книги / Проектирование транспортных сооружений

щнтиым ограждением; 6 - стык попереч­ ного объединения монтажных элементов

261

укладывают блоки ортотропной плиты, которые могут не стыковать­ ся (рис. 10.26).

Весьма удобны для монтажа П-образные пространственные блоки, позволяющие обеспечивать проезд на полный габарит или его часть. Такие блоки устойчивы при монтаже, и их применяют при пролетах эстакад до 35—40 м. Каждый блок пролетного строения состоит из двух стенок, объединенных по верху металлическим настилом. В промежут­ ке между стенками предусматривают решетчатые связи или их функ­ ции выполняют поперечные ребра ортотропной плиты проезжей части. Блоки в поперечном направлении объединяют между собой на болтах (рис. 10.27, а) или оставляют необъединенными (рис. 10.27, б).

При необходимости перекрытия пролетов до 50—55 м, а также для пропуска тяжелых нагрузок применяют сборно-разборные эстакады с коробчатыми блоками. Для обеспечения габарита проезда 6—7 м в поперечном сечении достаточно установить две коробчатые балки (рис. 10.28, а). Монтажный блок таких пролетных строений может представлять собой незамкнутую сверху секцию балки, усиленную поперечными связями. Для улучшения совместной работы коробча­ тых балок между ними предусматривают двутавровые диафрагмы, рас­ полагаемые с шагом 2,0—2,5 м по длине пролета. Прикрепление диаф­ рагм к стенкам главных балок осуществляют на болтах. В уровне про­ езжей части может быть устроена железобетонная плита, состоящая из блоков, укладываемых на всю ширину проезда. Совместная работа

Рис. 10.27. Конструкция сборно-разборных стальных эстакад с пролетными строе­ ниями из П-образных блоков:

262

6}

Рис. 10.28. Поперечные сечения пролетных строений металлических сборно-раз­ борных эстакад с коробчатыми балками:

вых сплавов.

С плош ностенчаты е пролетны е строения из алю м иниевы х сп лавов имеют ту ж е конструкцию , что и из стали . В проезж ей части таки х эстакад, помимо ортотропного настила, использую т бетонную плиту, усиленную алю миниевым листом с вы ступаю щ им и продольны м и реб ­ рами (рис. 10.28, б).

263

Опоры сборно-разборных металлических эстакад также сборно-раз­ борные. Достаточно часто опоры выполняют столбчатыми телескопиче­ ской конструкции с ригелем. В опорах с двумя стойками между ними устраивают гибкие диагональные затяжки. Опоры в виде Т-образных и П-образных рам (см.рис. 10.25, 10.26, 10.27) с жестким или шарнирным опиранием на фундаменты собирают из отдельных элементов, стыкуемых на болтах.

В криволинейных эстакадах требуется устройство широких опор, чтобы пролетное строение могло разместиться в различных местах ри­ геля. В отдельных случаях применяют унифицированные опоры, обес­ печивающие различное опирание на них пролетного строения. Так, опора из стоек, шарнирно соединенных с ригелем (см. рис. 10.24), обес­ печивает расположение пролетного строения в пределах всего ригеля. Выступ с диагональным элементом может располагаться как справа, так и слева. Стойки опоры можно раздвигать на всю ширину ригеля, устанавливая диагональный элемент внутри. Опорные элементы сто­ ек обеспечивают необходимую жесткость опоры без соединения с фундаментами.

Фундаментами опор сборных эстакад может служить конструкция дорожной одежды улицы. Если прочность ее недостаточна или опоры расположены вне проезжей части улицы, то фундаменты устраивают из сборных железобетонных блоков (см. рис. 10.26) нли монолитного бетона. Такие фундаменты оставляют в грунте основания после раз­ борки эстакады.

Сборно-разборные металлические эстакады во многих случаях яв­ ляются криволинейными. Эстакады малой кривизны (R > 500 м) мон­ тируют из элементов с прямоугольной в плане плитой проезжей части, устраивая между ними сквозные швы переменной ширины (рис. 10.29, о). Эстакады большей кривизны (R — 1004-200 м), собираемые из прямоугольных элементов, имеют слишком большую ширину шва на внешней стороне кривой и его приходится заполнять треугольными или трапецеидальными конструктивными элементами (рис. 10.29, б). Вместо этого возможно выполнять плиту в плане прямоугольной и трапецеи­ дальной форм. Набор таких элементов обеспечивает криволииейность эстакады с постоянной шириной швов (рис. 10.29, в) и с изменением

криволинейные сборные элементы. Их можно изготовлять с криволи­ нейной плитой проезжей части и криволинейными или прямолинейны­ ми в плане продольными балками. Радиусы кривизны отдельных бло­ ков эстакады будут различными (рис. 10.29, г). Конструкции сборно­ разборных эстакад хранят как инвентарное имущество на складах и транспортируют на автомобилях к месту их возведения.

