Файл: Толмачев, К. Х. Регулирование напряжений в металлических пролетных строениях мостов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 48
Скачиваний: 0
К. х. ТОЛМАУЕВ,
канд. техн, наук, дон.., член-корреспондент
Академии строительства и архитектуры СССР
РЕГУЛИРОВАНИЕ
НАПРЯЖЕНИЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ
СТРОЕНИЯХ МОСТОВ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА И ШОССЕЙНЫХ ДОРОГ РСФСР
Москва 1960
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ |
I , „ |
Л1 |
НАУЧН-ТЕХНИЧЕСКАЯ |
| |
|
БИБЛИОТЕКА ССОР |
1ИЗЧ |
|
|
|
В книге рассмотрены вопросы регулирования напряжений в элементах металлических пролет ных строений мостов. Приемы и методы регули рования напряжений обобщены на обширном ма териале отечественного и зарубежного опыта. Главнейшие принципиальные положения методов регулирования напряжений пояснены теоретиче скими предпосылками и расчетными формулами..
Вопросы регулирования напряжений изложены в форме, доступной для инженеров-строителей, проектировщиков и студентов строительных ву зов.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Всоответствии с решениями XXI съезда КПСС намечена боль шая программа строительства автомобильных и железных дорог. Наряду с этим в текущем семилетии предполагается построить много автодорожных, городских и железнодорожных мостов.
Врешениях Партии и Правительства первостепенное значение
придается наиболее эффективным направлениям капитальных вло
жений, позволяющим достичь снижения стоимости строительства, повышения производительности труда и сокращения расхода ма териалов.
При постройке мостов первое место будет принадлежать сбор ным железобетонным мостам с предварительно напряженной арма
турой. Однако разнообразие условий строительства в нашей стране вызывает необходимость постройки металлических мостов. Задача инженеров-мостовиков заключается в том, чтобы проектировать и строить металлические мосты с наименьшим расходом дефицитной стали.
Наряду с многими конструктивными и технологическими прие мами, позволяющими снизить расход металла на изготовление пролетных строений, в последнее время в практику мостостроения все больше внедряется регулирование напряжений.
В отечественной и зарубежной литературе вопросам регулирова ния напряжений посвящены лишь журнальные статьи с описанием отдельных методов регулирования. Полностью отсутствуют книги и пособия, в которых обобщался бы опыт применения регулиро вания напряжений, способствующий прогрессу мостостроительной
техники.
Настоящая книга имеет целью в некоторой степени восполнить
этот существенный пробел в мостостроительной литературе. По пытка автора изложить основы регулирования напряжений в кон струкциях поможет распространить эти методы проектирования и постройки металлических мостов.
Вопросы регулирования в книге освещены на основе упругого метода, так как изложение этих вопросов в свете теории расчета по предельным состояниям выходило бы за пределы характера кни
ги, имеющей целью систематизировать и обобщить существующие методы регулирования в мостовых конструкциях. Вопросы регу
3
лирования в свете теории расчета по предельным состояниям яв
ляются проблемой и ждут своего разрешения.
Автор выражает глубокую благодарность заслуженному деяте лю науки и техники РСФСР проф. Е. Е. Гибшману и канд. техн,
наук доц. Н. Н. Чудновскому, давшим ценные замечания при под готовке книги к изданию.
Поскольку книга по вопросам регулирования напряжений выхо дит впервые, то естественны недостатки, которые следует устранить
в дальнейшей работе над обобщением и разработкой этого нового
иинтересного направления в мостостроении. Все критические заме чания читателей автор примет с благодарностью и просит направ
лять их по адресу: Москва, В-35, Софийская наб., 34, Автотрансиздат.
Глава I
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЯХ
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ
В каждом сооружении в процессе его постройки возникают на
пряжения, зависящие от методов производства работ, от постоян
ной нагрузки, и собственные напряжения, не зависящие от внешних воздействий, например, от усадки и экзотермии бетона, наличия лишних связей и т. п.
Таким образом, при удалении подмостей или после раскружали-
вания сооружение находится в напряженном состоянии не только ст постоянной нагрузки, но и от других факторов, значительно из меняющих общее напряженное состояние.
