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: 49
Скачиваний: 0
несть перераспределения изгибающих моментов в двухпролетной неразрезной балке изменением уровня ее опор.
Несколько позднее Мор1, базируясь на методе Клапейрона, ис
следует работу неразрезных балок и изучает влияние осадки опор на изменение изгибающих моментов в сечениях балок. Мор изуча ет также искусственное понижение уровня промежуточной опоры двухпролетной неразрезной балки с тем, чтобы уменьшить величину опорного изгибающего момента. Вопрос о наивыгоднейшей вели чине изменения уровня опор, по указанию Мора, не может решать ся только для случая полного загружения всех пролетов. Он реко мендует исходить из того, что при всех возможных положениях временной нагрузки наибольшие напряжения должны быть равны.
Доказывая теоретическую возможность достижения более благо приятного распределения моментов, Мор, однако, делает следую щие оговорки: «Выгодность понижения опоры может быть боль шая, как показывает расчет, если понижение выполнено с той же точностью, как это принято в расчете. В большинстве случаев можно с определенностью установить, что вероятные случайные из менения уровней опор бывают больше или столь же велики, как и вычисленные теоретически наивыгоднейшие величины. Тем не ме
нее изучение этого вопроса может принести пользу, так как указы вает на значительное влияние осадки опоры на напряжения в не разрезных балках и тем подчеркивает слабую сторону этой кон струкции».
Несмотря на опасения, высказанные Мором, ранее сделанные Коппке и Шеффлером утверждения о возможности практического
применения регулирования напряжений нашли применение тогда, когда для искусственного изменения уровней опор стали исполь
зовать более совершенные приспособления, например, гидравличе
ские домкраты. Применение домкратов позволило свести к миниму му влияние тех неточностей, на которые указывал Мор.
Изменение уровней опор неразрезных балок равносильно при ложению дополнительных моментов с целью достижения требуемо го распределения моментов по длине балок.
Искусственное приложение усилий для создания более благо приятных условий работы балок и ферм нашло широкое распрост ранение во второй половине прошлого столетия. Последнее может
быть подтверждено рядом интересных примеров.
Особенность параболической фермы, состоящая в постоянстве усилий во всех панелях нижнего горизонтального пояса, побудила Коппке предложить параболическую ферму, в которой нижний пояс искусственно подвергался бы постоянному сжимающему усилию, равному величине растягивающего усилия от постоянной загрузки.
Таким образом, при полной нагрузке нижний пояс фермы подвер гался бы растягивающему усилию только от временной нагрузки.
Предложение это было осуществлено в |
1878 г. при постройке |
||
места через |
р. Эльбу. Сжимающее усилие |
передавалось |
на пояс |
фермы при |
помощи массивного коленчатого рычага, один |
конец |
|
1 Zeitsch. |
d. Arch. u. Ing. Ver Hannover. 1860. |
|
|
18
которого упирался в торец пояса фермы, а другой нагружался гру
зом Q (рис. 2).
Аналогичный прием был предложен Коппке для регулирования усилий в арочных мостах (рис. 3). В арке искусственно создается распор при помощи груза Q, подвешенного к рычажной системе, представляющей собой трехшарнирную арку. При изменении за
грузки арки пята В перемещается по катковой опорной части, и
Рис. 2. Регулирование напряжений в поясах параболиче ских ферм
Рис. 3. Регулирование напряжений в арках путем приложения дополнительного распора
распор сохраняется (Постоянным. Величина распора зависит от ве са груза Q и от геометрических размеров трехшарнирной системы, к которой он подвешен.
Инженеру Коппке принадлежит также предложение о предва
рительном натяжении затяжек в металлических арочных мостах с
ездою понизу. Таким путем арке придавались предварительные деформации, обратные тем, которые будут возникать при эксплуа тационных условиях. Последнее способствовало достижению более благоприятного распределения напряжений по сечениям арки Этот метод регулирования напряжений в 30-х годах текущего сто
летия был использован проф. Ф. Дишингером для регулирования
напряжений в железобетонных арочных мостах с ездою понизу.
Предварительное напряжение, создаваемое в затяжках, находит
применение и в последнее время при постройке арочных металличе ских мостов.
Эти интересные методы регулирования напряжений в балочных и арочных мостах, появление которых относится ко второй половине
14
прошлого столетия, несколько позднее были распространены и на
висячие мосты. На рис. 4 приведена схема висячего моста, где ре гулирование силы натяжения кабеля осуществлено при помощи гру
за Q, подвешенного к оттяжке подвижного конца кабеля. Другой
конец кабеля закреплен неподвижно. При этой схеме распор в ка беле при любой нагрузке Н — Q sin a cos а.
