21. Промежуточные опоры и устои балочных мостов. Назначение, основные требования. Особенности конструкции. Назначение основных размеров промежуточных опор

Мостовая опора - элемент моста (виадука, эстакады, путе-

провода), представляющий собой мостовую конструкцию, предназначенную для восприятия действующих на нее постоянных и временных нагрузок и передачи их на грунт основания. Различают концевые опоры (устои) и промежуточные («быки»)

Мостовая опора включает следующие части:

1. оголовок (насадку, ригель) – верхняя часть опоры на которой размещается подферменная плита подферменными площадками для установки опорных частей;

2) тело – часть опоры между оголовком и фундаментом

3) фундамент - нижняя часть опоры, непосредственно взаимодейсвующая с грунтом основания.

Тело опоры можно разделить (рис. 1.1) на следующие три зоны (в зависимости от степени воздействия водотока):

верхнюю (надводную или надземную), т.е. незатопляемую;

среднюю (зону переменного уровня воды),

нижнюю (подводную или подземную).

В наиболее трудных условиях находится средняя зона промежу­точной опоры, подвергающаяся периодическому замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию, механическим воздействиям льда, навалу судов, истирающему воздействию водолесчаных масс и т. п. Верхняя граница средней зоны принимается на I м выше наи­высшего уровня воды (НУВВ), а.нижняя граница.- на 0,5 м ниже нижней поверхности слоя льда наибольшей толщины при наинизшем уровне ледостава (НУЛ). У опор на пойме верхняя граница остается той же, а нижняя принимается на уровне, соответствующем половине глубины промерзания грунта. В случае виадука, эстакады или цуге» провода, характерных отсутствием поверхностных вод, верхняя граница средней зоны принимается на отметке выше поверхности грунту на 1,0 м, а нижняя - на отметке, соответствующей полон глубины промерзания грунта.

Устой в своей средней зоне чаще всего не подвергается воздействиям ледохода или навала судов, но, размещаясь в дренирующем грунте, как и промежуточная опора увлажняется и высыхает, частично промораживается и оттаивает.

а б в г

рис. 1 а - элементы опоры б - опора в русловой части реки, в – тоже на пойме

г - опора путепровода

4 - зона переменного уровня воды и приравненная к ней 5 - глубина промерзания, 6- половина глубины промерзания

Опора является частью моста, наиболее подверженной воздей­ствию внешней среды, поэтому к материалу опоры предъявляются по­вышенные требования в части морозостойкости, прочности и водоне­проницаемости. По СНиП 2.05.03-84* капитальные опоры сооружа­ется из бетона, бутобетона, железобетона и камня. Поэтому основные требования касаются бетона и облицовочного камня опор.

По прочности класс бетона на сжатие в бетонных конструкциях опор, а также в железобетонных подземных конструкциях по нор­мам должен быть не ниже В20. В железобетонных надземных (надводных) конструкциях опор класс бетона должен быть не ниже В22,5

Класс бетона облицовочных блоков должен быть не ниже B45 при минимальной температуре воздуха ниже -40 С и В35, если ми­нимальная температура воздуха выше -40 С. Если бетонные облицовочные блоки отсутствуют, то допускается применение для опор облицовки из естественного камня с прочностью на сжатие не менее 59 МПа а в случае мощных ледоходов - 98 МПа.

Опоры должны быть облицованы при среднемесячной темпера­туре наиболее холодного месяца ниже -20 С, а также на реках, вскрывающихся при отрицательных температурах воздуха. В других случаях допускается устройство опор без облицовки. Армирование облицовочных блоков применяется из условия их транспортировки и заанкеривания на отрывающее воздействие льда. Толщина швов меж­ду облицовочными блоками допускается не более 1,5 см.

По морозостойкости марка бетона F нормируется в за­висимости от климатических условий (среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца t^), вида конструктивных элемен­тов опоры и зоны расположения ее элементов.

Марки бетона по морозостойкости F приведены в таблице 1.1.

Климатические условия	Расположение конструкций
	в надводной, надземной и подземной зонах		в зоне переменного уровня воды
	Конструкции
	ж/б и тонкостенные бетонные	бетонные и массивные	ж/б и тонкостенные бетонные	бетонные массивные
				кладка тела	бетонное заполнение
умеренные t>=10 C	100	100	200	100	100
суровые t=-10 C - -20 C	200	100	300	200	100
особо суровые t<=-20 C	300	200	400	300	200

Марка по морозостойкости бетона облицовочных блоков при­нимается не ниже F300 для суровых условий и F500 для особо суровых.

По водонепроницаемости марки бетона опор прини­маются не ниже W4 для конструкций подводной (подземной) зоны. В блоках облицовки - W6 и W8 со средней температурой воздуха наиболее холодной пятидневки соответственно до - 40 С и ниже - 40 С.

■ Конструирование промежуточных опор балочных мостов

Оголовок промежуточной опоры может устраиваться .в плане прямоугольным или с закругленными в плане краями (рис. 1.8).

