Тема 4.2. Деревянные мосты малых пролетов.

 

4.2.1. Элементы и размеры простейших деревянных балочных мостов.

 

  Балочные мосты представляют собой наиболее простой по своей конструкции вид деревянных мостов, применяемый для перекрытия небольших пролетов.

Рис.74. Схемы простейших балочных мостов

1 - свая заборной стенки; 2 - заборная стенка; 3 - верхний настил; 4 - нижний поперечный настил;

5 - разбросные прогоны; 6 - насадка опоры; 7 - диагональная поперечная схватка; 8 - поперечная горизонтальная схватка; 9 - коренные сваи.

Рис.74. Схемы простейших балочных мостов

1 - диагональная поперечная схватка; 2 - поперечная горизонтальная схватка; 3 - коренные сваи;

4 - поперечина; 5 - двойной дощатый настил; 6 - сосредоточенный прогон; 7 - укосина; 8 - откосная свая.

 

Главными несущими элементами пролетных строений простейших балочных мостов служат балки – прогоны, перекрывающие пролет моста. Прогоны поддерживают проезжую часть моста с тротуарами и перилами.

Различают два основных вида прогонов: сближенные (разбросные) и сосредоточенные.

В мостах со сближенными (разбросными) прогонами их располагают на небольших расстояниях друг от друга (0.5-0.6м).(Рис.73.) Частое размещение прогонов позволяет применить простую конструкцию проезжей части из нижнего поперечного несущего настила и верхнего продольного настила, распределяющего давления от колес подвижной нагрузки и работающего на износ. Сближенные прогоны при пролетах до 6-8м обычно могут быть одноярусными. Пролеты, превышающие 8м, приходится делать двухярусными.

         Сосредоточенные прогоны в мостах располагают на расстояниях 1.5-1.8м друг от друга.(Рис.74). При свайных опорах их размещают непосредственно над сваями.

Сосредоточенные прогоны могут быть: сложные (пакетные) или составные.

Сложные (пакетные) прогоны составляют из требуемого по расчету количества бревен, уложенных в виде двухъ- или трехъярусных пакетов и стянутых болтами.

Для перекрытия пролетов от 10 до 14-16м необходимы прогоны составного сечения, в которых бревна или брусья объединяют в одно целое. Ярусы составного прогона связывают деревянными колодками или пластинчатыми нагелями, препятствующими сдвигам между соединяемыми элементами. Частным случаем составного сечения являются прогоны из склеенного пакета досок.

При сосредоточенных прогонах проезжая часть состоит из поперечин, опирающихся на прогоны и поддерживающих двойной дощатый настил.

Сосредоточенные прогоны имеют большую высоту и требуют надежных креплений для устойчивости в поперечном направлении. Обычно многоярусные прогоны обжимают специальными брусчатыми сжимами и связывают между собой поперечными схватками-анкерами из тонких бревен. Более жесткое поперечное соединение достигается постановкой крестовых поперечных связей.

4.2.2. Виды проезжей части, прогонов и опор. Конструктивные узлы.

  Опоры простейших деревянных мостов обычно делают свайными. Сваи забивают в грунт на глубину не менее 3.5-4м.

В свайных опорах сопряжение насадки со сваей обеспечивают деревянным шипом (рис.3, а) или металлическим штырем. Гнезда для деревянных шипов устраивают несколько больше высоты шипа, чтобы давление не могло передаваться через шип в случае усушки древесины насадки. Так как нарезка шипов на головах свай и соответствующих им гнезд в насадке довольно трудоемкая работа, то в современных конструкциях предпочитают ставить металлические штыри (рис.3, б), которые забивают в сваю через насадку или ставят в просверленное отверстие.

Насадку подтесывают в местах опирания на сваи (см. рис.75, а) или же по всей ее длине (см. рис.75, б). Укосины обычно врубают концами в сваи одиночным зубом (рис.75, в) и стягивают врубку болтом.

 

Рис.75. Детали конструкции свайных опор

1 - зазор; 2 - металлический штырь.

 

При небольшой высоте, не превышающей 2-2.5м свайные опоры могут не иметь никаких поперечных скреплений. При высоте опор до 3м для обеспечения их поперечной жесткости ставят горизонтальные, а при высоте более 3-4м и диагональные схватки.(Рис.4б). Схватки обычно делают из пластин, врубленных в сваи и прикрепленных к ним болтами. Также при высоте опор более 4м и при глубине воды более 1.5м для увеличения продольной жесткости моста устраивают отдельные двухрядные широкие решетчатые опоры, располагая их через каждые 3-5 пролетов, но не реже чем через 20-25м.(Рис.76а). При высоте опор более 5м для увеличения их поперечной жесткости устраивают специальные подкосы, называемые укосинами, которые нижним концом упираются в дополнительные откосные сваи.Рис.76в).

