Эволюция конструктивных решений пролетных строений железнодорожных мостов

Лекция №9.

Эволюция конструктивных решений пролетных строений железнодорожных мостов.

Стальные п.с. при сооружении ж.д. мостов в России начали применяться с середины XIX века, что было связяно с началом активного строительства сети железных дорог.

Первые решетчатые фермы представляли собой явное подражание многорешетчатым деревянным фермам Тауна и Гау. Пояса ферм имели обычно тавровое сечение, с мощными горизонтальными пакетами листов, а все раскосы выполнялись из полосового железа, прикрепляемого заклепками к вертикальным листам поясов. Таким образом первые стальные фермы были многорешетчатыми, при этом раскосы могли воспринимать только растягивающие усилия, т.к. полосовая сталь на сжатие работать практически не может.

Существенное улучшение в конструкцию многорешетчатых ферм внес С.В.Кербедз. При назначении сечений элементов ферм моста через р.Лугу он впервые учел явление продольного изгиба и выполнил сжатые пояса и раскосы, а также сжато-растянутые раскосы более жесткими, способными воспринимать изгибающий момент от эксцентриситета усилия в узлах прикрепления элементов.

В дальнейшем многорешетчатые фермы совершенствовали за счет уменьшения числа элементов решетки и повышения жесткости элементов. Пролетные строения этого типа длиной до 109,2 м в основном применяли до начала XX века. Они обладали рядом существенных эксплуатационных недостатков:

1.  Малая жесткость элементов решетки в горизонтальной плоскости приводила к сильной вибрации при проходе поездов и ослаблению заклепочных соединений.

2.  Большое число соединений элементов увеличивало вероятность их расстойства, загрязнения и коррозии.

3.  Узлы соединения поперечных балок с главными фермами оказались недостаточно надежными.

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 в свету от 25 до 50 саженей, с интервалом 5 саженей (от 53,35 до 106,7 м с интервалом 10,67 м). Принятый 5-саженный интервал определил действующий по сей день модуль длин пролетов железнодорожных мостов 11 м. Схемы первых типовых пролетных строений см. рис. 7.14.

 Фермы были двухраскосными, с длиной панели 3,66…5,18 м. Целесообразность криволинейного очертания поясов при длине пролета свыше 87 м усматривалась из балки равного сопротивления.

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. Позднее такая конструкция проезжей части применялась и за рубежом.

В фермах Белелюбского клепаные сечения поясов (см. рис.7.15) были двустенчатыми П-образными.

Развитие площади поясов достигалось за счет увеличения числа горизонтальных листов. Растянутые раскосы состояли из двух ветвей вертикальных листов, а сжатые и сжато-растянутые раскосы и стойки состояли из уголков или уголков и вертикальных листов, соединенных крестовой решеткой из полосовой стали.

Такие пролетные строения строили по нормам 1875, 1884 и 1896 г.г. в период бурного развития ж.д. строительства. Конструкция их постепенно улучшалась за счет совершенствования поперечных сечений элементов ферм.

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 (рис. 7.16).

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.

Проскуряков учитывал расположение центров тяжести сечений элементов, избегая больших эксцентриситетов в узлах. Ранее этому не уделяли должного внимания. Особенностью его пролетных строений является сквозная конструкция поперечных балок проезжей части. Их прикрепление к узлам главных ферм вновь выполнено жестким, и с тех пор в основном придерживаются данного решения. Пролетные строения рассмотренной конструкции проектировали по нормам 1896, 1907, 1921, 1923 г.г. и изготавливали до середины 20-х г.г. 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. Конструкция клепаных узлов ферм обладала достаточной простотой. Недостатками указанных конструкций являются:

- высокая концентрация металла (до 50% сечения) в горизонтальных пакетах коробчатых поясов;

- слабость соединительной решетки ветвей элементов;

- отсутствие горизонтальных листов в верхних поясах продольных балок;

- конструктивные мешки, пазухи и т.п.

Недостатки конструкции стальных пролетных строений, возведенных до середины 20-х г.г. прошлого века связаны уже не столько с отсутствием достаточного опыта их проектирования, сколько с несовершенством технологии изготовления и сборки элементов. Пролетные строения изготавливали непосредственно на строительных площадках, где организовывали мастерские для выпуска отдельных элементов, подгоняемых уже по месту.

В середине 20-х годов прошлого века взят курс на заводское серийное изготовление стальных пролетных строений. Т.е. на строительной площадке их уже собирали из готовых элементов. Это отразилось на конструктивных формах отдельных частей и монтажных соединений.

Сечения элементов подбирали таким образом, чтобы максимально использовать машинную клепку на заводе и уменьшить число составных конструкций. Внедрение навесной сборки, монтажных кранов достаточной грузоподъемности позволило сократить число элементов решетки главных ферм. Первые типовые проекты стальных решетчатых пролетных строений советского времени разрабатывали в 1924…1928 гг.

С введением новых норм расчета мостов в 1931…1933 гг. Гипротрансом НКПС были разработаны типовые проекты серии решетчатых пролетных строений под нагрузку Н8 (рис. 7.18).

При недостаточно развитой в то время металлургической промышленности в СССР ведущей идеей в создании типовых проектов стало стремление к максимальной экономии стали. С этой целью для каждого пролетного строения назначили свою оптимальную высоту (1/5…1/6 пролета), длину панели, угол наклона раскосов. 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.