264

Глава 11 РАСЧЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭСТАКАД

11.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Пространственный расчет металлических пролетных строений про­ изводится теми же методами, что и железобетонных несущих конст­ рукций (см. п. 6.2). В зависимости от вида конструкции следует учи­ тывать особенности применения того или иного метода. Конструкции современных сплошностенчатых пролетных строений эстакад в расчет­ ном отношении могут интерпретироваться тонкостенными стержнями и складчатыми оболочками.

При этом можно учесть влияние стесненного кручения и деформа­ ций контура сечения на общее напряженно-деформированное состоя­ ние, а также неравномерность распределения напряжений по ширине сечений. С позиций теории тонкостенных стержней с деформируемым контуром решается проблема расстановки диафрагм и поперечных связей, при которой обеспечивается недеформируемость сечений на всем протяжении пролетного строения. Теория дает возможность использовать ее для расчета криволинейных пролетных строений и учитывать факторы, связанные с воздействием закручивающей на­ грузки при расчете косых несущих конструкций. Практически все осо­ бенности работы металлических сплошностенчатых пролетных строений эстакад под нагрузками позволяет учесть теория складчатых оболочек и ее варианты.

Универсальностью отличается метод конечных элементов, применя­ емый для расчета различных конструкций эстакад. Из-за малой отно­ сительной толщины сжатых поясов (плит) и стенок пролетных строе­ ний возникает необходимость в расчетах на устойчивость, которыми оп­ ределяют требуемые интервалы размещения ребер жесткости.

Железобетонная плита проезжей части, включенная в совме­ стную работу с главными балками, способствует перераспределению усилий в сечениях пролетных строений вследствие проявления в бето­ не неупругих деформаций от усадки и ползучести. На напряженное со­ стояние сталежелезобетонных пролетных строений различного очер­ тания влияет и изменение температуры, происходящее между метал­ лическими балками и железобетонной плитой как в течение суток, так и со сменой времен года.

11.2. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ОРТОТРОПНОЙ ПЛИТЫ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ

Ортотропиая плита, располагаемая в проезжей части, является важным элементом конструкции пролетного строения, участвующим в его пространственной работе под нагрузками. Ортотропиая плита

265

проезжей части одновременно выполняет роль основания для покрытия проезжей части, пояса главных балок, а также продольных ветровых связей. Расстояние между осями продольных ребер в поперечном сече­ нии принимают обычно равным 300—350 мм, если их выполняют из полосовой стали, и 500 — 600 мм в случаях, если они имеют замкну­ тый профиль. Шаг расположения продольных ребер из неравнобоких уголков, сварных перевернутых тавров и им подобных с открытым профилем составляет 300—450 мм. Поперечные балки проектируют, как правило, одностенчатыми с перевернутом тавровым сечением. При этом шаг размещения поперечных балок вдоль пролета принимают рав­ ным 1,5—3,0 м, когда продольные ребра имеют открытое поперечное сечение, и 2,0—4,5 м при замкнутом профиле продольных ребер. На­ пряжения в элементах ортотропной плиты проезжей части определяют исходя из рассмотрения ее работы на изгиб как самостоятельной кон­ струкции, расположенной между стенками пролетного строения, а так­ же в составе пролетного строения в качестве пояса. Полученные затем по двум этапам расчета напряжения суммируют.

Для расчета ортотропной плиты как отдельного конструктивного элемента можно воспользоваться рядом известных методов, которые подразделяются в основном на две группы. К первой группе относятся методы, основанные на замене ортотропной плиты балочным роствер­ ком (А. Ф. Смирнов, М. Иегер, Ф. Леонгардт, Г. Хомберг и другие). При этом расчетная схема представляется системой балок (попереч­ ных балок плиты), опирающихся на упруго-податливые и поворачи­ вающиеся опоры (продольные ребра плиты). По методу Хомберга, на­ пример, расчет основан на ортогоиализации неизвестных, а также пред­ ставлении внешней нагрузки и внутренних усилий в виде групповых факторов, изменяющихся по закону тригонометрических функций.

Ко второй группе относятся методы, исходящие из того фактора, что рассчитываемая система, состоящая из покрывающего листа и диск­ ретно расположенных ребер, представляет собой конструктивно-анизот­ ропную пластину (Т. А. Скрябина, Е. Гинке, В. Пеликан и М. Эсслингер, В. Корнелиус и другие). Эти методы известны под общим назва­ нием — методы ортотропной плиты. В основу методов положена тео­ рия анизотропных плит М. Хубера. Для частного случая континуаль­

где Вх, Ви —жесткости плиты на изгиб в ортогональных направлениях:

t*i< Is —моменты инерции продольного ребра и поперечной балки; а, I —шаг расположения продольных ребер и поперечных балок (см. рис. 10.1); Н ■

= т)~\/ВхВу — эффективная жесткость плиты на кручение; tj = 0,3 —эмпи­ рический коэффициент; со— прогиб плиты; q —внешняя нагрузка.

