10. Сварные соединения стальных конструкций, их достоинства и недостатки, методика расчета. Особенности работы, область применения.

Сварные соединения.

На сегодня сварные соединения являются самым распространенным видом соединений,

особенно в автодорожных мостах.

Сварные соединения бывают следующих типов:

Стыковые. На чертежах обозначаются буквой .С., например С18;

Тавровые. Обозначаются буквой .Т., например Т3;

Угловые. Обозначаются буквой .У., например У2;

Нахлесточные. На чертежах обозначаются буквой .Н., например Н1.

По виду сварки различают соединения, выполняемые ручной дуговой сваркой,

автоматической сваркой под флюсом или в защитных газах и соединения, выполняемые

полуавтоматической (механизированной) сваркой под флюсом, или в защитных газах.

Ручную дуговую сварку применяют как правило на монтаже, в тех случаях, когда применение

друхих видов сварки невозможно, либо нерационально. В остальных случаях применяют

автоматическую, либо полуавтоматическую сварку.

Стыковые сварные швы, выполняемые с полным проплавлением сечения, считаются

равнопрочными основному металлу и дополнительно на прочность не рассчитываются. При этомони рассчитываются на выносливость, т.к. создают концентраторы напряжений в конструкции. Если толщина сварного шва меньше, чем толщина свариваемых деталей, то расчетная высота сечения шва в расчете принимается равной tw=tmin.

Тавровые, нахлесточные и угловые швы рассчитываются на прочность и выносливость. При

этом основным критерием служит площадь сварного шва и способ выполнения – автоматическая, полуавтоматическая или ручная сварка. Для этих швов рассматриваются два сечения – по металлушва tf и по металлу границы сплавления tz.

Расчетная высота сечения по металлу шва вычисляется по формуле:

tf= fkf

Расчетная высота сечения по металлу границы сплавления:

tz= zkf Расчетная высота сечения по металлу шва вычисляется по формуле:

tf= fkf

Расчетная высота сечения по металлу границы сплавления:

tz= zkf

В указанных формулах f и z – коэффициенты вида сварки

kf – наименьший из катетов сварного шва.

Далее определяется минимальное значение расчетной высоты сечение шва tw=tmin шва

В общем случае растягивающего воздействия расчет выполняется по формуле:

N/twlw ≤Rwy m;

lw – расчетная длина сварного шва.

Для сложного сопротивления учитывается момент сопротивления сварного шва в плоскости

действия момента, совместно со сдвигающим усилием от поперечной мли продольной силы.

Сварные

Достоинства

Экономичность

Хороший внешний вид

конструкций

Возможность устройства сложных конструктивных форм

Снижение стоимости изготовлений

Повышение жесткости конструкций

Недостатки.

Увеличение сроков монтажа

Высокая квалификация персонала

Положительные температуры при сварке

Большие объемы контроля

Высокие концентраторы напряжений

11. Основные типы современных балочных сталежелезобетонных пролетных строений автодорожных мостов, область применения, особенности работы, методика расчета, достоинства и недостатки.

Преимущества сталежелезобетонных пролетных строений:

- меньшая потребность в стали;

- большая стойкость к атмосферным воздействиям;

- меньшие эксплуатационные затраты.

Широкому распространению сталежелезобетонных конструкций способствовало

появление широкого спектра элементов, объединяющих сталь и железобетон в единое сечение

(упоров), а также совершенствование методов расчетов конструкций, позволяющее учитывать

пространственную работу конструкций, усадку и ползучесть бетона.

Область применения сталежелезобетонных балочных пролетных строений под

автомобильную дорогу находится в диапазоне 15…140 м. Наиболее распространены

автодорожные пролетные строения в диапазоне 42…84 м.

Расчет начинается с составления расчетной схемы сооружения и сбора нагрузок:

1. Рассматриваем поперечное сечение пролетного строения и определяем постоянные нагрузки от всех конструктивных элементов;2. Рассматриваем поперечное сечение пролетного строения и определяем коэффициент поперечной установки временной нагрузки;Самый простой способ определения КПУ – метод рычага. Применяется в тех случаях, когда поперечная конструкция пролетного строения нежесткая (например деревянный настил) и отсутствуют поперечные связи. Также часто применяется, если число главных балок пролетного строения не более двух.

Второй способ – внецентренного сжатия, применяется в случае жесткой конструкции проезжей части и жестком контуре поперечного сечения пролетного строения, который обеспечивается за счет поперечных связей.

3. Для временных нагрузок определяем динамический коэффициент и коэффициент надежности по нагрузке. При расчете по программе MOLLY эти коэффициенты вычисляются автоматически.