При скальном или каменистом грунте, при невозможности забивки свай, устраивают лежневые опоры. Преимущество таких опор в том, что их можно изготовить заранее на стройплощадке или базе и установить на место в готовом виде, сократив этим сроки возведения опор. (Рис.76б).

                                                                                                                            в)

Рис.76. Схемы простейших балочных мостов

1 - забивная стенка; 2 - широкая (пространственная) опора; 3 - наклонная свая.

Полотно проезжей части обычно делают тоже деревянным. Для ровности пути и распределения давлений колес автомобилей настил покрывают сверху слоем засыпки 10-12см из щебня или гравия или же верхним дощатым настилом. Засыпка имеет большой вес, поэтому ее применяют только на мостах, по которым проходит много тракторов, комбайнов и других машин на гусеничном ходу. Поверхность щебеночного или гравийного слоя следует обработать битумом или дегтем для повышения его прочности и водонепроницаемости. Если преобладает автомобильное движение, то устраивается дощатый верхний настил, имеющий небольшой вес и простую конструкцию.

В мостах со сближенными прогонами проезжую часть делают из сплошного слоя поперечин, поверх которых укладывают настил из досок, уложенных вдоль моста.(Рис.77)

 

Рис.77. Конструкция простейших балочных мостов

1 - разбросные прогоны; 2 - верхний настил из накатин или пластин; 3 - колесоотбойный (бордюрный) элемент; 4 - продольный тротуарный настил; 5 - коротыш, поддерживающий настил тротуара; 6 - дощатый верхний настил; 7 - насадка; 8 - свая.

В мостах с сосредоточенными прогонами поперечины располагают реже и делают их из более толстых бревен. Поверх поперечин укладывают двойной дощатый настил.(Рис.78). Доски нижнего настила всегда направлены вдоль моста; их укладывают с зазорами 2-3см для лучшего проветривания. Верхний настил работает на износ и может быть поперечным и продольным. В большинстве случаев применяют продольный настил, более удобный при укладке и позволяющий использовать доски различной длины. Поверхности настила для стока воды придают продольный уклон не более 2-3% и двускатный поперечный уклон в 1.5-2%. Воду спускают под мост с помощью водоотводных трубок или лотков.

Рис.78. Конструкция простейших балочных мостов

1 - колесоотбойный (бордюрный) элемент; 2 - дощатый верхний настил; 3 - насадка; 4 - свая; 5 - сосредоточенный прогон составного сечения; 6 - поперечный тротуарный настил; 7 - нижний дощатый настил; 8 - поперечина; 9 - брусчатый сжим; 10 - крестовые поперечные связи; 11 - колодка.

Важное значение при эксплуатации моста имеет надежное сопряжение проезжей части моста с проезжей частью дороги.

В местах сопряжения моста с подходами обычно образуются просадки дорожной одежды, вызывающие толчки проезжающих автомобилей. Одной из мер, смягчающих эти толчки, может служить устройство деревянного щита, уложенного в песчаный слой на небольшой глубине под поверхностью дороги (рис.79, а). Распределяя сосредоточенные давления колес проходящих автомобилей, такой щит обеспечивает более плавный их переход с насыпи на мост при просадках земляного полотна, вызванных постепенным его уплотнением. Конец щита, обращенный к мосту, обычно опирают на заборную стенку. Наличие щита в сопряжении насыпи с мостом не устраняет просадки, а только несколько сглаживает ее.

Рис.79. Сопряжение деревянного моста с насыпью

1 - свая заборной стенки; 2 - заборная стенка; 3 - глиняная подушка; 4 - деревянный щит; 5 - асфальтобетонное покрытие; 6 - свая крайней опоры.

Без щита уплотнение грунта насыпи вызвало бы появление более резкой просадки (рис.79, б), а при наличии щита профиль неровности сглаживается (рис.79, в).

4.2.3. Клееные и клеефанерные конструкции.

  Наиболее эффективный способ соединения элементов из дерева – склеивание, исключающее их ослабление и создающее условия для увеличения срока службы сооружения.

Мосты из клееной древесины изготавливают на специализированных заводах, поэтому они наиболее индустриальны и наименее трудоемки при строительстве.

Клей должен обладать необходимой долговечностью, прочностью, работоспособностью в условиях атмосферных воздействий и упругость. Для мостовых конструкций применяют специальные синтетические клеи. Простейшая клееная конструкция – балка прямоугольного сечения, для изготовления которой применяют доски толщиной 30-40 мм. С увеличением толщины балки появляются значительные начальные напряжения и возникают трудности при сушке и прессовании. Ширина балки может быть больше ширины досок.