Чтобы получить напряженное состояние только от постоянной нагрузки, к сооружению часто нужно приложить предварительные усилия, устраняющие влияние остальных силовых факторов. На
пример, при навесной сборке в момент, предшествующий замыка нию, пролетное строение будет состоять из двух полуконсолей с
соответствующим распределением усилий. В этом случае воздей ствием гидравлических домкратов, установленных в среднем сече нии, можно добиться напряженного состояния, соответствующего постоянной нагрузке.
Приложением дополнительных усилий, изменением уровня опор
или другими мерами всегда можно достигнуть целесообразного рас
пределения усилий в сечениях пролетного строения или перерас пределения напряжений в рассматриваемых сечениях. Эти искус ственные методы, позволяющие получить наиболее выгодные или целесообразные в каждый данный момент сочетания напряжений в элементах конструкций пролетных строений мостов, называются регулированием напряжений.
Таким образом, регулирование напряжений представляет со бой разумное использование методов создания предварительных напряжений с целью получения наиболее благоприятного напря женного состояния в элементах сооружений, позволяющего пол ностью использовать механические свойства материалов.
Регулированием напряжений можно решать самые разнообраз
О
ные задачи, связанные с проектированием, постройкой, эксплуата цией, усилением и восстановлением мостов.
Например, теоретическими и опытными исследованиями дока зано участие элементов балочной клетки и связей в работе главных ферм. Поскольку в поперечных балках возникают напряжения от изгиба в горизонтальной плоскости тем больше, чем длиннее пролет моста, то для уменьшения этих напряжений необходимо элементы проезжей части разделить на несколько самостоятельных участков.
Этого можно достигнуть устройством продольно подвижных креп лений продольных балок к поперечным или введением в продоль
ные балки поперечных швов.
Этим примером далеко не исчерпываются конструктивные приемы, с помощью которых можно устранить дополнительные напряжения. Они находят себе место и при конструировании ароч ных и других систем металлических пролетных строений. Такие кон структивные меры являются элементами регулирования, так как, применяя их, можно изменить характер напряженного состояния элементов пролетных строений.
Значительно шире регулирование напряжений применяют в про цессе производства работ и, в частности, при монтаже пролетных строений. Например, выбрав соответствующий порядок монтажа,
можно уменьшить дополнительные напряжения в поперечных бал ках. Если продольные балки склепать с поперечными после осво бождения от подмостей, то дополнительные напряжения в попереч
ных балках, возникающие от собственного веса пролетного строе ния, будут устранены. При этом относительное уменьшение допол
нительных напряжений будет тем больше, чем больше отношение постоянной нагрузки к временной, т. е. чем больше пролет фермы.
Подобный метод часто применяют для освобождения связей от до полнительных напряжений при постоянной нагрузке.
Известно, что при установке пролетных строений на опоры про
дольной надвижкой также применяют методы регулирования,
устраняя прогибы и соответствующие им монтажные усилия и на пряжения. В процессе монтажа пролетных строений приходится применять регулирование для включения в работу отдельных эле ментов и для достижения нужной величины усилий в этих элеменiax. Регулирование, осуществляемое для устранения монтажных напряжений, является вспомогательным действием, так как имеет целью достигнуть соответствия действительного напряженного со стояния проектному.
Регулирование напряжений получило большое распространение для устранения или уменьшения усилий от постоянной нагрузки в отдельных сечениях или элементах пролетных строений. Оно с этой целью применяется при строительстве арочных и висячих ме
таллических мостов. Например, устанавливая временный шарнир при монтаже балки жесткости висячего моста, можно избавиться от изгибающего момента, возникающего в этом сечении от посто янной нагрузки.
Регулирование напряжений для разгрузки элементов пролетных
б
строений от влияния постоянной нагрузки имеет совершенно иной качественный смысл. В этом случае при помощи искусственных мер проводится вмешательство в распределение усилий для облегчения сечений отдельных элементов пролетных строений мостов. Измене ние напряженного состояния пролетных строений при помощи ре гулирования применяют также для устранения деформаций и тер мических напряжений, возникающих при изготовлении сварных конструкций. Можно привести ряд конкретных примеров примене ния предварительных выгибов элементов, обратных тем деформа циям, которые возникают при сварке.
Регулирование можно применять и для устранения местных на
пряжений другого происхождения, например, напряжений в эле ментах ферм от жесткости узлов.
