриваются приемы регулирования, сводящиеся к видоизменению эпюр внутренних напряжений.

Следует заметить, что в ранее рассмотренных приемах регулирование сводилось к получению нужной нам картины распределе­ ния напряжений. Однако в этих приемах о конечном эффекте регу­ лирования можно было судить по эпюрам моментов, получающим­ ся в результате применения искусственных мер перераспределения моментов.

Между тем имеются приемы регулирования, об эффекте кото­ рых можно судить, осуществив сложение эпюр напряжений. Имен­ но поэтому представляется уместным подобные приемы регулиро­ вания рассмотреть самостоятельно.

К приемам регулирования путем видоизменения эпюр распре­ деления внутренних напряжений относится, например, создание

предварительно напряженных составных балок. Путем предвари­ тельного изгиба двух расположенных этажно балок и последующе­

го их соединения можно такую пару балок заставить работать как одну балку с прямоугольной или даже с трапецеидальной эпюрой внутренних напряжений, т. е. полностью включить стенки балок на восприятие нормальных напряжений.

редине пролета. При этом распределение напряжений в балках со­

ответствует эпюре, изображенной с правой стороны балки.

В таком состоянии балки объединяют между собой и устраняют возможность их относительного сдвига в момент, когда они будут освобождены от силы 1,25-Р, вызвавшей предварительное напряже­ ние. После снятия с балки силы 1,25Р предварительное напряжение

в ней будет распределяться по эпюре, изображенной на рис. 45, б.

78