Такие мосты перспективны, особенно в лесистых районах нашей страны. Высокое качество изготовления, легкость монтажных элементов, достаточная стойкость против загнивания, долговечность (до 30-40 лет), а также возможность объединения балочных клееных элементов с плитой проезжей части из других материалов позволяют сооружать клееные мосты не только на дорогах ниже III категории, но и на дорогах более высоких категорий.

Клееные элементы можно применять и в более сложных конструкциях деревянных мостов из ферм или арок.

Толщина досок и брусков, используемых для клееных конструкций, не должна превышать 5 см. В ответственных несущих элементах надо применять пиломатериал толщиной до 3-4 см.

Для уменьшения внутренних напряжений в клееных элементах, вызываемых температурно-влажностными деформациями древесины, надо следить за тем, чтобы по плоскостям склеивания не могло возникать различных по величине деформаций усушки соединяемых элементов. Для этого надо совмещать направление волокон склеиваемых досок или брусьев, а также согласовывать направление их годовых слоев. Так, например, при склеивании досок, укладываемых друг на друга, надо располагать их так, чтобы годичные слои древесины были направлены выпуклостью в одну сторону (рис.80, а). Чередующееся расположение годичных слоев способствует возникновению разрывающих усилий в клеевых швах (рис.80, г) и поэтому не рекомендуется. При склеивании досок кромками (рис.81, а) для уменьшения деформаций от усушки и разбухания надо обеспечивать чередование годичных слоев соединяемых элементов. В клееном элементе большого сечения, образуемого из большого числа досок, их нужно располагать так, чтобы возможно лучше выполнить все требования (рис.88, б).

 

Рис.80. Виды соединения клееных элементов

 

Склеивать деревянные элементы, волокна которых направлены под углом друг к другу, не рекомендуется, так как большое различие усушки древесины в продольном и поперечном направлениях может привести к растрескиванию дерева или расстройству клеевого шва. Так, например, нельзя допускать склеивание между собой клееной балки с ребром жесткости (рис.80, в). В этом случае усушка или разбухание балки по высоте, где они происходят поперек волокон, будет значительно. Усушка же или разбухание ребра жесткости, происходящие вдоль волокон, весьма мало. В результате произойдет деформация соединения, показанная для случая усушки на рис.80, д.

 

 

Рис.81. Виды соединения клееных элементов

Склеивание под углом может быть допущено только при соединении между собой досок, причем при примыкании их под углом 90° ширина досок должна быть не больше 10 см, а под углом 45° - не больше 15 см.

Стыки досок и брусков в клееных конструкциях, передающие растягивающие или сжимающие усилия, устраивают "на ус" или зубчатым стыком. Наиболее надежен зубчатый стык, в котором торцы соединяемых элементов обрабатывают в виде пологих зубцов (рис.81, б) с углом скоса не круче , нарезаемых специальными фрезами. Длину зубцов делают не меньше 32 мм независимо от толщины стыкуемых элементов. Нарезают зубцы на специальных станках. Для облегчения обработки зубцы можно устраивать и поперек пластин досок (рис.81, в). Сопряжение зубчатым стыком рекомендуется применять в наиболее ответственных соединениях, например в растянутых элементах, в поясах двутавровых балок, в крайних досках прямоугольных балок и т. п. Стык "на ус" проще по конструкции. В таком стыке концы соединяемых элементов обрабатывают с наклоном -  (рис.81, г). Стык "на ус", как правило, может быть применен в сжатых и сжато-изогнутых элементах, например в клееных арках.

В одном сечении не должно стыковаться более 25% общего числа досок или брусьев, образующих клееный элемент, а в наиболее напряженных его зонах - не более одной доски или бруса. Расстояние по длине элемента между стыками смежных досок должно быть не менее 20 толщин более толстой из стыкуемых досок (рис.81, е).

Стыки кромок досок в поперечном направлении элемента устраивают впритык с проклейкой. Швы между досками смежных слоев должны заходить друг за друга не меньше чем на 4 см (рис.81, д).

Исследование деревянных клееных конструкций проводится в трех направлениях: 1) теоретические (совершенствуются расчеты на прочность, деформативность и устойчивость, уточняются характеристики различных пород древесины); 2) технологические (автоматизируются технологический процесс от сушки древесины до склеивания готового элемента и защиты его от гниения); 3) эксплуатационные (методы содержания конструкций, обнаружение дефектов их влияние на прочность и долговечность). Разрабатываются методы устранения дефектов.

Вопросы для самоконтроля:

1. Перечислите основные элементы конструкции деревянных мостов.
2. Виды прогонов.
3. В чем эффективность способа соединения элементов из дерева склеиванием?