4. Для плоского расчета, выполняемого вручную, или при помощи программы MOLLY определяем площадь поперечного сечения железобетонной плиты, которую можно включить в совместную работу.

Для плоского расчета, выполняемого вручную, вычисляем площадь и моменты сопротивления стального и сталежелезобетонного сечения главной балки. Имея данные геометрические характеристики мы можем получить напряжения в интересующих нас точках поперечного сечения. Для этого удобно использовать какие-либо программные средства, которых в настоящее время имеется достаточно много. Например программа «Сечение».

Расчет по прочности

Расчет на выносливость

Расчет на трещиностойкость

13. Понятие строительной высоты пролетного строения. Расчет пролетного строения на устойчивость против опрокидывания от ветровой нагрузки.

Строительная высота-расстояние по вертикали от подошвы рельса до низа мостовых ферм. С. в. обусловливается отметкой подошвы рельсов и наименьшим допустимым возвышением низа ферм над горизонтом воды в реке или полотном пересекаемой дороги. С. в. зависит от конструкции пролетного строения, причем иногда вследствие необходимости иметь ограниченную С. в., напр. в путепроводах, прибегают к специальной конструкции пролетного строения или проезжей его части

16. Мостовое полотно сталежелезобетонных автодорожных мостов. Особенности устройства гидроизоляции. Узлы крепления барьерного ограждения. Водоотвод с поверхности проезжей части и закрытый дренаж – назначение и особенности работы.

Мостовое полотно автодорожных мостов.

М.П. является основным конструктивным элементом моста, ради которого собственно и выполняется

его строительство. Понятие МП включает в себя не только проезжую часть, но также и ограждения проезжей части, перила, систему водоотвода, освещение моста, шумозащитные ограждения, дорожную разметку и средства организации движения.

С учетом изложенного проектированию мостового полотна необходимо уделять первостепенное

внимание, поскольку от его конструкции во многом зависит назначение всей системы пролетного строения.

ГАБАРИТЫ ПРИБЛИЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

1. Настоящее приложение устанавливает габариты приближения конструкций мостов — предельные

поперечные очертания (в плоскости, перпендикулярной продольной оси проезжей части), внутрь которых не

должны заходить какие-либо элементы сооружения или расположенных на нем устройств.

Схемы габаритов приближения конструкций

на автодорожных и городских мостах

a — при отсутствии разделительной полосы; б — с разделительной полосой

без ограждений; в — с разделительной полосой при наличии ограждений

1. Мостовое полотно на железобетонной плите проезжей части;

Устройство гидроизоляции на железобетонной плите.

Гидроизоляция защищается защитным слоем, который может быть выполнен как из монолитного

железобетона, так и из асфальтобетона, что является более предпочтительным.

Основное требование к асфальтобетону, укладываемому на гидроизоляцию из мостопласта –

температура укладки, которая не должна превышать 140 градусов Цельсия. Это может быть обеспечено, приусловии использования специальных модифицированных битумов, обеспечивающих удобо укладываемость асфальтобетонной смеси при такой, сравнительно низкой, температуре. Обычная температура укладки асфальтобетона 150…170 градусов.

При литом асфальтобетоне температура укладки существенно выше, примерно 200-220С, поэтому

применяется другой тип гидроизоляционного материала – «Эргобит» (Германия), либо отечественный материал «Техноэластмост-С», позволяющий укладку литого асфальтобетона при вышеуказанной температуре.

Гидроизоляция поверхности – основная защита мостовых конструкций от воздействия воды и соли.

Для отвода воды, проникающей через асфальтобетонное покрытие на поверхность гидроизоляции

предусматривается закрытый дренаж.

Для отвода воды с поверхности моста предусматриваются водоотводные устройства в виде трубок

Для организованного сбора воды проезжая часть моста выполняется с поперечным уклоном,

величина которого, как правило, не менее 2%, и назначается в зависимости от расположения моста в плане.

В последнее время, в связи с ужесточением требований экологов открытый сброс воды в водоемы

запрещен, поэтому существует несколько других способов отвода воды, например с устройством

дождеприемных колодцев у опор.

Барьерное ограждение – это элемент мостового полотна, устанавливаемое по границам проезжей части и имеющий непрерывную направляющую балку, прикрепленную к стойкам амортизаторами, установленными между стойками и балкой (рис. 16.13).

Гашение энергии барьерных ограждений происходит за счет пластических деформаций всех элементов ограждений – стоек, балки, амортизаторов и натяжения балки как нити, прикрепленной к большому числу стоек.

Стойки ограждения могут прикрепляться непосредственно к плите либо устанавливаться на бордюры высотой от 15 до 40 см.

