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

Г л а в a III

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ВВЕДЕНИЕМ ПРОДОЛЬНЫХ УСИЛИЙ В СИСТЕМУ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕГУЛИРОВАНИИ ВВЕДЕНИЕМ В СИСТЕМУ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСИЛИЙ

В отличие от способов, изложенных в главе II, регулирование

напряжений может быть достигнуто введением в систему напрягае­

мых элементов. Причем в большинстве случаев эти элементы яв­ ляются дополнительными, т. е. при их отсутствии система не теря­

ет своей геометрической неизменяемости. В отдельных случаях в качестве напрягаемых элементов используют элементы, входящие в основную систему пролетного строения.

Примером первого случая может явиться балка, в нижнем поясе которой расположен напрягаемый элемент. Напрягаемый элемент

может быть в виде прямолинейного, ломаного или криволинейного гибкого стержня или троса, который будет дополнительным, так как удаление его не окажет влияния на геометрическую неизменяе­

мость системы. В другом случае, если в качестве напрягающего элемента используют нижний пояс шпренгельной балки, являющий­ ся основным элементом рассматриваемой системы, его удаление на­ рушит геометрическую неизменяемость системы.

С помощью дополнительных или основных элементов можно вызвать в системе предварительные напряжения. Соответствующим их расположением можно получить желаемый характер напряже­ ний в сечениях конструкции. Таким образом, создаются предвари­ тельно напряженные металлические конструкции, аналогичные по форме предварительно напряженным железобетонным.

Цели и задачи предварительно напряженных металлических конструкций в принципе отличаются от задач, которые преследуют­

ся созданием предварительных напряжений в бетоне, где можно использовать для совместной работы высокопрочный бетон и высо­ кокачественную арматуру и получить трещиноустойчивую конст­

рукцию. Разумное использование свойств предварительно напря­ женного железобетона открыло широчайшие перспективы получе­ ния высокоэкономичных и технически целесообразных типов и кон­ струкций мостов

■18

В металлических конструкциях также может быть достигнут большой эффект за счет введения в систему элементов из высоко­ прочной проволоки или тросов. Поскольку модуль упругости сталей разных марок примерно одинаков, деформативность высокопроч­ ных сталей возрастает настолько, насколько повышаются расчет­ ные напряжения. Поэтому так же, как и в железобетоне, рацио­ нальное использование высокопрочной проволоки в металлических конструкциях возможно лишь при наличии предварительного растя­ гивающего напряжения.

На этом, однако, аналогия кончается, так как ® результате предварительного напряжения в бетоне практически можно вы­ звать только сжатие, а в металлических, помимо этого, изгиб и кру­ чение. Последнее расширяет возможности применения предвари­ тельного напряжения в металлических конструкциях по сравнению с железобетоном.

Предварительное напряжение металлических конструкций преследует цель достичь такого перераспределения усилий или на­ пряжений, чтобы они по знаку были бы обратны усилиям и напря­

ное напряжение, можно сократить размеры поперечных сечений. Рассмотрим напряженное состояние предварительно напряжен­

ного усилия Z растянутого стержня1 с площадью поперечного сече­ ния Рпр,в котором возникают усилия Sq и Sp от постоянной и вре­ менной нагрузок.

1 Е. Е. Гибшман. Применение железобетона для усиления металлических мостов. Издательство Минкомхоза РСФСР, 1954.

Напряжение в сечении стержня от постоянной нагрузки

придается конструкции предварительное напряжение. Причем, бла­

годаря предварительному напряжению, достигается полное исполь­ зование прочности высокопрочной стали.

На примере элемента, работающего на растяжение, покажем,

какую эффективность возможно получить при переходе от обычно­ го сечения к предварительно напряженному. Допустим, что обыч­

высокопрочной проволоки f, будет способно выдержать напряже­ ние, равное сумме напряжений

где — предварительное сжимающее напряжение элемента. Если предположить, что основная сталь и сталь высокопрочной

проволоки обладают одинаковыми модулями упругости, то можно

50

Таблица 5

При определении экономического эффекта, получаемого при переходе от обычного к предварительно напряженному сечению, необходимо учесть, что стоимость высокопрочной проволоки выше стоимости обычной стали. Если даже предположить, что стоимость высокопрочной проволоки в 3 раза выше стоимости обычной стали, то получим, что при переходе к предварительно напряженному се чению снижение стоимости не превышает 43%.

Если для предварительного напряжения элемента вместо высо­ копрочной проволоки применить трос, то будет иметь место разни­

Соотношение площадей поперечных сечений троса и основного металла будет равным

модуля упругости металлического сечения Е = 2 100 000 кг/см2, то,

естественно, отношение f 4- Fnp к F в этом случае будет несколько больше, чем это было при применении высокопрочной проволоки.

52