Значительного эффекта можно достигнуть, придавая конструк циям предварительные напряжения, обратные по знаку напряжени ям от внешних нагрузок. Таким путем за счет продления упругой стадии работы можно увеличить прочность, жесткость и устой чивость конструкций. Методы регулирования для достижения этой
цели весьма многообразны. К их числу можно отнести предвари
тельный выгиб балок, изменение уровня опор неразрезных систем,
создание шпренгельной системы с применением высокопрочных
сталей и др.
Особое место принадлежит регулированию при проектировании и постройке металлических мостов, объединенных с железобетон
ной плитой проезжей части. Включая плиту в совместную работу с балками, можно существенно сократить расход металла. Приме
нение регулирования открывает путь для дальнейшей экономии металла и расширяет экономичный предел величины пролетов мо стов объединенных систем. Особое значение приобретает примене ние специальных мер для включения в работу железобетонной пли ты на участках с отрицательными моментами в неразрезных и кон сольных балках, где плита находится в растянутой зоне.
Не меньшее значение имеет регулирование напряжений при усилении и восстановлении мостов, что подтверждается многочис ленными примерами из практики проектирования и строительства.
.Регулирование напряжений может быть достигнуто самыми раз личными приемами, в основе которых лежит единый принцип. Ка кие бы задачи ни были поставлены, действие регулирования сво дится к искусственному созданию усилий, которые бы противодей ствовали возникновению нежелаемых усилий. Например, если в процессе монтажа в каком-то элементе ' возникает вредное уси лие N, то для его устранения необходимо приложить к элементу усилие такой же величины, но обратное по знаку. В этом положе нии данный элемент вступит в работу на постоянную нагрузку практически с нулевым усилием.
Если перед регулированием поставлена задача усилить пролет
ное строение с тем, чтобы оно могло воспринять добавочный изги бающий момент Л4г, то искусственными мерами надлежит вызвать
7
момент—Л13. В этом случае усиляемое пролетное строение смо-
жет прочно воспринять изгибающий момент
М = Мв + Afg,
где А4о — изгибающий момент, на который было ранее запроекти ровано усиляемое пролетное строение.
Таким образом, основным принципом регулирования является
искусственное создание в регулируемом элементе усилий, обратных
по знаку усилиям, возникающим в эксплуатационных условиях. Этот принцип необходим в каждом случае регулирования, но
недостаточен. Искусственно приложенное при регулировании уси лие должно быть сохранено по величине и направлению на все время эксплуатации сооружения. Можно, например, вызвать в од нопролетной балке отрицательный изгибающий момент путем под домкрачивания ее в середине пролета с временной опоры. Однако
этот изгибающий момент будет существовать лишь до удаления
временной опоры, значит этот прием приложения отрицательного
момента к балке не является регулированием напряжений. Таким образом, кроме приложения усилий нужной величины и знака,
искусственное регулирование предопределяет необходимость фикса
ции усилий в сечениях или элементах. Это является вторым непре менным условием регулирования напряжений.
Задачи, поставленные перед искусственным регулированием, могут быть решены: перераспределением изгибающих моментов в элементах пролетных строений; созданием в системе пролетных
строений дополнительных усилий при помощи домкратов или дру гих средств; видоизменением эпюр распределения внутренних на пряжений; введением в систему пролетных строений дополнитель ных предварительно напряженных высокопрочных элементов.
В данной книге вопросы регулирования рассматриваются с точ
ки зрения |
теории |
расчета мостов по допускаемым напря |
жения м, |
что и |
обосновывает употребление термина «регули |
рование напряжени й». В настоящее время, когда переходят |
||
к .методу расчета |
мостовых сооружений по предельным состоя |
|
ниям, возникает |
несколько иное понятие о целях регулирования. |
Методика расчета по предельным состояниям принимает за пре дельное такое состояние, которое соответствует непосредственно
объективному пределу или ограничению условий эксплуатации со оружений. Таким образом, предельное состояние соответствует таким расчетным состояниям, при которых сооружение перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям.
Для мостов, отличающихся простотой в эксплуатации, понятия предельных состояний, сформулированные строительными нормами и правилами, можно объединить в единую систему. Установлены
три вида предельных состояний.
Первое предельное состояние характеризует появ ление в сооружении деформаций, которые ' вызывают нарушения эксплуатации,
8