К гибким относятся тросовые ограждения (рис. 16.14). Поглощение энергии в таких ограждениях происходит за счет упругой деформации тросов. Достоинства ограждений – малая металлоемкость, серьезный недостаток – отбрасывание аварийного транспорта вновь на проезжую часть, что может вызвать дополнительное ДТП. Этот тип ограждений в отечественной практике не применяется.

17.. Типы опорных частей, применяемых в мостах. Подбор опорных частей при проектировании моста. Особенности расположения опорных частей в неразрезных пролетных строениях на криволинейных участках.

Опорные части — это устройства, служащие для передачи сосредоточенных опорных давлений пролетных строений на опоры моста. Они предназначены для распределения опорных давлений от веса пролетных строений и подвижной нагрузки на необходимую площадь подфер-менной плиты; передавать на опоры горизонтальные усилия, возникающие от торможения и других факторов; обеспечивать свободу угловых деформаций от прогиба пролетных строений и, кроме того, давать свободу продольным перемещениям, возникающим под влиянием временной нагрузки и колебаний температуры. Для того чтобы удовлетворить всем этим требованиям, применяют различные типы опорных частей: плоские, тангенциальные, одно- и многокатковые, валковые, секторные, качающиеся, скольжении, стаканообразные, с шаровым сегментом и др. По характеру работы они подразделяются па две основные категории: подвижные и неподвижные опорные части. Сами названия говорят о различии в их работе: первые должны давать свободу горизонтальным перемещениям, а вторые — исключать их полностью. Опорные части под пролетными строениями располагают в соответствии с расчетной схемой моста. В балочных мостах под разрезными пролетными строениями, как правило, употребляют наиболее простую схему размещения опорных частей: на одном конце устанавливают продольно-подвижные опорные части, а на другом — неподвижные. В автодорожных мостах подвижность одного конца пролетных строений приводит к необходимости устройства так называемых деформационных швов (разрывов проезжей части). В неразрезных мостах возможно несколько вариантов размещения подвижных и неподвижных опорных частей. Чаще других встречается вариант расположения неподвижных опорных частей на одной из средних опор, а на остальных — подвижные. В однопролетных висячих мостах опорные части располагают аналогично балочным мостам; в трехпролетных с неразрезной балкой жесткости одна из опорных частей устанавливается неподвижной, а остальные — подвижными. В висячих мостах больших пролетов температурные перемещения оказываются значительными, поэтому в мостах с гибкими пилонами применяют подвижные опорные части. Опорные части арочных мостов устраиваются аналогично шарнирно-пеподвижным опорным частям балочных пролетных строений, устанавливаемых в пятовых сечениях. Простейшими опорными частями скольжения можно считать опорные части малых пролетов (до 10—15 м), для которых горизонтальные перемещения от изменения температуры и действия временной подвижной нагрузки невелики. Они представляют собой конструкцию из двух плоских металлических подушек, одна из которых присоединена к пролетному строению, а другая — к опоре. Одним из недостатков подвижных опорных частей (особенно Катковых) является то обстоятельство, что возникающие при проходе подвижной нагрузки горизонтальные колебания гасятся тем меньше, чем более совершенной подвижностью обладает опорная часть. В арочных, вантовых и висячих мостах опорные части имеют несколько видоизмененную конструкцию. В основном применяются шарнирные и катковые опорные части. Для арочных мостов они устанавливаются в пятовых сечениях. В висячих мостах опорные части устанавливают в месте опирания пилонов, балок жесткости и, кроме того, в месте перевода кабеля через пилоны.

 

20. Эволюция конструктивных решений пролетных строений ж.д. мостов, начиная с XIX века на примере ферм проф. Белелюбского, Проскурякова, от первых типовых проектов до современных конструктивных решений.

К 1884 году Н.А.Белелюбским были разработаны проекты унифицированных (типовых)

пролетных строений с многораскосными фермами с параллельными и криволинейными

поясами. Они обеспечивали перекрытие пролетов от 53,35 до 106,7 м с интервалом 10,67 м)

Фермы были двухраскосными, с длиной панели 3,66…5,18 м.

Поперечные балки проезжей части в фермах Белелюбского прикреплялись к

главным фермам шарнирно, это было сделано для упрощения расчетной схемы

поперечной балки, что позволило устранить недостатки первых проектов таких пролетных

строений. В фермах Белелюбского клепаные были двустенчатыми П-образными.

В конце XIX века в России по инициативе профессора Л.Д.Проскурякова для

перекрытия больших пролетов стали применять пролетные строения с однораскосными

главными фермами со шпренгельной решеткой.

