Дерево как материал для мостов (стр. 2 )

Рис. 3.1 – Схема балочного моста под железную дорогу: 1 – прогоны; 2 – поперечины; 3 – подбалка; 4 – коренные сваи; 5 – откосные сваи; 6 – насадка

Для обеспечения поперечной устойчивости забивают дополнительные откосные сваи (5) (рис. 3.1, б). Эти сваи срезают несколько выше уровня меженных вод, упирая в них подкосы, называемые укосинами, а всю опору укрепляют системой связей. Характер работы откосных свай резко отличается от основных, так называемых коренных свай. Коренные сваи воспринимают вертикальную нагрузку, а на откосные передаются усилия от укосин, которые возникают лишь при действии сил, направленных поперек моста, например ветра. Вертикальная составляющая усилия в укосине передается на откосную сваю, а горизонтальная – на поперечную горизонтальную схватку, связывающую все сваи.

С увеличением высоты моста устройство устоев и пространственных промежуточных опор может оказаться недостаточным. В этом случае продольную жесткость повышают применением более мощных устоев и увеличением количества продольных связей (рис. 3.2). Для обеспечения поперечной устойчивости опор устанавливают две пары откосных свай, что позволяет уменьшить длину леса благодаря устройству стыка укосин на дополнительной откосной свае.

Рис. 3.2 – Схема балочного моста высотой более 4 м

В балочных мостах с небольшими пролетами расход леса на опоры значителен и возрастает с увеличением высоты моста, причем затраты материалов на пролетные строения (прогоны) не изменяются, так как зависят только от величины пролета. Следовательно, целесообразно сокращать затраты лесоматериала на опоры за счет некоторого увеличения объема лесоматериала в пролетных строениях.

Этого можно достигнуть уменьшением количества опор и соответствующим увеличением пролетов. При сокращении числа опор вдвое и замене исключаемых опор парой подкосов (рис. 3.3), поддерживающих прогоны и упирающихся в соседние опоры, получают одноподкосную или треугольно–подкосную системы.

Рис. 3.3 – Схема одноподкосного моста под железную дорогу: 1 – подкосы; 2 – затяжка; 3 – подушка; 4 – поперечные схватки

При действии вертикальной нагрузки на опоры балочных мостов передается лишь вертикальное давление. В мостах подкосной системы вертикальная нагрузка от прогонов, опирающихся на подкосный узел, распределяется на подкосы, в точках примыкания которых на опоры воздействует вертикальная и горизонтальная составляющие усилия в подкосе. Вертикальная сила передается через сваю на грунт, а горизонтальная (распор) стремится изогнуть опору.

Для освобождения опоры от воздействия распора устанавливают горизонтальные затяжки. Устройство прочного закрепления затяжки является важной задачей при конструировании подкосного моста. При неудовлетворительном закреплении затяжки распор передается непосредственно на опоры, что может привести к расстройству сооружения. Величина распора уменьшается с увеличением угла наклона подкосов. Однако возрастание крутизны подкосов и в связи с этим понижение затяжек ограничены расчетным уровнем воды. Низ затяжки рекомендуется располагать минимум на 25 см. выше расчетного уровня высоких вод и на 0,75 м. выше уровня ледохода.

Промежуточные опоры высотой до 6 м. обычно имеют один ряд свай, а высотой более 6 м. или при тяжелых нагрузках их устраивают сдвоенными из двух рядов свай при расстоянии между рядами 0,45–0,5 м (рис. 3.4). Устройство сдвоенных опор требует большого количества леса, однако несущая способность их при действии вертикальных нагрузок и продольная жесткость существенно возрастают, улучшаются также условия прикрепления затяжек благодаря облегчению устройства врубок.

Рис. 3.4 – Схема сдвоенной и башенной опор

Применяют также башенные опоры, в которых расстояние между рядами свай по фасаду увеличивают до 1,5–3,0 м (см. рис. 3.4). В поперечном направлении опора обычно состоит из коренных и откосных свай, связанных системой схваток. Расстояние между крайними сваями определяют из условия обеспечения поперечной устойчивости моста при действии ветра. При высоте насыпи более 7–8 м. вследствие значительной стоимости сдвоенных и башенных опор целесообразно дальнейшее увеличение пролетов. Идея треугольно–подкосной системы развита в двухподкосных системах, имеющих в пролете две образованные подкосами опоры для прогонов (рис. 3.5, а, б). В этом случае, сохраняя пролет прогонов 2–3 м, можно применять пролеты моста длиной 6–9 м. В мостах двух–подкосной системы распор весьма значителен, что требует устройства мощных опор и сложных узлов для закрепления затяжек.

