книги / Проектирование и расчёт деревянных автодорожных мостов

Момент инерции сечения верхнего бревна при несимметричных стесках с двух сторон находим по формуле (130):

Тогда будем иметь

I x-x = 14 532 14,52 −(999 +7167) =19 800 см4.

Смещение центра тяжести бревна, ослабленного врубками, относительно геометрического центра окружности определяем по формуле (132):

Момент инерции одного бревна относительно центра тяжести ослабленного сечения получаем по формуле (133):

Iц.т =19 800 −532 2, 252 =17 107 см4.

Момент инерции всего сечения прогона без учета среднего бревна относительно оси, проходящей через центр тяжести балки, находим по формуле (134):

I = 2 17 107 +532(14,5 + 4 +14,5 + 2, 25)2 =1356 300 см4.

Момент инерции ослабленного сечения верхнего и нижнего бревен болтом d =19 мм

Момент инерции ослабленного прогона без учета среднего бревна

I nt =1356 300 −100 240 =1 256 060 см4.

Момент сопротивления

Определение прогиба. Определяем прочность прогона по второму предельному состоянию.

Предельный допустимый прогиб прогона с расчетным про-

Вертикальный упругий прогиб определяется в середине прогона (см. рис. 64) с геометрическими характеристиками только верхнего и нижнего бревен и увеличивается на 30 % из-за неучета податливости соединений:

= 0,0160 м < fпр = 0,035625 м,

т.е. условие прочности по второму предельному состоянию выполнено.

3.3. Основы конструирования и расчета опор мостов малых пролетов

Конструирование. Опоры деревянных мостов и их основные размеры зависят от пролетных строений, длины пролета, габарита проезжей части и высоты моста, а также от геологических, гидрологических и ледовых условий.

192

Опоры деревянных мостов малых пролетов могут быть свайными, свайно-рамными, рамными и клеточными.

Свайные опоры являются основными для деревянных мостов малых пролетов и применяются во всех случаях, когда грунт допускает забивку свай. Сваи забивают в грунт на глубину не меньше 3,5–4,0 м.

При высоте опор до 5 м для пролетных строений длиной до 6 м применяются плоские однорядные опоры, для пролетов более 6 м, а также при отсутствии бревен требуемого диаметра на насадку и сваи или в целях повышения продольной жесткости моста – плоские двухрядные опоры (рис. 66, а).

а

б

Рис. 66. Однорядные и двухрядные свайные опоры: а – высотой до 5 м; б – высотой более 5 м; 1 – свая; 2 – насадка; 3 – горизонтальные схватки; 4 – диагональные схватки

193

При высоте опор более 5,0 м с низовой и верховой сторон устраиваются дополнительные сваи и укосины (рис. 66, б).

Схемы поперечных связей в виде горизонтальных и диагональных схваток изменяются в зависимости от глубины воды и положения насадки над уровнем воды и рассмотрены в работе [2].

В многопролетных мостах для повышения продольной устойчивости и жесткости применяются пространственные опоры

(рис. 67).

а

б

Рис. 67. Пространственные свайные опоры: а – высотой до 5 м; б – высотой более 5 м

194

Количество коренных свай в опоре может быть от 4 до 6 шт. в зависимости от числа полос движения по мосту. Наименьший диаметр сваи с тонкого конца составляет 20 см. Сваи изготовляют из леса хвойных пород и дуба со сбегом, равным 1 %. В зависимости от расчетных усилий на голову сваи из сосны можно предварительно назначить ее диаметр в тонком конце (отрубе) по следующим данным [3]:

Диаметр, см 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Нагрузка на сваю, кН 100 120 150 180 200 230 270 300 330

Насадка представляет собой опиленное на два канта бревно, имеющее по всей длине постоянную высоту. Диаметр насадки с тонкого конца принимают в пределах 24–27 см. В этом случае высота насадки составляет 20–23 см. Ширину стески насадок принимают больше половины их диаметра и не меньше диаметра сваи. Крепление насадки к каждой свае осуществляется с помощью шипа или заершенным штырем диаметром 16–19 мм и длиной не менее двух толщин насадки (рис. 68, а, б). Для штырей в насадке заранее сверлятся отверстия.

Схватки поперечных и продольных связей в опорах выполняют из пластин диаметром 20–22 см или бревен небольшого диаметра.

Стыки наращивания свай располагают в месте сопряжения с горизонтальными схватками и устраивают в полдерева, укрепляя стык металлическими хомутами (рис. 68, в). При большой глубине погружения свай наращивание производится в полдерева с помощью болтов и нагелей диаметром 20 мм с плоскостью стески в стыке, параллельной оси моста (рис. 68, г) или с применением металлической трубы (рис. 68, д). Крепление связей со сваями осуществляется с помощью болтов, а также штырей диаметром 16 мм через заранее просверленные отверстия в схватках (рис. 68, е, ж). Укосины врубаются в сваи одиночным зубом и укрепляются болтом (рис. 68, з).

Свайно-рамные опоры возводят в том случае, когда пролетное строение располагается на большой высоте над уровнем воды, при которой наращивание свай целесообразно заменить установкой заранее изготовленных рамных надстроек. Такие опоры

195

196

Рис. 68. Детали конструкций свайных опор: 1 – зазор; 2 – стальной штырь; 3 – костыли; 4 – отрезок стальной трубы; 5 – болты; 6 – нагели

196

могут быть однорядными, двухрядными. На рис. 69 приведена конструкция двухрядной опоры. При высоте опоры более 4,0 м рамы снабжаются укосинами с уклоном от 4 : 1 до 3 : 1.

