Пролетные строения со сплошными балками

Основу пролетного строения составляют главные балки. Из них самые простые по конструкции, изготовлению и эксплуатации — балки со сплошной стенкой (рис. 72).

Клепаная балкасостоит из двух поясов — верхнего и нижнего иобъединяющего их вертикального листа — сплошной стенки на

всем протяжении. В поясе несколько горизонтальных листов и два уголка, используемых для объединения пояса со стенкой.

Сварные балкипроще по конструкции. В них уменьшено число горизонтальных листов и нет поясных уголков, так как сами сварные швы соединяют пояс со стенкой. Замена пакета тонких листов одним толстым также целесообразна. Дело в том, что величина изгиба и прогибабалки под нагрузкой неодинакова по ее длине (рис. 73, а). Наибольший прогиб — в середине пролета, а к опорам он уменьшается до нуля. Подобно этому и величина усилия в поясах при изгибе балки

изменяется от наибольшего в середине пролета до нуля на опорах. Наглядно это изображено диаграммой — эпюрой усилий (рис. 73, б). На ней вертикальными линиями условно показана величина усилия в соответствующем месте по длине балки. Но чем больше усилие (растяжение в нижнем поясе и сжатие в верхнем), тем большее сечение должен иметь пояс, воспринимающий это усилие. Так, если в средней части пролета балки сверх двух поясных уголков требуются два листа (рис. 73, в), то у опоры, где усилие меньше, достаточно одного. Поэтому в клепаной балке (см. рис. 72, а) различное число листов по длине пояса, и наружные листы не доведены до концов балки: оборваны там, где они уже излишни.

Такое ступенчатое расположение металлапроще всего выполнить в клепаной балке при нескольких листах в пакете (рис. 74, а), а в сварной, наоборот, применяя листы различной толщины, сваривая их встык по длине пояса (рис. 74, б).

В поперечном сечении балок (ом. рис. 72, б, в) заслуживает внимания и соотношение толщины поясов и стенки: пояса мощные, а стенка, напротив, высокая и тонкая. Аналогично было и в дощатых фермах. Там и здесь стенка балку два пояса.

При стремлении поясов сдвинуться относительно друг друга в процессе изгиба под нагрузкой сама стенка испытывает сравнительно небольшие усилия. Но 'под вертикальной нагрузкой, помимо продольных сил,воспринимаемых в основном поясами, в балке возникают поперечные силы,которые как бы перерезают балку. В то время, как продольные силы и вызываемые ими нормальные напряжения на-

правлены нормально (под углом 90°) к поперечному сечению балки, поперечные силы действуют в плоскости этого сечения по касательной к ней. Поэтому и напряжения от этих сил называют касательными (срезывающими). Они наибольшие у нейтральной оси балки (стр. 67), причем увеличиваются от середины пролета к опорам.

Напомним, что одновременно стаким срезыванием поперек балки (поперечной силой) действует срезывание и в направлении нейтральной оси из-за сдвига вдоль балки, как показано при изгибе составных пакетов.

Действие поперечного срезывания в стенке изгибаемой балки можно проследить на листе плотной бумаги, если его попытаться перекосить в направлениях сил, показанных на рис. 75.

Здесь сила В представляет собой действие груза в рассматриваемом поперечном сечении балки, сила А — реакцию опоры (соседнего поперечного сечения балки). Под действием таких сил лист, перекашиваясь, будет коробиться по диагонали. Подобно этому и в балке высокая тонкая стенка при изгибе может выпучиться вбок.

Во избежание выпучивания стенку укрепляют вертикальными ребрами жесткости(см. рис. 72). Ребра в виде парных (двусторонних) уголков (в клепаной балке) или полос (в сварной балке) ставят по всей длине балки более часто у опор, реже — к середине пролета. Над опорами, где передается вся вертикальная нагрузка опорам, ребра особенно мощные — обычно четыре уголка, по два с каждой стороны стенки.

В высоких балках, т. е. при больших пролетах, стенку укрепляют еще и горизонтальными ребрами жесткости (особенности сопряжения элементов в сварных балках рассмотрены на стр. 114).

В балках пролетом 'более длины прокатного металла (стр. 86) неизбежно устройство стыков(см. рис. 72). В клепаном стыке каждый элемент перекрывают накладками: лист — листовой накладкой, уголок — обычно уголковой. В сварных балках такие накладки не требуются.

При езде поверху балки со сплошной стенкой применяют для пролетов до 55 м, а иногда и более. Их высота, равная ¹/₇ — ¹/₁₁ пролета, достигает 5—6 м. Поскольку листовая сталь прокатывается шириной до 2,2—3,0 м (в зависимости от толщины), а по длине обычно 8,0—12 м, то в балках большей высоты и длины устраивают стыки стенки не только вертикальные, но и горизонтальные.

В пролетном строении обе главные балки соединены связямииз уголков (рис. 76, а). При езде поверху продольные связи из распорок и диагоналей ставят в уровне верхнего пояса, но с увеличением пролета — и по нижним поясам.

Поперечные связи над опорами и в пролете состоят из перекрещивающихся диагоналей и распорок. Распорки у поперечных и продольных связей обычно общие.

Балки снабжаются с наружной стороны тротуарными консолями,а по верхнему поясу — противоугонными уголками (стр. 35). Расстояние между балкамипри езде поверху 1,2—2,2 м и редко до 2,5 м. Большие расстояния требуют более мощных мостовых брусьев, утяжеляют связи, увеличивают ширину опор. Но при больших пролетах и в мостах на кривой широкая расстановка балок создает необходимую поперечную устойчивость и боковую жесткость пролетного строения.