Следовательно, кабель при любом положении нагрузки напря жен одинаково, т. е. система работает как псевдостатически неопре делимая с произвольными параметрами Q или И. Величину этих параметров можно выбрать такую, что ферма жесткости будет ра ботать наилучшим образом.
Усилия в подвесках этой системы будут равны
K = ^(tg?x+1-tg x).
При загружении подобной висячей системы нагрузками: посто янной— g т/м и временной — р т/м можно выбрать величину Н такую, чтобы
При такой величине усилий в подвесках ферма жесткости пол ностью освобождается от воздействия постоянной нагрузки и напо ловину от усилий, вызываемых временной нагрузкой.
Ко второй половине прошлого столетия относится появление балочных неразрезных ферм. Однако влияние изменений темпера туры и особенно неравномерных осадок опор на перераспределение усилий в неразрезных фермах несколько ограничило сферу приме нения таких систем.
Например, американские инженеры того времени, учитывая воз
можность неблагоприятного перераспределения усилий, считали,
что применять неразрезные балки рискованно. Однако преимуще ства, которые имеют неразрезные пролетные строения перед раз резными, оказали большое влияние на дальнейшее развитие нераз
резных |
балочных систем; их успешно применяют и в настоящее |
время. |
• |
В период распространения и развития неразрезных ферм было
стремление создать неразрезные системы, не чувствительные к осадкам опор. Так, например, известно, что в 1883 г. в Питсбурге
15
был построен мост с |
трехпролетными |
неразрезными фермами |
(61,0 + 91,4 + 61,0), а в |
1890 г. также в |
Америке — с четырехпро |
летными1 (61,0 + 91,4 + 91,4 + 61,0). |
|
Для исключения влияния возможной осадки опор из-за плохих геологических условий были устроены специальные приспособления
(рис. 5) для регулирования величин опорных моментов. Нижний
|ояс фермы над промежуточной опорой заменили шарнирной систе-
Рис. 5. Регулирование для освобождения опорного сечения неразрезной фермы от изгибающего момента
мой abc. При помощи поперечной рычажной системы от груза Q на шарнирную систему abc передается сила А, которая вызывает в нижних поясах ферм предварительное сжимающее усилие //. Вели чина этого усилия зависит от силы Q, соотношения плеч попереч ной рычажной системы и от отношения f : I шарнирной системы abc. Соответствующим подбором параметров, влияющих на усилие Н, можно добиться нужной величины изгибающего момента от по
стоянной нагрузки в середине пролета.
При осадке опор изменение начального напряженного состояния устраняется соответствующим изменением веса груза Q.
Поскольку за работой этой системы необходимо повседневно наблюдать, она не нашла широкого применения. При проектирова
нии моста были разработаны другие способы регулирования уси лий в неразрезных балках.
На рис. 6, а представлена принципиальная схема одного из ме тодов регулирования, сводящегося к созданию предварительных
растягивающих усилий в верхних поясах от подвешенного к ним груза Q. Теоретически можно получить момент, разгружающий
фермы и заставляющий их работать совместно как элементы нераз
1 Der Bauingenieur. 1933, NS 19/20.
резной балки. Однако подвешенный к верхнему поясу ферм груз придает мосту некрасивый вид, поэтому отказались от применения
этого метода регулирования напряжений.
На рис. 6,6 приведена неразрезная балка с опиранием ее на промежуточные опоры при помощи стержней, расположенных под
углом и шарнирно соединенных между собой. Такая система, пред ложенная Е. М. Вихертом (США), дает возможность создать пред
варительные сжимающие усилия в нижнем поясе, величина кото рых будет зависеть от величины постоянной нагрузки и от угла а. Этот метод регулирования усилий в неразрезных балочных систе мах, основанный на новом принципе использования собственного веса для создания предварительных напряжений, также не нашел практического применения, поскольку оказалось невозможным воз вратиться к первоначальному напряженному состоянию после осад ки опор. Именно поэтому авторы проекта моста, построенного в Питсбурге, остановились на третьем методе (рис. 6, в) — с рычаж ной системой между концами нижних поясов :и с грузом под проез жей частью. Этот метод регулирования был применен, несмотря на
то, что потребовалось построить более широкие опоры для разме щения двух опорных частей.
Приложение предварительных усилий к элементам ферм через
рычажную систему от подвешиваемых грузов явилось одним из на
правлений создания методов регулирования в последнюю четверть прошлого столетия. Вторым направлением является создание пред варительных усилий при помощи гидравлических домкратов.