Рис. 69. Схема плоской двухрядной свайно-рамной опоры

При скальном или каменистом грунте, не допускающем забивку, а также при плотных песчаных и гравелистых грунтах опоры делают из рам без забивки свай. Применение таких опор требует принятия специальных мер от сдвига их течением. Рамные опоры целесообразны в мостах через суходолы, скотопрогоны, а также в путепроводах, где опоры располагают на сухом месте.

Рамная опора включает в себя насадку, стойки, лежень, диагональные схватки и подкладки.

Рамные опоры, как и свайные, возводят плоскими или башенными. Плоские рамные опоры применяют при высоте до 5 м, при большей высоте применяют башенные рамные опоры. В башенных опорах плоские рамы соединяют между собой продольными диагональными и горизонтальными схватками

(рис. 70).

197

Рис. 70. Схема башенной рамной опоры

Клеточные опоры применяют при высоте до 2,0 м в мостах на суходолах и на мелководных участках при скорости течения до 1 м/с. Их устраивают из опиленных на два канта бревен, брусьев или шпал, уложенных друг на друга взаимно перпендикулярными рядами. Нижний ряд бревен клеточной опоры укладывают вдоль моста на грунт и делают сплошным для увеличения площади опирания опоры (рис. 71).

Рис. 71. Схема клеточной опоры

Расчет опор мостов малых пролетов. Расчет опор вы-

полняется после расчета пролетных строений. Наиболее нагруженными являются промежуточные опоры, так как на них передается нагрузка с двух пролетов, а на береговые – лишь с одного примыкающего.

198

Поэтому ниже рассмотрен расчет промежуточных опор. Расчет выполняют в такой последовательности:

1.Выбирают расчетную схему опоры.

2.Определяют нагрузки на опору.

3.Вычисляют расчетные усилия на отдельные элементы

опоры.

4.Проверяют их прочность и устойчивость формы (для сжатых элементов).

5.Проверяют несущую способность основания или свайного фундамента.

6.Рассчитывают устойчивость положения опоры.

Опоры деревянных мостов рассчитываются на постоянные и временные нагрузки и воздействия (см. табл. 1) с учетом коэффициентов сочетаний η, учитывающих уменьшение вероятности одновременного воздействия нагрузок. Значения η для возможных сочетаний временных нагрузок и воздействий приведены в п. 1.2 и в приложении 2* [1].

3.3.1. Расчет свайных, свайно-рамных и рамно-лежневых опор при сосредоточенных прогонах

На промежуточных опорах деревянных мостов малых пролетов действуют собственный вес пролетного строения, вертикальная временная нагрузка, горизонтальная продольная сила от торможения транспортных средств, поперечная горизонтальная сила от давления ветра и поперечная сила от боковых ударов транспортных средств.

Из-за незначительной высоты пролетных строений мостов малых пролетов ветровая нагрузка оказывает несущественное воздействие и поэтому это воздействие можно не учитывать. Тормозная сила и усилия от боковых ударов также не учитываются при расчете опор. Но эти воздействия следует принимать во внимание при разработке конструкций опор, сопряжения пролетного строения с опорами.

Таким образом, на воздействие временной вертикальной нагрузки и собственного веса пролетного строения в свайных опорах подлежат расчету следующие элементы, узлы: насадка,

199

свая (стойка), узел сопряжения насадки со сваей – по материалу, свая – по грунту, в рамных опорах – насадки, стойки, лежни, узлы сопряжений, подкладки и давление на грунт под ними.

Расчетная схема и распределение усилий в элементах опоры зависят от типа опирающихся на нее прогонов (сосредоточенных или сближенных).

Рассмотрим случай опирания на опоры сосредоточенных прогонов.

Усилия в элементах опор от сочетаний нагрузок определяют в такой последовательности:

1.Определяют постоянную расчетную нагрузку на 1 п.м прогона или прогонов.

2.Для определения временной нагрузки, приходящейся на отдельные стойки (сваи), строят соответствующие линии влияния давления по методу рычага и определяют для каждой стой-

ки коэффициенты поперечной установки ην, ηр, ηНГ, а также ηт по формулам п. 3.2.1 и по схемам рис. 72, а. В итоге определяют наиболее загруженную стойку.

3. Строят линии влияния вдоль пролета и вычисляют опорные реакции, численно равные расчетным давлениям на стойки опор.

В случае плоской однорядной опоры для нагрузки А8 (рис. 72, б) наиболее невыгодным является загружение по схеме I, по которой искомое давление

N max = q(1)Ω(1) + q(2)Ω(2) +ηννγ f ν Ω(1) +Ω(2) +

(165)

+ ηp Pγ fр (z1 + z2 ),

где Ω(1) – площадь соответствующего участка линии влияния. При плоских двухрядных опорах (рис. 72, в) усилия Nmax

распределяют поровну на две стойки.

В случае пространственной опоры и опирания на нее прогонов на рис. 72, г невыгодному загружению отвечает схема II и формула (165) с заменой индексов (2) на (3).

200