Расчёт элементов сквозных металл. пролётных строений на устойчивость.

А) Расчет по плоской форме потери устойчивости сплошностенных элементов замкнутого и открытого сечения подверженных центральному сжатию, сжатию с изгибом и внецентренному сжатию, при изгибе в плоскости наибольшей гибкости определяется по формуле:  где φ − коэффициент продольного изгиба, который зависит от Л и от приведенного относительного эксцентриситета приложения нагрузки.

Б) Расчет по изгибо-крутильной форме потери устойчивости сплошностенных балок, изгибаемых в одной плоскости, следует выполнять по формуле:  где М- максимальный изгибающий момент; Wc −момент сопротивления сечения балок для крайнего волокна сжатой зоны; φ - коэффициент продольного изгиба балки; ε- коэффициент определяемый по формуле:

Расчёт элементов сквозных металл. пролётных строений на выносливость.

Элементы стальных конструкций и их соединения (кроме канатов) рассчитываются на выносливость:

;  

,                

где σmax ef - абсолютное наибольшее нормальное напряжение; τmax ef- абсолютное наибольшее скалывающее напряжение при расчете угловых швов на срез; m – коэффициент условий работ.

 

 

Мосты комбинированных систем.

Наиболее распространенной является схема комбинированных систем мостов состоящая из жесткой балки усиленной полигональным верхним поясом.Эту систему называют гибкой аркой с жесткой затяжкой (рис. 3.7, а). Устраиваются такие системы для перекрытия пролетов от 80 до 150 м. h = (l/30... 1/50)λ, Н=(1/6.5..1/9) λ. Дополнительный верхний арочный пояс может быть применен и для усиления неразрезной балки жесткости, где его устраивают в среднем (большем по величине) пролете (рис. 3.7,6).Заслуживает также внимания система в виде жесткой арки с затяжкой и наклонными подвесками (рис. 3.7, в). В горных районах, а иногда и в городских мостах оказывается целесообразной комбинированная система в виде балки (или фермы), усиленной снизу гибкой аркой (рис. 3.7, г). Эта система, в отличие от перечисленных выше, уже не безраспорная, так как ее арка передает концами наклонные опорные давления. Очень рациональна система, образованная из неразрезной двух- или трехпролетной балки (рис. 3.7, д), усиленной снизу дополнительным поясом, в виде шпренгелей (полуарок), устроенных над промежуточными опорами пролетного строения. Этот дополнительный нижний пояс увеличивает высоту несущей конструкции над промежуточными опорами, где возникают большие отрицательные изгибающие моменты. Другая разновидность комбинированной системы, в которой трехпролетная неразрезная балка усилена гибкой подпружной аркой (дополнительным поясом), выходящей в средней части пролетного строения выше уровня проезжей части, показана на рис. 3.7, е. Высота балки жесткости может быть доведена до 1/60 ,

 

Рамные мосты

Так, как рамные мосты встречаются в горных условиях для пересечения глубоких лощин. Рамными довольно часто делают путепроводы над автомобильными дорогами, а также городские эстакады. Мосты и путепроводы рамных систем распространены преимущественно за рубежом. Простейшая рамная система имеет ригель постоянной высоты и. вертикальные   стойки ноги. Применяют однопролетные (рис.3.8, а) или многопролетные неразрезные рамы (рис. 3.8, б). Опирание ног рам на фундаменты, как правило, делают шарнирным. Жесткое закрепление ног применить трудно из-за больших дополнительных напряжений, возникающих в металлической раме от изменений температуры. При шарнирном опирании нижних концов стоек очертание их часто делают  суживающимися книзу. Наибольшее распространение за последнее время в зарубежном строительстве получили металлические рамные мосты козлового типа с наклонными ногами (рис. 3.8, в) В таких рамах, благодаря довольно большому распору и значительному сближению точек опирания ригеля на верхние концы ног рамы, изгибающие моменты в балках (ригеле) сильно уменьшаются. Это дает возможность придавать ригелю минимальную высоту (1/30—1/50 и даже до 1/60—1/80 от пролета). Козловыми рамами перекрывают как небольшие пролеты (30-40 м) путепроводов и эстакад (рис. 3.8, г), так и крупные пролеты, достигающие 200 м и более.

Арочные мосты

Основная особенность арочных мостов заключается в том, что, их пролетные строения передают опорам, кроме вертикальных давлений, также горизонтальные усилия - распор. Благодаря распорности арочные пролетные строения всегда требуют меньшей затраты металла (на 15—20%), чем балочные, и имеют большую вертикальную жесткость при действии временной нагрузки.В то же время передача арками распора существенно влияет на условия работы опор. Действие больших горизонтальных усилий требует значительного увеличения ширины опор и соответствующего развития фундаментов, особенно при плохих грунтовых условиях.Объем опор значительно растет также с увеличением их высоты, так как возрастает изгибающий момент, вызванный горизонтальным распором. Поэтому арочные мосты целесообразно применять при достаточно прочных грунтах, залегающих на небольшой глубине, а также небольшой высоте опор от пят арок до подошвы фундамента.По статической схеме арки металлических мостов могут быть: бесшарнирными, двухшарнирными и трехшарнирными.В бесшарнирных арках их пяты жестко сопрягаются с опорами с помощью заделанных в кладку анкерных элементов или путем устройства на каждой пяте двух опорных шарниров (рисунок 3.10, а). Бесшарнирные арки имеют большую жесткость при действии вертикальной нагрузки. Однако в них возникают значительные дополнительные напряжения от изменений температуры, а также просадок и смещений опор. Поэтому металлические мосты с бесшарнирными арками применяют очень редко.Двухшарнирные арки (рисунок 3.10, б) имеют несколько меньшую, чем бесшарнирные, но все-таки вполне достаточную вертикальную жесткость. На двухшарнирные арки меньше влияют изменения температуры, просадки и смещения опор. Они удобнее также и в сборке. Поэтому металлические арочные мосты в большинстве случаев делают с двухшарнирными арками.Трехшарнирные арки (рисунок 3.10, в) статически определимы и в них не возникают дополнительные напряжения ни от изменений температуры, ни от просадок опор. Это дает возможность применять пролетные строения с трехшарнирными арками при менее надежных грунтах. Трехшарнирные арки имеют несколько меньшую вертикальную жесткость и требуют большей затраты металла по сравнению с двухшарнирными арками. В монтажном отношении трехшарнирная система дает возможность сборки установкой готовых полуарок.Арочные мосты при достаточной строительной высоте делают с ездой поверху (см. рисунок 3.10, а, б, в). Если по условиям проектирования продольного профиля мостового перехода строительная высота оказывается недостаточной для устройства моста с ездой поверху, то арки поднимают выше уровня проезда, располагая езду посередине (рисунок 1, г) или даже понизу арок. Для уменьшения горизонтальных воздействий арочных пролетных строений мостов на опоры применяют арки с затяжкой (рисунок 3.10, д), а иногда и неразрезные или консольные системы.