Они выгодно отличались от ранее применявшихся ферм более жесткими

элементами, в том числе и связей. Пояса имели коробчатое сечение, с высокой

концентрацией металла в горизонтальных пакетах, раскосы – Н-образное сечение. Ветви

стоек объединяли крестовой соединительной решеткой из полос и уголков. прошлого века.

С 90-х гг. XIX века стали широко использовать пролетные строения с треугольной

решеткой главных ферм, как наиболее рациональные с точки зрения использования

материала, изготовления и монтажа. В пролетных строениях этого типа сформировались

основные современные решения сплошностенчатой балочной клетки.

С введением новых норм расчета мостов в 1931…1933 гг. Гипротрансом НКПС были

разработаны типовые проекты серии решетчатых пролетных строений под нагрузку Н8

При длине пролета 87,6 м и более было принято полигональное очертание верхних поясов.

Элементы верхних поясов и опорные раскосы типового пролетного строения

Гипротранса имеют П-образное сечение. Элементы нижних поясов и раскосов –

двухветвевые из клепаных швеллеров. Подвески выполнены Н-образного

сечения. Ветви элементов соединены между собой крестовой или треугольной

соединительной решеткой из полос и уголков, и во избежание перекосов ветвей –

диафрагмами.

В 40-е гг. был сделан следующий шаг на пути типизации и индустриализации

изготовления пролетных строений. На заводах внедряют сборочные кондукторы,

позволяющие точно сверлить групповые отверстия и избавляющие производство от

контрольной сборки в процессе изготовления элементов.

В 1944 году ГПИ Проектстальконструкция (ПСК) были разработаны проекты решетчатых пролетных строений ж.д. мостов, отвечающие требованиям максимальной унификации элементов и узлов. Эти пролетные строения были разработаны под нагрузку Н7 и разбиты на 2 серии.

В 1954…1956 гг. Трансмостпроект (ТМП) разработал рабочие чертежи новых

унифицированных пролетных строений под нагрузку Н8. В отличие от пролетных строений

ПСК они были разбиты не на 2, а на 3 серии, в которые эти пролетные строения были

объединены общностью размеров панелей, высот ферм и расстояний между осями ферм

Это позволило получить более экономичные по затрате металла конструкции и в

пределах каждой серии стандартизировать элементы. Во всех сериях принят одинаковый

вид треугольной решетки со стойками и подвесками, что способствовало сокращению

числа узлов и монтажных элементов при больших пролетах.

Н-образные сечения, выгодные при небольшой площади сечения элемента,

рекомендованы только для первой серии. Обоим поясам и раскосам второй серии

придается двухветвевое сечение, с уголками повернутыми полками внутрь. Верхние пояса

третьей серии приняты с уголками, выступающими полками наружу. Стойки и подвески Н-

образного сечения.

В конце 40-х, начале 50-х гг. по предложению профессора К.Г.Протасова при

участии НИИ мостов ЛИИЖТа и Института электросварки имени Е.О.Патона были

разработаны и установлены на ж.д. мосту первые в СССР цельносварные пролетные

строения комбинированной системы.

В 60-х г. ХХ века в ж.д. мостах начали широко применять болтосварные решетчатые

пролетные строения из низколегированных сталей. В настоящее время этот тип

пролетных строений является основным, т.к. обладает достаточно высокими

конструктивными, технологическими и эксплуатационными качествами, экономичностью,

надежностью и долговечностью.

В 1969 году Гипротрансмостом по заданию НИИ мостов были разработаны типовые

болтосварные решетчатые пролетные строения с ездой понизу пролетами от 33 до 110 м

под ж.д. нагрузку С14. Схемы и унифицированные геометрические параметры пролетных

строений сохранены такими же, как в пролетных строениях ТМП 1954…1956 гг.

Сварные Н-образные элементы применяли в стойках и подвесках всех серий, а

также в раскосах пролетных строений первой серии.

Ширина элементов решетки по наружным граням вертикальных листов для всех

серий равна 526 мм. В нижних листах коробчатых элементов выполнены овальные

отверстия (перфорация) размером 600х270 мм для контроля качества внутренних сварных

швов, возможности постановки высокопрочных болтов в узлах ферм, окраски и осмотра

внутренних поверхностей элементов. В принятых коробчатых сечениях основная часть

площади сконцентрирована в вертикальных листах, высота которых от 450 до 800 мм, что

обеспечивает достаточное перекрытие сечений в узлах ферм вертикальными фасонками.

Современные принципы проектирования решетчатых пролетных строений.

В настоящее время в отечественной практике проектирования ж.д. мостов

основным типом решетчатого пролетного строения остается болто-сварная конструкция.

