Файл: Толмачев, К. Х. Регулирование напряжений в металлических пролетных строениях мостов.pdf

Но условиям судоходства при проектировании кружал в преде

лах русла реки были оставлены два судоходных пролета отверсти ем около 40 м каждый. В русле реки были устроены три свайные опоры, на которых возведены высокие деревянные опоры (рис. 39).

Посредством вантов, закрепленных в пилонах, поддерживалась нижняя платформа на уровне низа проезжей части, игравшая роль нижнего пояса кружальной фермы.

Рис. 39. Схема предварительно напряженных кружал, примененных при постройке моста Ла Рош Гюйон через р. Сену

В кружальной ферме параболического очертания решетчатые

стойки подпирали узлы верхнего пояса. В целях уменьшения по­ верхности кружал, подверженной действию ветра, а также умень­ шения веса кружал решетчатые стойки были расположены сравни­ тельно редко.

Размер панели был слишком велик для верхних косяков кру­ жальной фермы; поэтому для облегчения их был использован сле­

дующий прием. Панель верхнего пояса была разбита пополам, причем верхний пояс на протяжении каждой панели сделан лома­ ным выпуклостью вверх. В полученных таким образом промежуточ­ ных узлах сходились по два наклонных тяжа из круглой стали диа­ метром 14 мм. После этого верхний пояс был обжат гидравличе­ скими домкратами, установленными в замковом сечении. Благодаря этому наряду с предварительным обжатием всех соединений дере­ вянной конструкции кружальной фермы было создано предвари­ тельное натяжение наклонных тяжеш Это натяжение было таким, что оно превышало те сжимающие усилия, которые могли появить­ ся в них при неравномерном загружении кружал во время бетони­ рования арок.

Таким образом, сочетанием предварительного напряжения ван­ товых растяжек с методом создания искусственного распора по­ средством домкратов удалось осуществить кружала исключитель­ но легкой конструкции, обладающие при этом весьма высокой жесткостью, необходимой для поддержания арок пролетом 161^

в процессе их бетонирования. Наибольшие перемещения кружал в процессе бетонирования не превосходили 8 мм.

Изложенные выше способы регулирования напряжений своди­ лись к тому, чтобы при помощи предварительно напряженных тро-

72

сов создавались деформации и усилия, обратные тем, которые воз пикают в эксплуатационных условиях.

Эту же идею регулирования с успехом можно применить для увеличения жесткости и обеспечения геометрической неизменяемо­ сти системы. Например, основной несущий элемент висячего мо­

ста— кабель — сохраняет форму равновесия лишь при равномерно распределенной нагрузке, т. е. очертание кабеля соответствует фор­ ме мгновенного равновесия.

Увеличение жесткости гибкого висячего моста может быть до­ стигнуто использованием приемов регулирования. В частности, при­ менение предварительно напряженных тросов для увеличения жесткости висячих мостов является давно известным приемом.

Например, еще в первой половине прошлого столетия для

уменьшения изменяемости пролетного строения моста Ла Рош Бер

нард наряду с другими мерами была предпринята постановка пол проезжей частью контркабеля со стрелкой f = 7,6 м (1 : 25 про­

лета).

Контркабель связан с проезжей частью стержнями и удержива­ ет ее от общего поднятия вверх. Кроме того, эти контркабели были расположены в наклонных плоскостях так, что места закрепления их отходили от вершины кабеля на 2 м в сторону по горизонталь­ ной проекции. Последнее способствовало увеличению горизонталь­

ной жесткости висячего пролетного строения. В результате приня­

тых мер, в том числе и постановки контркабелей, было достигнуто

увеличение как вертикальной, так и горизонтальной жесткости моста.

При постройке этого моста предварительное напряжение, по

всей вероятности, имело целью включить ,в работу вертикаль­

ные элементы. Если контркабелю придать предварительное напря жение такой величины, чтобы при любом положении временной на­

грузки на пролетном строении в вертикальных элементах возникати бы только растягивающие напряжения, то можно было бы

добиться значительно большего эффекта в отношении увеличения жесткости висячего моста.

Замечательным примером использования принципов регулиро

вания для увеличения жесткости системы является вантовый мос;

пролетом 874 м через р. Волгу, предназначенный для подвешивания

к нему четырех канатных дорог с общей суточной производитель­ ностью до 20 тыс. т грузов в один конец. Вантовая система имеет вид ферм с криволинейным*верхним поясом и с треугольной решет­ кой (рис. 40), все элементы которой предварительно растянуты.

Применение такой системы диктовалось необходимостью соз­

дать более жесткую конструкцию, чем гибкая висячая система,

несимметрично загруженная весом предохранительных сетей, рас­

положенных на одной половине пролета.