 

 

Висячие мосты

Висячими называют мосты, в которых главными несущими элементами служат цепи, кабели или ванты из стали высокой прочности, работающие на растяжение.В современных мостах кабели и ванты делают из стальных проволок с пределом прочности до 15000—18000 кГ/см². Для кабелей и вантов применяют преимущественно, крученые проволочные канаты. В мостах особо больших пролетов кабели делают из параллельных проволок.Благодаря высокой прочности материалов, применяемых для основных несущих элементов, висячими мостами перекрывают очень большие пролеты, достигающие 1000—1300 м. Цепь или кабель, а также вантовые фермы закрепляют на вершинах пилонов и удерживают оттяжками, концы которых закрепляют в грунте, кладке устоев или на концах балок жесткости пролетного строения.К цепи, кабелю или узлам вантовых ферм подвешивают конструкцию, несущую проезжую часть моста.Недостаток висячих мостов заключается в меньшей их жесткости по сравнению с другими системами и большей восприимчивости к нарастанию колебаний под действием ритмической нагрузки, например, толпы людей, идущих в ногу.Различают следующие основные виды висячих мостов: а) висячие мосты с кабелем или цепью; б) висячие мосты с балкой жесткости, поддерживаемой вантами; в) висячие мосты с байтовыми фермами.Висячие мосты с кабелем или цепью имеют малую жесткость, так как при движении по мосту временной нагрузки кабель (цепь) меняет свою геометрическую форму в зависимости от величины и расположения этой нагрузки. Возникающие при этом прогибы увеличиваются с возрастанием величины временной нагрузки по сравнению с постоянной.Наиболее неблагоприятные условия возникают при загружении временной нагрузкой половины пролета моста (рисунок 3.11, а). В этом случае кабель (цепь) сильно провисает в загруженном полупролете за счет спрямления и перетяжки кабеля в соседнем полупролете. В результате возникает s-образная форма упругой линии прогиба моста.Для увеличения жесткости висячих мостов с кабелем или цепью их усиливают балками или фермами жесткости, участвующими в работе висячей конструкции и значительно уменьшающими деформативность системы под действием временной нагрузки. Система в виде кабеля или цепи, работающих совместно с балкой жесткости, в статическом отношении представляет комбинированную систему.В современных, висячих мостах высоту балки жесткости назначают равной 1/50 - 1/70 от пролета. В мостах пролетом более 500— 600 м высоту балки жесткости принимают меньшей (1/80 пролета), а в мостах с пролетами 1000 м и более - до 1/120 пролета и даже меньше.

Стрелку кабеля (цепи) висячих мостов, с балкой жесткости принимают 1/8-1/10 пролетаЖесткость висячего моста может быть существенно повышена, если закрепить кабель к балке жесткости в середине пролета (рисунок 3.11, б). В такой системе, примененной в Танкарвильском мосту через р. Сену (Франция), при расположении временной нагрузки на полупролете кабель не может перетягиваться с другой половины пролета, так как этому препятствует закрепление его на балке жесткости.Увеличение жесткости висячего моста и уменьшение изгибающих моментов в балке жесткости может быть также достигнуто применением системы с наклонными подвесками, превращающими ее в своеобразную ферму (рисунок 3.11, в). Подобная система применена в одном из наиболее рациональных по конструкции мосту через р. Северн в Англии. Пролет этого моста, построенного в 1965 г., составляет 987,5 м. При пролетах 100 - 200 м балку жесткости поддерживают вантами в нескольких точках. При этом возможны два характерных способа, расположения вантов. Ванты могут быть закреплены на вершинах пилонов так, что они веерообразно спускаются от них к балке жесткости (рисунок 3.12, а). Это расположение вантов называют радиальным. Второй способ характерен тем, что ванты располагают параллельно друг другу и закрепляют в нескольких точках по высоте пилона (рисунок 3.12, б); эту схему расположения называют системой «арфа». В обоих случаях длинные ванты в боковых пролетах закрепляют над крайними опорами моста.В поперечном сечении мост обычно имеет две плоскости вантов и пилонов (см. рисунок 3.12, а).Система с вантами может быть применена и с одним единственным пилоном по длине моста. Такой пилон иногда делают наклонным (рисунок 3.12, г), уменьшая этим усилие, передаваемое оттяжке