266

Для современных конструкций ортотропных плит нормы рекомендуют не учитывать напряжения, возникающие в покрывающем листе при его изгибе между продольными ребрами. Минимальную толщину листа плнты определяют из условия обеспечения совместной работы покры­ вающего листа, антикоррозионного покрытия и дорожной одежды по формуле

циент, принимаемый равным 7,8 и15, 6 соответственно при продольных ребрах с открытым и замкнутым профилем; Р — максимальное давление на лист, опре­ деляемое с учетом распределения нагрузки от колеса в толще покрытия h (рис. 11.1); Е — модуль упругости материала листа.

По технологическим соображениям минимальную толщину покры­ вающего листа следует принимать равной 12 мм.

В расчетном отношении покрывающий лист можно представить в виде неразрезной балки, опорами которой являются продольные ребра. Внешним воздействием при этом, помимо веса листа и покрытия на нем, является давление от колес временной подвижной нагрузки Р, а также равномерно распределенная нагрузка интенсивностью г, учитываемая совместно с нагрузкой АК. Давление от временных на­ грузок распределяется в толще покрытия под углом 45°. При этом раз­ меры площадки распределения нагрузок поперек и вдоль движения (рис. 11.2, а, б):

d, d r 2А; с, c'v 2h,

где d н с — размеры площадки передачи давления от колеса на покрываю­ щий лист; h — толщина покрытия проезжей части.

268

Тогда интенсивности временных нагрузок q соответственно от действия колеса и распределенной полосы составят j- и j-d. Если коле­

со расположено между поперечными балками, то покрывающий лист можно рассматривать как неразрезную балку высотой, равной толщи­ не листа th, и шириной су на упругих опорах (рис. 11.2, в). При распо­ ложении нагрузки над поперечной балкой (изображение колеса на рис. 11.2, б штриховыми линиями) податливость продольных ребер весьма незначительна, и поэтому лист ортотропной плиты можно пред­ ставить в виде неразрезной балки на жестких опорах (рис. 11.2, г). Такую же расчетную схему возможно применить при воздействии дав­ ления от колеса вблизи стенки пролетного строения (изображение ко­ леса на рис. 11.2, а штриховыми линиями).

Для подбора толщины покрывающего листа следует построить оги­ бающие эпюры изгибающих моментов т у (см. рис. 11.2, в, г) и выбрать наибольшее положительное или отрицательное значение. По расчет­ ному значению т„ определяем требуемую толщину листа:

6ту

(Ч.З)

V ci Ry

где с, —размер площадки распределения давления от колеса вдоль дви­ жения; R,t —расчетное сопротивление материала листа.

Полученная по формуле (11.3) величина не должна быть менее 12 мм. В противном случае th следует принять равной 12 мм. Продольные реб­ ра ортотропной плиты так же, как и покрывающий лист, можно рас­ сматривать как неразрезные балки на упругих или жестких опорах (поперечных балках). Для ребер, расположенных в пределах среднего участка плиты между стенками, равного L 3 (см. рис. 11.2, а), попереч­ ные балки возможно учитывать как упруго-податливые опоры (рнс. 11.2, д). На участках плиты, примыкающих к стенкам пролет­ ного строения, продольные ребра представляют неразрезнымн балка­ ми на жестких опорах.

269

Поперечное сечение продольного ребра принимают тавровым с верх­ ней полкой, ширина которой равна шагу расположения ребер а. Усилия, передаваемые от колес подвижной нагрузки на одно продоль­ ное ребро, определяют пропорционально ширине распределения на­ грузки поперек движения (см. рис. 11.2, д):

Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях продольного ребра следует определять с учетом собственного веса ребра и покры­ тия проезжей части, а также распределенной нагрузки/V, если расчет ведется на воздействие нагрузки АК.

При расчете покрывающего листа и продольных ребер требуется построение линий влияния усилий в регулярных неразрезных балках на упруго-податливых опорах. Для этих целей можно воспользоваться табл. 11.1, в которой приведены ординаты линий влияния опорных

Ri в бесконечно длинной в обе стороны от опоры t балке (рис. 11.3, б). Ординаты линий влияния в табл. 11.1 даны в зависимости от характе­ ристики жесткости а, определенной по формуле

где s — шаг расположения упруго-податливых опор; / —момент инерции поперечного сечения неразрезной балкн; А— прогиб упругой опоры при воздей­

При расчете покрывающего листа в формуле (11.5) следует принять

где x — расстояние от поперечной балки до места приложения груза Р (см. рис. 11.2, б, д)- Isi — момент инерции поперечного сечеиия продольного реб­ ра; I — расстояние между поперечными балками.

При расчете продольного ребра в формуле (11.5) следует принять

где у — расстояние от стенки пролетного строения до расчетного продоль­ ного ребра; Is — момент инерции поперечного сечения поперечной балки.

При определении момента инерции / 8 ширину верхнего пояса по­ перечной балки принимают равной 0,2 L.

Линии влияния изгибающего момента М и поперечной силы Q в про­ извольном сечении А — А вблизи конца балки на упруго-податли-

270