Основными рабочими элементами являются тросы верхнего поя­ са, на которые передается вся постоянная нагрузка. В этой стадии

мост работает как гибкая висячая система с гибкими раскосами вместо вертикальных подвесок. Под действием постоянной нагруз­

73

ки, приложенной в нижних узлах, в раскосах возникают растяги­ вающие напряжения. Для того чтобы временная нагрузка не вы­ звала в раскосах сжимающих усилий и не нарушила бы неизменя­

емости системы, в раскосах создано предварительное растягиваю­ щее напряжение. Для этой цели нижние узлы фермы были

•соединены тросом, выполняющим роль нижнего пояса вантовой

Г_____________________ 8 7Ь

Рис. 40. Схема предварительнонапряженной вантовой фермы моста через р. Волгу:

1 — предварительно напряженный трос

фермы. Этому тросу при помощи натяжных устройств придается ■соответствующее предварительное растяжение, вызвавшее в эле­ ментах фермы предварительные растягивающие усилия, превышаю­ щие величины сжимающих напряжений от эксплуатационной на­ грузки. Этим самым мосту была придана необходимая жесткость.

Рис. 41. Схема вантовой фермы и предварительно напряженных связей пе­ шеходного моста через р. Ангару

Подобная жесткая вантовая система была применена при

устройстве ветровой фермы в проекте пешеходного моста пролетом 960 м через р. Ангару (рис. 41). Предварительным натяжением криволинейных поясов ветровая вантовая ферма была превращена в жесткую ферму.

Весьма интересным примером применения кабельных жестких мостов является мост в Сальвадоре общей длиной 776,4 м (рис. 42)*. Пять пролетов моста перекрываются непрерывным ка­ белем, образующим верхний пояс пятипролетной неразрезной фермы.

Проезжая часть моста имеет выпуклое криволинейное очерта­ ние. Железобетонная предварительно напряженная плита, на кото-

♦ Der stahlbau, 1953, № 12.

'74

75

q, p—интенсивность соответственно постоянной и временной нагрузок.

Это неравенство при наличии в элементах предварительных

растягивающих усилий S примет вид

~Uq ] S > Щр,

что обеспечивает при более простых схемах неизменяемость и

жесткость вантовых ферм. Это подтверждается вышеприведенны­ ми примерами, в которых применением предварительных растяги-

вающих напряжений была достигнута возможность создания жест­ ких и неизменяемых вантовых ферм с простой треугольной ре­ шеткой.

В заключение остановимся на регулировании, примененном при постройке наплавного моста через р. Ганг в Калькутте, которое представляет значительный интерес по достигнутым результатам.

Рис. 44. Плавучая опора с предварительным напряжением тросов наплавного моста через р. Ганг

Наиболее интересующей нас частью этого моста являются наплав­ ные опоры,которые состоят из восьми стальных закрытых цилинд­ ров длиной 69 м и диаметро,м 4,73 м (рис. 44). Каждая плавучая

опора при помощи тяжей заякорена ко дну таким образом, что верх

76

Глава IV

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПУТЕМ ВИДОИЗМЕНЕНИЯ ЭПЮР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В отличие от регулирования путем перераспределения изгибаю­ щих моментов (глава II) или введения в систему дополнительных усилий (глава III) ниже рассматриваются приемы регулирования, сводящиеся к видоизменению эпюр внутренних напряжений.

Следует заметить, что в ранее рассмотренных приемах регулирование сводилось к получению нужной нам картины распределе­ ния напряжений. Однако в этих приемах о конечном эффекте регу­ лирования можно было судить по эпюрам моментов, получающим­ ся в результате применения искусственных мер перераспределения моментов.

Между тем имеются приемы регулирования, об эффекте кото­ рых можно судить, осуществив сложение эпюр напряжений. Имен­ но поэтому представляется уместным подобные приемы регулиро­ вания рассмотреть самостоятельно.

К приемам регулирования путем видоизменения эпюр распре­ деления внутренних напряжений относится, например, создание

предварительно напряженных составных балок. Путем предвари­ тельного изгиба двух расположенных этажно балок и последующе­

го их соединения можно такую пару балок заставить работать как одну балку с прямоугольной или даже с трапецеидальной эпюрой внутренних напряжений, т. е. полностью включить стенки балок на восприятие нормальных напряжений.

редине пролета. При этом распределение напряжений в балках со­

ответствует эпюре, изображенной с правой стороны балки.

В таком состоянии балки объединяют между собой и устраняют возможность их относительного сдвига в момент, когда они будут освобождены от силы 1,25-Р, вызвавшей предварительное напряже­ ние. После снятия с балки силы 1,25Р предварительное напряжение

в ней будет распределяться по эпюре, изображенной на рис. 45, б.

78

По причине упругости произошло уменьшение предварительного

прогиба и соответствующее •перераспределение напряжений. Далее балки устанавливают в рабочее положение так, чтобы балка № 2 (рис. 45, в) заняла верхнее положение, а балка № 1 •— нижнее. За

гружение этой балки силой Р вызывает напряжения, распределяю щиеся по высоте балок по трапецеидальным эпюрам (см. рис. 45, в)

Рис. 45. Схема регулирования напряжений в этажно расположенных балках

Применяя этот прием, несущую способность балок можно новы • сить на 25% по сравнению с двумя балками, работающими само­ стоятельно.

Напряженное состояние и деформации составных балок опреде­ ляются по двум стадиям: предварительного напряжения и напряжения от расчетных нагрузок. Величина на­

чальных напряжений и деформаций в балке может быть определе­ на по формулам:

ЛМД 2/, \

которые возникают при предварительном вы­ гибе;

79>