Основными типами поперечного сечения сварных элементов главных ферм

остаются коробчатые различного вида и Н-образные см. рис. 7.27.

На концах элементов по накладным кондукторам, а в последнее время на

сверлильных станках с ЧПУ рассверливаются отверстия для соединения элементов

высокопрочными болтами в узлах главных ферм.

Узлы главных ферм с болтовыми стыками можно устраивать различным образом:

-с фасонками-накладками;

-с фасонками-вставками;

-с фасонками-приставками.

В отечественной практике, как правило, в ж.д. мостах применяют узлы на

фасонках-накладках, в автодорожных мостах – узлы любой конструкции.

При конструировании необходимо добиваться возможно большей стандартизации

размеров фасонок, применяя в них одинаковые рисунки отверстий для болтов.

При этом также следует учитывать болты прикрепления балок проезжей части и

связей.

Расстояния между отверстиями назначают минимально-допустимыми, но как

правило не менее 80 мм. Фасонки-накладки стремятся делать минимальной толщины.

При недостаточной площади фасонки по высоте пояса необходимо ставить

дополнительные наружные и внутренние накладки. Горизонтальные листы коробчатых

или Н-образных элементов поясов также необходимо перекрывать в узлах накладками.

Коробчатые элементы ферм могут быть двух видов:

- с нижним перфорированным листом;

- герметически замкнутые.

Перфорация в нижнем листе выполняется размером 600х300 мм при ширине

коробки 526 мм и 600х270 мм при ширине коробки 420 мм. Внутренние размеры коробки

должны обеспечивать пропуск двухдугового сварочного автомата. При проектировании

ферм на фасонках-накладках габаритная ширина всех элементов должна быть

одинаковой.

22. Типы решеток главных ферм, применяемых в мостостроении. Их достоинства и недостатки._Типы_фасонок для соединения элементов ферм. Понятие о фасонках-вставках, фасонках-накладках и фасонках-приставках. Принципы конструирования решетки фермы.

Треугольная система решетки имеет наименьшую суммарную длину элементов и наименьшее число узлов. Различают фермы с восходящими и нисходящими опорными раскосами. В местах приложения сосредоточенных нагрузок можно установить дополнительные стойки или подвески. Недостатком треугольной решетки является наличие длинных сжатых раскосов, что требует дополнительного расхода стали для обеспечения их устойчивости. В раскосной системе решетки все раскосы имеют усилия одного знака, а стойки - другого. Так, в фермах с параллельными поясами при восходящем раскосе стойки растянуты, а раскосы сжаты; при нисходящем - наоборот. Очевидно, при проектировании ферм следует стремиться, чтобы наиболее длинные элементы были растянуты, а сжатие воспринималось короткими элементами. Раскосная решетка более металлоемка и трудоемка по сравнению с треугольной, так как общая длина элементов решетки больше и в ней больше узлов. Применение раскосной решетки целесообразно при малой высоте ферм и больших узловых нагрузках. Шпренгельную решетку применяют при внеузловом приложении сосредоточенных нагрузок к верхнему поясу, а также при необходимости уменьшения расчетной длины пояса. Она более трудоемка, но в результате исключения работы пояса на изгиб и уменьшения его расчетной длины может обеспечить снижение расхода стали. Если нагрузка на ферму может действовать как в одном, так и в другом направлении (например, ветровая нагрузка), то целесообразно применение крестовой решетки. Раскосы такой решетки могут быть выполнены из гибких элементов. В этом случае сжатые раскосы вследствие большой гибкости выключаются из работы и решетка работает как раскосная с растянутыми раскосами и сжатыми стойками. В фермах с поясами из тавров можно применить перекрестную решетку из одиночных уголков с креплением раскосов непосредственно к стенке тавра. Ромбическая и полураскосная решетки благодаря двум системам раскосов обладают большой жесткостью; эти системы применяют в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней. Они рациональны при большой высоте ферм и работе конструкций на значительные поперечные силы. Возможна в одной ферме комбинация различных типов решетки. По способу соединения элементов в узлах фермы подразделяют на сварные и болтовые. В конструкциях, изготовленных до 50-х годов, применялись также клепаные соединения. Основными типами ферм являются сварные. Болтовые соединения, как правило, на высокопрочных болтах применяют в монтажных узлах. По величине максимальных усилий условно различают легкие фермы с сечениями элементов из простых прокатных или гнутых профилей (при усилиях в стержнях N3000кН). Эффективность ферм может быть повышена при создании в них предварительного напряжения.

Типы фасонок-с фасонками-накладками;-с фасонками-вставками;-с фасонками-приставками.