Рис. 3.5 – Схема двухподкосного моста под железную дорогу

Для затяжек необходим длинномерный лес. При пролете 9 м. длина затяжек составляет не менее 10–11 м. Длинные затяжки, провисающие под влиянием собственного веса, необходимо поддерживать путем подвешивания к подкосам. Длинные подкосы для повышения жесткости целесообразно соединять подвесками с прогонами. Эти меры приводят к увеличению расхода лесоматериалов и усложнению конструкции, поэтому при нормальных железнодорожных нагрузках величину пролетов принимают обычно не более 7–8 м.

Для деревянных мостов целесообразно применять элементы заводского изготовления, которые можно быстро монтировать на строительной площадке. Конструкции подкосных систем со сложными вырубками, требующие точной пригонки на месте, не удовлетворяют современным требованиям. Во врубках моста быстро развивается гниль, а при устройстве узлов, подгонку которых осуществляют на месте, снимается пропитанный антисептиком слой.

Неоднократные попытки усовершенствовать конструкцию подкосного моста для обеспечения возможности заводского изготовления отдельных элементов и монтажа на месте без дополнительной обработки не увенчались успехом, поэтому подкосные системы не получили распространения.

Балочные мосты под железную дорогу

В балочных мостах применяют, как правило, двухъярусные прогоны со стыками на подбалках (рис. 3.6, а, б). Для объединения бревен прогонов между ними устанавливают прокладки, которые обжимают прогоны соединяемые с насадкой болтами.

Для фиксации взаимного положения пакетов между ними в плоскости опоры предусматривают крестообразные связи. Болты, прикрепляющие поперечины к прогонам, имеют длину до 100 см, причем отверстия для них сверлят на месте. Такая же длина у горизонтальных болтов, стягивающих пакет над опорами. Сверление отверстий для этих болтов является весьма трудной задачей. Конструкция с ярусным расположением прогонов требует устройства на месте большого количества врубок и подтесок.

При переходе к одноярусным прогонам, имеющим ряд преимуществ, создаются более благоприятные условия для предварительной, заготовки и антисептирования элементов. Конструкцию из брусьев можно собирать на месте без устройства врубок и подтесок. Прогоны соединяют с насадкой болтами и штырями, а поперечины с прогонами – при помощи сравнительно коротких болтов.

Рис. 3.6 – Балочный мост с двухъярусными прогонами

Такую конструкцию легко осуществить при использовании брусьев большого сечения. Под каждый рельс достаточно уложить два таких бруса. В этом случае стык прогонов можно устроить на насадке внахлестку (рис. 3.7, а). Однако получение таких брусьев возможно не всегда, а создание подобной конструкции из обычных лесоматериалов для мостов под железную дорогу затруднительно.

Рис. 3.7 – Стыки одноярусных прогонов

Стыки прогонов, состоящих из трех брусьев, можно устраивать на насадке внахлестку (рис. 3.7, б), но при этом брусья располагаются несимметрично относительно оси рельса. Равномерная передача давления на прогоны может быть обеспечена лишь за счет жесткости поперечины, что вызывает некоторое сомнение.

Очень трудно рационально решить вопрос о стыке прогонов при укладке четырех брусьев под каждую нитку рельсов (рис. 3.8).

Рис. 3.8 – Мост с прогонами из брусьев

Для сохранения одноярусности стык приходится располагать на насадке, но при этом мала площадь опирания. Возникает опасность обмятия концов прогона и насадки, что может привести к расстройству опирания, большим прогибам и даже соскальзыванию прогонов с насадки. Для усиления стыка применяли коленчатые тяжи, связывающие концы прогонов с насадкой (рис. 3.8, а), однако гнезда болтов обминаются и болты изгибаются. Более надежна установка прокладок из досок между прогонами и стягивание их горизонтальными болтами (рис. 3.8, б, в).

Работоспособность соединения, зависящую от натяжения болтов и плотности прилегания элементов друг к другу, в условиях длительной эксплуатации можно обеспечить лишь при использовании сухого и высококачественного леса. Над опорами в стыках может скапливаться влага и пыль. При установке длинных горизонтальных болтов трудно добиться совпадения отверстий, устраиваемых в элементах на заводе. Все это затрудняет создание индустриальных конструкций без врубок из распространенного сортамента лесоматериалов.

Эксплуатационные качества моста можно существенно повысить при устройстве езды на балласте, что обеспечивает одинаковую конструкцию верхнего строения пути на насыпи и на мосту, упрощает эксплуатацию и улучшает условия взаимодействия пути и подвижного состава. При этом повышается пожарная безопасность моста, упрощается устройство пути на кривых, где требуется повышение наружного рельса, создаются благоприятные условия для применения одноярусных прогонов, так как нагрузка передается на прогоны через балласт равномерно по всей ширине моста.