Примером регулирования усилий с целью достижения соответ
ствия действительных усилий расчетным являются работы, прове денные в процессе постройки моста им. Вильгельма у Мюнгестена
2 К. X. Толмачев |
17 |
в 1897 г. ' Главный пролет этого моста, равный 170 м, перекрыт
решетчатой аркой, очерченной по параболе. Береговые пролеты пе рекрыты тремя балочными фермами, опирающимися на решетчатые металлические быки. Общая длина моста 465 м.
Арку собирали без подмостей — навесным |
методом. |
Верхние |
пояса ab (рис. 7) были наглухо соединены с |
быком 2, |
узлы кото- |
Рис. 7. Схема навесной сборки моста им. Вильгельма у Мюнгестена
рого удерживались четырьмя анкерными стальными тросами диа
метром 90 мм каждый. Здесь же было устроено приспособление для подтягивания этих тросов гидравлическими домкратами.
Когда были собраны первые пять панелей арки и поставлены стойки de, узел d верхнего пояса арки был подвешен к узлу b при помощи тяжа f. Далее была произведена навесная сборка обеих по-
Рис. 8. Расположение домкратов при регулировании напряжений в арках моста им. Вильгельма у Мюнгестена
луарок, после чего при помощи 300-тонных гидравлических домкра
тов разгрузили опорные узлы Е и Е' (рис. 8). Домкраты были уста новлены у узла а (см. рис. 7) и между узлами D и D' и В и В'.
Вставкой специальных заранее заготовленных элементов между узлами В и В' арка была превращена в трехшарнирную АВА'
(см. рис. 8).
После удаления вспомогательных элементов и стальных тросов
1 Известия Собрания инженеров путей сообщения. 1899, № 7.
18
действием домкратов, установленных между узлами EuF, Е' и F', было достигнуто расчетное напряженное состояние арки. В таком положении арка была замкнута постановкой элементов в верхнем поясе замкового сечения.
Весьма интересным является усиление арочного Нижнего Ниа гарского моста через р. Ниагару, произведенное в 1897 г.
Двухшарнирная арочная ферма этого моста пролетом 168 м с верхним прямолинейным и нижним криволинейным поясами подле жала усилению с целью пропуска временной нагрузки, вес которой превышал расчетный в два раза. С помощью гидравлических дом кратов, установленных в замковом сечении нижнего криволинейно го пояса, было достигнуто перераспределение усилий между пояса ми и разгружены элементы решетки. Это позволило использовать существующее пролетное строение моста через р. Ниагару для
пропуска более тяжелой временной нагрузки. Таким образом, ре гулирование усилий при помощи гидравлических домкратов нахо дило большое распространение в практике .мостостроения в кон це прошлого столетия.
Заслуживают внимания методы регулирования напряжений, широко применявшиеся при усилении балочных ферм. Вопрос уси ления ранее построенных балочных мостовых ферм возник в 90-х
годах прошлого столетия в связи с сильно возросшим весом желез нодорожного подвижного состава.
Широкое распространение в то время находил метод усиления ферм добавлением третьего пояса в виде шпренгельной системы. Применявшиеся при этом приемы регулирования усилий можно показать на примерах усиления мостов на Готтардской железной дороге1.
Один из мостов на этой железной дороге с пролетным строением
ввиде ферм с параллельными поясами пролетом 35 м был усилен
вмарте 1898 г. при помощи устройства над верхним поясом треть его полигонального пояса с расположением узлов по параболе.
Третий пояс соединен с усиляемыми фермами при помощи вер тикальных подвесок. Устойчивость этого пояса достигнута поста новкой поперечных и ветровых связей. Для включения третьего пояса в работу на постоянную нагрузку был принят следующий порядок сборки усиливающей конструкции. Вначале устанавливали подвески, к которым тщательно прикрепляли третий пояс. Предва
рительно были проведены мероприятия, обеспечивающие включе ние его в работу на постоянную нагрузку. Последнее достигалось тем, что с помощью гидравлических домкратов, установленных на подмостях, во время перерыва движения фермы были выгнуты вверх. Величина прогиба, вызванного домкратами, соответствовала прогибу от собственного веса пролетного строения, включая и вес
дополнительного пояса.
Таким образом, было достигнуто то, что после прикрепления
дополнительного пояса в опорных точках и освобождения |
фермы |
1 Известия Инженеров путей сообщения. 1902. |
19 |
2* |