Мосты комбинированных систем и рамные мосты

Лекция № 12.

Мосты комбинированных систем и рамные мосты.

Мосты комбинированных систем образуются двумя основными способами:

1.  Объединением обычных (простых) систем, например разрезная балка+арка, ферма+балка, неразрезная балка+арочные «подпруги».

2.  Образовываются введением дополнительных элементов в простую систему, что приводит к изменению статической схемы простой системы, например введенная в обычную арку затяжка, соединяющая опорные узлы, превращает арку во внешне безраспорную, т.е. статически-определимую систему.

Комбинированные системы не имеют экономических преимуществ перед простыми системами, в том числе балочными.

Конструкция сложнее;

Монтаж и изготовление имеют более высокую трудоемкость;

Единственное преимущество – архитектурная привлекательность.

Наиболее распространенные из комбинированных систем (КС)- сочетания арочной и балочной системы.

При этом и балка и арка могут быть как сплошностенчатыми, так и сквозными. (Рисунок на доске 1 и 2)

Свойства КС зависят от соотношения жесткостей балки и арки.

Если EIa/EIб≥80…100, т.е. жесткость арки много больше жесткости балки, то балка не работает на изгиб, а в основном работает на продольное усилие распора. В этом случае она называется затяжкой.

Арка в КС сохраняет все особенности арочных мостов, но масса пролетного строения увеличивается из-за расхода металла на устройство затяжек. Кроме того, из-за продольной деформации затяжки (вследствие удлинения по закону Гука) происходит уменьшение распора в арке, с соответствующим возрастанием изгибающих моментов в арке, что также ведет к увеличению расхода металла на арки.

Если затяжку расположить выше опорных узлов, то будет пролетное строение с ездой посередине. Это, например, Финляндский ж.д. мост. Построен в 1912 г., Реконструирован в 1988 (второй путь и замена разводного пролета)

В этом примере затяжка имеет очень маленькое сечение, т.к. на изгиб не работает, а вся временная нагрузка передается в узлах, т.е. через поперечные балки на подвески и на арку.

Элементы арки коробчатые и Н-образные, шаг подвесок 6,2 м. Масса металла 460 т.

Если увеличить сечение затяжки, превращая ее в высокую жесткую балку, то арку можно сделать гибкой, способной воспринимать только продольную силу и небольшие изгибающие моменты. При соотношении EIб/EIа≥80…100 поперечная сила и изгибающий момент воспринимаются в основном балкой.

Такая система называется гибкая арка с жесткой затяжкой или гибкая арка с балкой жесткости (рисунок на доске).

Эта система позволяет внеузловое прикрепление балок проезжей части и оптимизацию балочной клетки по минимуму массы.

При средних пролетах наличие арки позволяет облегчить сечение балки, например сделать ее двутавровой взамен коробчатой, упростить таким образом изготовление.

Наличие жесткой балки позволяет выполнять монтаж продольной надвижкой или сборку крупными блоками.

Сечение арки выполняется трубчатым или коробчатым, но при небольших пролетах арка может быть и Н-образной. Поскольку моменты в гибкой арке близки к 0, ее элементы могут выполняться прямолинейными от узла к узлу.

Мост через р.Майн в Германии. Арки выполнены из двух труб диаметром 2000 мм и стенкой толщиной 20 мм. Трубы соединены продольной диафрагмой, стенки труб усилены с внутренней стороны поперечными диафрагмами и продольными ребрами жесткости. Наружные диафрагмы служат для прикрепления подвесок.

При хороших грунтах в основании и большой высоте опор иногда применяют балку, усиленную снизу гибкой аркой, передающей распор на опоры (см. рисунок на доске)

В такой конструкции распор не передается на балку, а моменты в балке меньше, чем в обычной балке такого же пролета, что позволяет сделать более экономичное сечение балки.

Вместе с тем из-за S – образного прогиба арки опорные реакции балки жесткости могут быть знакопеременными, поэтому опорные закрепления должны воспринимать отрицательные опорные реакции. Это необходимо проверять расчетом.

Подвариантами рассмотренной КС являются КС с ездой по середине и балка с подпругами, с ездой по верху (см. рисунки на доске). Такие решения могут быть рациональны при необходимости обеспечения малой строительной высоты.

Характер деформации п.с. в представленных системах определяется особенностью работы арки при несимметричном загружении (S – образный прогиб). При этом моменты в балке жесткости разных знаков, с преобладанием положительного момента (см. рисунки на доске)

Для уменьшения положительных моментов балки жесткости можно использовать простой конструктивный прием – центрирование арки и балки жесткости в опорном узле выполнить с некоторым эксцентриситетом «е». Это приведет к появлению отрицательного момента в узле примыкания балки жесткости к арке и, соответственно, к уменьшению максимального положительного изгибающего момента.

Такой конструктивный прием позволяет в определенных пределах регулировать уровень действующих усилий в балке жесткости, добиваясь минимального расхода металла.

Иногда подвески арочных мостов КС выполняют из канатов. Это возможно, благодаря тому, что подвески всегда растянуты.

В представленном мосту подвески образуют сетку, это так называемые сетчатые арки.

При этом конструкции арок наклонены под углом 13 градусов к вертикали, а сетки, образованные наклонными подвесками, позволяют избежать S-образного прогиба, что в данном случае важно, т.к. мост совмещенный.