К оголовкам промежуточных опор предъявляются те же конструктивные требования, что и к оголовкам устоев:

высота подферменнои плиты принимается не менее 0,4 м, что требуется для обеспечения распределения нагрузки от пролетного строения на нижележащие конструкции опоры;

плита армируется по нижней и верхней поверхности двумя сет­ками арматуры;

подферменники армируются сетками из расчета на местное смя­тие и возвышаются над подферменнои плитой не менее, чем на 0,15 м;

бетонные сливы устраиваются вдоль и поперек оси моста с уклоном 0.1

Рис. 1.8. Оголовок промежуточной опоры

Минимальная ширина b_р (размер вдоль оси моста) и длина a_р

(размер поперек оси моста) подферменной плиты промежуточной поры определяются по формулам (см)

b_p=b₃+b₂^l+b₂^ll+b_o+2(15...20) + 2b_l; а = па₂ + а₀+2(15 ...20)+ Ь₁

где Ь₀,а₀ -размеры в плане нижней плиты опорной части соответственно вдоль и поперек моста;

b_va_x -минимальное расстояние от грани подферменника _До грани подферменной плиты соответственно вдоль и поперек моста \

b₂\b₂^u -свесы балок пролетных строений, считая от центра опирания балки на опорные части;

Ь_г - зазор между торцами соседних балок, определяемый с уче­том типа опорных частей (подвижные, неподвижные), температурных удлинений пролетных строений ∆L = alt (где t - разность температур между наивысшей и среднепостроечной, l- длина пролета, (a-коэф­фициент температурного расширения материала балок), удлинений нижних сечений балок при загружении пролетного строения времен­ной вертикальной нагрузкой;

а₂ п - Соответственно расстояние в осях между смежными бал­ками и число этих балок в поперечном сечении моста,

Если оголовок устраивается с закругленными концами то центры окружностей располагаются у краев надферменных площадок

Монолитные промежуточные опоры обычно устраиваются с на­клонными гранями Толщина тела опоры на уровне низа оголовка определяется размерами последнего (оголовок выступает за грани тела приблизительно на 10 см с каждой стороны опоры). Минимальная толщина тела опоры у обреза фунда­мента определяется расчетом. Решающую роль при этом обычно иг­рает расчет на сочетание нагрузок, при котором эксцентриситет вер­тикальной составляющей равнодействующей всех сил относительно центра тяжести сечения вдоль оси моста будет наибольшим. Это будет случай, когда кроме постоянных нагрузок на опору действует временная вертикальная нагрузка (устанавливаемая в случае разрез­ных балочных пролетных строений на одном пролетном строении), тормозная сила и ветровая нагрузка вдоль оси моста. Подбор сечений опоры следует начинать с этого сочетания нагрузок. (Ориентировочно наклон граней тела опоры вначале традиционно принимается равным 30:1 и исходя из этого предварительно назначаются размеры сечения опоры у обреза фундамента.) Из опыта проектирования толщина бе­тонной массивной опоры принимается не менее 1/5 ... 1/6 ее высоты во избежание появления растягивающих напряжений в сечении опоры со стороны менее нагруженной грани.

В мостах старой постройки на реках с ледоходом опоры снаб­жались ледорезами Классический ледорез имел наклонное режущее ребро с наклоном 1:1 или даже 1:2. Предполагалось, что льдина впол­зая на такой ледорез, разламывается под собственным весом. Однако с накоплением опыта эксплуатации мостов выяснилось, что в большин­стве случаев нет необходимости в устройстве таких ледорезов. Вместо наклонных ледорезов опоры снабжаются вертикальными режущими ребрами. Подверженные воздействию льда части опоры при этом ино­гда облицовываются морозостойким естественным камнем кристал­лических пород с пределом прочности при мощном ледоходе не менее 100 МПа. Такое решение чрезвычайно трудоемко и дорого (прежде каждый камень облицовки обтесывался вручную), поэтому рекомен­дуется облицовку опор производить бетонными или железобетонны­ми облицовочными блоками заводского изготовления.

Грани опоры, воспринимающие давление льда, образуют обычно в плане угол 60 ... 90 ° и сопрягаются между собой и с боковыми вертикальными гранями цилиндрическими поверхностями радиусом

1 и (допускается до 0,3 м).

Ледорезная часть опоры начинается от обреза фундамента и должна возвышаться над уровнем высокого ледохода в связи с торо­шением льда у опоры на величину не менее 1,0 м.

Сборные и сборно-монолитные опоры сооружаются с вертикальными гранями из условия типизации и унификации блоков. Тогда тело высокой опоры имеет уступ: нижняя (цокольная) часть опоры, подтопляемая водой, устраивается массивной (без пустот в кладке), имея обтекаемую форму с закругленными или заостренными носовой и кормовой частью. Верхняя часть опоры может иметь прямоуголь­ную в плане форму и выполняться в виде стоек и иных облегченных конструкций.

Размер оголовка сборной или сборно-монолитной опоры вдоль оси моста может оказаться больше, нежели в монолитной опоре, по­скольку нижнее сечение тела по обрезу фундамента определяется рас­четом. Размер оголовка поперек оси моста, наоборот, может быть меньше.

Положеиие уступа по высоте тела опоры совмещается с верхом ее ледорезнои части и должно быть выше наивысшего уровня ледохо­да не менее, чем на 1,0 м. Поскольку эта часть опоры относится к зоне переменного уровня воды, к ее материалу предъявляются повышен­ные требования. Верх цоколя опоры виадука (эстакады, путепровода)

должен быть не ниже, чем на 1,0 м, поднят над поверхностью грунта по тем же соображениям.

Положение обреза фундамента относительно уровней воды дей­ствующими нормами не регламентируется. Указано только, что расположения фундамента в пределах колебания уровней воды и льда следует предусматривать на обрезе фундамента фаски размером не менее 0.3х0.3 м. а фундаменту следует придавать обтекаемую в плане фор­му. Не регламентируется и положение подошвы плиты свайного рост­верка относительно уровней воды. В современной практике строи­тельства имеются случаи сооружения опор с расположением плиты свайного ростверка целиком выше уровня межени. Такое конструктивное решение является наиболее удобным при производстве работ, но представляется спорным на реках с сильным ледоходом, т.к. в этом случае давление льда на высоко расположенный ростверк будет значительно больше.

Если на опору опираются разнотипные пролетные строения, то положение осей опирания балок относительно оси опоры следует назначить так, чтобы равнодействующая вертикальных опорных реакций минимально отклонялась от оси опоры.