▲Рис.П.4.2. Арочный однопролетный мост:а - статическая схема; б - арочный каменный виадук над железной дорогой; в - арочный металлический мост (арочные фермы с серповидным очертанием поясов)
▲Рис.П.4.3.Комбинированная система – арка с затяжкой (внешне безраспорная)
В рамных мостах опоры в виде колонн или стоек составляют одно целое с балками (ригелями), перекрывающими пролеты. По действию пролетного строения на опоры рамная система близка к арочной. За счет жесткого (неизменяемого) соединения ригелей со стойками опор в одну конструкцию, называемую рамой, под воздействием вертикальной нагрузки на ригель стойки, опертые на фундаменты, вызывают не только вертикальную V, но и горизонтальную реакцию H, равную распору рамы (подобно распору арки), рис.П.4.4.
▲Рис.П.4.4. Рамный однопролетный мост: а - статическая схема; б - рамный однопролетный железнодорожный путепровод над автодорогой
Висячие мосты состоят из гибких элементов – цепей или кабелей, представляющих собой основную несущую часть конструкции моста, к которой подвешивается проезжая часть, предназначенная для пропуска нагрузки. Для того, чтобы висячий мост меньше прогибался под нагрузкой, устраивают специальную ферму или балку жесткости. В месте закрепления кабеля висячих мостов, так же как и в опорах арочных мостов, от вертикальной нагрузки возникают не только вертикальные, но и горизонтальные опорные реакции (распор), направленные наружу пролета, а не внутрь, как в арочных мостах. Цепи (кабели) по концам оперты на высокие опоры – пилоны - и закреплены оттяжками от смещения распором внутрь пролета под действием нагрузки. Оттяжки должны быть надежно заделаны (заанкерены) внизу так, чтобы нагруженные цепи (кабели) не могли вырвать их из заделки, рис.П.4.5.
▲Рис.П.4.5. Висячий мост: а - статическая схема; б - висячий автодорожный мост на входе в Нью-Йоркскую гавань (США) пролетом 1298 м
Вантовые мосты состоят из гибких частей (стальных канатов), образующих вантовые фермы, к которым подвешивается проезжая часть, рис.П.4.6.
▲Рис.П.4.6. Вантовый мост: а - вантовый однопилонный автодорожный мост; б - статическая схема
В мостах комбинированных систем одновременно используются характерные основные части нескольких систем во взаимной связи, например: арочные фермы с затяжками, воспринимающими распор, балки усиленные арками и другие.
П.4.2. Сравнительный анализ систем мостов и типов пролетных строений
В железнодорожном строительстве при проектировании мостов (виадуков, путепроводов, эстакад) применяют различные системы мостов и типы пролетных строений.
В курсовом проекте (контрольной работе) «Проект участка новой железнодорожной линии» основной упор сделан на проектирование плана и продольного профиля трассы. Задача выбора системы моста (балочная, арочная, рамная, комбинированная и т.д.) и схемы моста (разбивка моста на пролеты, выбор типов пролетных строений и опор) отняла бы много времени.
Студенты специальности 290900 строительного факультета выполняют курсовую работу по дисциплине «Сооружение и эксплуатация мостов, тоннелей и труб» и решают вышеназванную задачу в полном объеме.
Студенты специальности 240100 эксплуатационного факультета, прослушав «Общий курс железных дорог» и ознакомившись с приложениями 3 и 4 настоящего учебного пособия, смогут выполнить необходимые расчеты.
Поэтому, для уменьшения числа вариантов мостов на пересечениях постоянных водотоков, которые необходимо было бы рассмотреть при проектировании вариантов трассы (в зависимости от развития гидрографической сети в районе проектирования число мостов может изменяться от одного до десятков), в учебном пособии в приложении 4 обоснован выбор одной схемы для всех мостов и рекомендован ряд типовых пролетных строений (по возрастанию их полной длины) для разбивки мостов на пролеты.
Большое количество иллюстраций в приложении позволит представить различные схемы мостов, убедиться в том, что в железнодорожном строительстве применяют все рассмотренные выше системы мостов. Висячие мосты применяют для мостов под автомобильную нагрузку и городских мостов, но ведь при проектировании новой железнодорожной линии возникает необходимость в путепроводах над железной дорогой, которые могут быть запроектированы висячими.
На железных дорогах России широко применяют балочные системы с разрезными пролетными строениями:
- преднапряженными железобетонными с ездой поверху на балласте расчетными пролетами до 33,50 м (полной длиной пролетного строения l п = 34,20 м);
- металлическими (со сплошными главными балками с балластным корытом) с ездой поверху на балласте расчетными пролетами до 55,00 м (полной длиной l п = 55,80 м), см. рис.П.3.19;
- металлическими (сквозные решетчатые главные фермы) с ездой понизу на деревянных поперечинах расчетными пролетами до 158,40 м (полной длиной l п = 159,66 м), см. рис.П.3.4 и другие.
Для перекрытия больших пролетов балочными конструкциями используют неразрезные или консольные балки, рис.П.4.7.
Неразрезная система по сравнению с разрезной экономичнее, требует меньшего расхода материала. Экономия достигается за счет уменьшения значений моментов в пролетах вследствие возникновения отрицательных моментов над промежуточными опорами. Преимуществом неразрезных систем являются плавность линии прогибов и уменьшенные вертикальные деформации.
Отличительной особенностью неразрезных пролетных строений является их статическая неопределимость, вследствие чего при неравномерных осадках опор и под влиянием пластических деформаций возможно возникновение дополнительных напряжений в конструкции, поэтому неразрезные пролетные строения требуют прочного основания.
Балочно-консольные пролетные строения (подвесные и анкерные: с одной или двумя консолями) выполняют в виде сплошностенчатых балок или сквозных ферм, которые являются шарнирными и статически определимыми. Преимуществами балочно-консольных пролетных строений являются: меньшая масса стали по сравнению с балочно-разрезными; отсутствие дополнительных напряжений при неравномерной осадке опор; возможность применения при слабых грунтах; уменьшение объема кладки опор и др., а основными недостатками являются: пониженная вертикальная и горизонтальная жесткость; наличие перелома линии прогибов и значительная величина прогиба конца консолей, что увеличивает динамическое воздействие и ограничивает скорость движения, а также приводит к расстройству сопряжений подвесных пролетов с консолями и другие.
▲Рис.П.4.7. Балочные мосты: а - балочно-разрезная схема; б - балочно-неразрезная схема; в - балочно-консольная; г - неразрезной трехпролетный автодорожный железобетонный мост; д - балочный четырехпролетный мост, в котором два главных пролета перекрыты балочно-неразрезным пролетным строением – сквозной решетчатой фермой; е - фрагмент балочно-консольного моста со сквозными решетчатыми фермами
Тем не менее неразрезные и балочно-консольные системы широко применяются на практике. Например, в Японии на мосту Абукумагава №2 (магистраль Тохоку) неразрезное пролетное строение из предварительно напряженного железобетона имеет пять пролетов по 105 м каждый (5х105), рис.П.4.8.
В России типовые пролетные строения с неразрезными сквозными фермами под один ж.-д. путь с ездой понизу имеют пролеты: 2х110; 2х132; 110+132+110 и 132+154+132 м, а с ездой поверху – 2х55 и 2х65 м.