При езде поверху пролетные строения со сплошными балками наиболее просты по устройству и легки. Однако, из-за большой строительной высоты (до 5—6 м) они не всегда применимы. В частности, невозможна их перевозка по железной дороге и установка в готовом виде. В период Великой Отечественной войны при восстановлении мостов была осуществлена двухъярусная конструкция пролетных строений сначала с фермами, а затем и с балками, разрезанная по высоте на два цельноперевозимых блока. Они объединялись при установке на опоры болтами или заклепками по нейтральной оси (подобно составной балке на рис. 52, б). Позже были применены даже трехъярусные пролетные строения пролетом до 73 м (стр. 173).

Строительная высота пролетных строений уменьшается до 1— 2 м при езде понизу (рис. 76, б). Для этого между главными балками помещают проезжую часть из продольных и поперечных балок. Мостовые брусья при этом укладывают на продольные балки, прикрепленные к поперечным, а поперечные балки в свою очередь прикреплены к главным балкам, взаимно объединяя их.

Расположение пути внутри пролетного строения требует раздвижки главных балок по габариту приближения строений. Тот же габарит при малой (высоте главных балок не позволяет разместить верхние связи. Приходится ставить лишь нижние ветровые связи в плоскости растянутых поясов балок.

Из-за отсутствия верхних связей такие пролетные строения называют открытыми.В них характерна конструкция от выпучивания верхнего пояса главных балок.

Чтобы укрепить сжатый пояс и обеспечить поперечную боковую устойчивость пролетного строения при наличии только нижних связей, главные балки (по всей их высоте) соединяют в одно целое смощными поперечными балками при помощи вертикальных косынок—ребер жесткости. Усиленные ребра иногда ставили и снаружи пролетного строения.

В открытых мостах главные балки чаще применяют со сплошной стенкой. Они не отличаются от балок для езды поверху.

Проезжая частьдетальнее рассмотрена ниже. Ее устраивают не только в открытых, но во всех пролетных строениях с ездой понизу, а иногда и при езде поверху с широкой расстановкой главных балок (более 2,3—2,5 м).

6. Проезжая часть

Продольные и поперечные балки проезжей части образуют балочную клетку (см. рис. 76, б). Она служит основанием для мостового полотна. Расстояние между продольными балками 1,8—2 м. Их длина, а следовательно, и расстояние между поперечными балками или, как говорят, панель, разнообразны: от 1,5 до 6 м иболее.

Продольные и поперечные балки обычно двутаврового сечения со сплошной стенкой (рис. 77).

В продольных балках старых конструкций горизонтальных листов нет (рис. 77, а). В эксплуатации это приводит к смалковыванию уголков при прогибе мостовых брусьев (рис. 77, д) и образованию в поясных уголках выколов в горизонтальной полке под брусом или продольных трещин, отделяющих горизонтальную полку от вертикальной.

Теперь верхние уголки соединяют вместе листом (рис. 77, б). При нем УГОЛКИ не повреждаются.

Поперечные балкислужат опорой для примыкающих к ним концов двух пар

продольных балок. Поэтому их сечение мощнее: в поясах поперечных балок, кроме поясных уголков, одна или 94

две пары листов (рис. 77. в). Сварные балки поясных уголков не имеют (рис. 77, г).

Стенки балок укреплены ребрами жесткости. Поскольку продольные балкивоспринимают вертикальную нагрузку, боковые удары подвижного состава и давление ветра на состав, они соединенысвязями: продольными по верхним поясам и поперечными в пролете балок (рис. 78). На продольных балках по концам поставлены противоугонные уголки. За крайней (опорной) поперечной балкой по осям продольных балок приделаны консоли для мостового бруса в сопряжении пролетов (или с устоем).

Прикрепление продольных балок к поперечнымболее распространено в одном уровне, когда те и другие имеют одинаковую высоту (рис. 79, а). Это позволяет соединить пояса смежных по длине продольных балок верхними и нижними накладками. В этом соединении их называют рыбками. Они улучшают прикрепление продольных балок, которое состоит из парных уголков, соединяющих стенки продольной и поперечной балок. Уголки прикрепления служат и ребрами жесткости для стенок балок.

Если высота продольных балок меньше, чем поперечной, то иногда устраивают так называемые столики, поддерживающие продольные балки снизу (рис. 79,б). Для объединения продольных балок нижней рыбкой столики несколько удлиняют.

При отсутствии верхних рыбок, т. е. когда верх поперечной балки выше продольной, сжатые пояса продольных балок, укорачи-

ваясь под нагрузкой, нередко отрывают головки верхних заклепок в стенке поперечной балки.

В пролетных строениях с ездой поверху встречается этажное расположение продольных балок над поперечными (рис. 79, в). Поперечные связи здесь необходимы не только в пролете, но и над поперечными балками.

Этажно устанавливали иногда и поперечные балки на верхних поясах главных балок (рис. 80, а). От опрокидывания вдоль моста поперечные балки удерживаются косыми ребрами.

При этажном расположении как продольных балок над поперечными, так и поперечных над главными, со временем появляются трещины в поясных уголках и листах в местах сопряжения балок. Здесь же расстраиваются и заклепки, сопрягающие балки. Оба вида этих повреждений вызываются многократным переменным действием изгиба и перемещения балок под поездами.

В современных мостах поперечные балки прикрепляют впритык к главной балке (ферме) при помощи вертикальных уголков и косынок при езде понизу (рис. 80, б), аналогично и поверху.)