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

разрешения задач, стоявших перед строителями мостов в середине

XIX века. Под влиянием интенсивного строительства железных до­ рог возникла необходимость в широком применении балочных мо­ стов, обладавших большей жесткостью по сравнению с висячими. Искания строителей в этой области привели к большому многооб­ разию типов и конструкций балочных систем. Чугунным балочным и применявшимся в отдельных случаях тяжелым балочным мостам трубчатого сечения, благодаря творчеству русских и зарубежных мостостроителей, пришли на смену мосты с балками двутаврового сечения с фермами рациональных статических схем и систем ре­ шеток.

Применение литого железа в мостостроении привело к осущест­ влению замечательных арочных мостов, которые по величине про­ летов и по конструкции далеко опередили своих предшественни­ ков —• чугунные арочные мосты.

История развития строительства металлических мостов — эго история развития инженерной мысли, основанной вначале на опыте и практической интуиции, а затем подкрепленной теоретическими

исследованиями.

Изменением конструкции или внесением в статическую схему дополнительных элементов строители стремились достигнуть наи­ более целесообразного распределения усилий и обеспечить надеж­ ную статическую и динамическую работу мостов. Например, введе­ нием в гибкую систему висячих мостов балок жесткости, дополни­ тельных кабелей и других элементов была увеличена вертикальная и горизонтальная жесткость и тем самым улучшена динамическая работа пролетных строений этого типа.

Стремление создать балочные конструкции, в которых распреде­ ление материала соответствовало бы величинам и характеру уси­

лий, привело к созданию сначала многорешетчатых ферм, а затем ферм с современными системами решеток.

В истории развития мостов с металлическими фермами ярко вы­ рисовываются многочисленные изыскания более рациональных ин­ женерных решений. Правда, результаты этих исканий опирались в основном на теорию и не всегда приводили к практическим прием­ лемым результатам, но в общем они сказались положительно на развитии мостостроения.

В итоге теоретических изысканий наилучших очертаний ферм

■был построен ряд мостов с фермами параболического, гиперболиче­ ского, полупараболического и других криволинейных очертаний. Приданием поясам ферм соответствующих очертаний достигалось наиболее благоприятное распределение усилий между элементами

фермы. Например, параболическая ферма удовлетворяет тому усло­ вию, что при равномерно распределенной нагрузке раскосы не на­ пряжены, поэтому горизонтальная проекция усилий обоих поясов во всех панелях — величина постоянная, но различная по знаку.

При частичной загрузке пролета, соответствующей наибольшему усилию в раскосах, горизонтальная проекция максимального уси­

лия всех раскосов — величина постоянная.

Ю

Параболическая ферма, обладающая хорошими качествами с теоретической стороны, не оправдала себя практически. Однако факт разработки параболической и других систем ферм указывает на стремление строителей изменением очертания поясов и другими конструктивными мерами получить более рациональное распреде­ ление усилий между элементами ферм.

Имели место и другие предложения улучшения работы пролет­ ных строений. Например, с целью разгрузки фермы от подвижной

влены на Московско-Казанской железной дороге и дали сокраще­

ние расхода материала на 10%.

Проф. Н. А. Белелюбский с целью освобождения от крутящих моментов нижних поясов ферм пролетных строений с ездою понизу ввел шарнирное опирание поперечных балок и тем самым центри­ ровал передачу нагрузок на пояса. Эта конструкция, известная под названием «русской», не получила, однако, всеобщего признания,

так как теоретические выгоды не окупали конструктивных не­ удобств.

Внимание многих мостовиков XIX века было обращено на кон­ структивное усовершенствование многорешетчатых ферм с парал­ лельными поясами. Например, В. Гербер обращал большое внима­ ние на центрирование передачи усилий в узлах ферм и на симмет­ ричное расположение заклепок в узлах ферм с целью избежания,

по возможности, дополнительных напряжений от жесткости узлов.

Для этой же цели он предложил элементы решетки прикреплять к

поясам при помощи шарниров. Однако шарнирные узлы В. Гербера не привились, так как опыт показал, что вследствие трения болто­ вые соединения не обладают идеальной шарнирностью, и дополни­ тельные напряжения не исчезают.

Кроме того, как показала практика эксплуатации мостов с шар­ нирными фермами, широко применявшихся в США, эти фермы ока­ зались неблагоприятными в динамическом отношении, так как в них возникали большие вибрации при проходе временной нагрузки.

Приведенные примеры говорят о стремлении мостостроителей добиться наиболее благоприятного распределения усилий в фермах и устранить дополнительные напряжения в элементах, применяя отдельные конструктивные мероприятия и сохраняя основную си­

стему ферм.

Другое направление в развитии мостостроения шло по пути из­

11

менения статической системы ферм. Например, во второй половине прошлого столетия широко применяли неразрезные и консольные фермы. Причем следует заметить, что стремление избавиться от дополнительных усилий в неразрезных фермах, вызываемых не­ равномерной осадкой опор, привело к широкому применению кон­

сольных ферм, идея которых возникла очень давно.

В развитии арочных систем мостов можно заметить, что изме­ нением статических схем строители также добивались получения

желаемого эффекта. Примером может служить разработка арочноконсольных систем, в которых уменьшается горизонтальное воз­ действие пролетных строений на опоры.

Эти факты из истории проектирования и постройки мостов ука­ зывают на то, что изменением известных статических схем мостов,

разработкой пролетных строений с новыми статическими схемами,

внесение,м изменений в форму и конструкцию ферм строители соз­

давали рациональные системы мостов, отвечающие стоящим перед ними задачам.

Наряду с этими направлениями в XIX веке были попытки создать более благоприятные условия работы ферм путем искус­ ственного вмешательства в распределение усилий, т. е. применить регулирование напряжений.

Искусственное регулирование напряжений известно с давних времен. Например, в XVIII веке применяли составные прогоны с зубчатым соединением деревянных брусьев и использовали искус­ ственные меры для обеспечения совместной работы брусьев, вхо­ дящих в состав прогона. Для плотного прилегания врубок прогона зубья нижнего бруса делали несколько короче, чем зубья верхнего

бруса. Перед укладкой одного прогона на другой их изгибали вверх

зультате этой операции в лрогонах возникали первоначальные напряжения, противоположные по знаку напряжениям от времен­ ной нагрузки.

Можно утверждать, что в самый ранний период строительства висячих мостов процесс сборки пролетных строений сопровождался

применением искусственного натяжения подвесок, т. е. осуществля­ лось регулирование. Правда, в этом случае регулирование приме­ няли не с целью создания искусственных напряжений, а для вырав­ нивания профиля проезжей части висячих мостов и для достижения

нужного очертания цепи.

Известно также, что для придания гибким висячим мостам го­ ризонтальной и вертикальной жесткости устанавливали контрка­

бели, которые предварительно напрягали и тем самым обеспечива­

ли включение их в работу при незначительных величинах деформа­

ций основной системы висячих мостов.

Известны примеры регулирования напряжений и в балочных мостах. Коппке 1 и Шеффлер в своих трудах указывают на возмож-

1 Kopcke. Uber die Dimensionen von Balkenlagen. Zeitsch. d. Arch. u. Inp Ver Hannover. 1856.

12