Дерево как материал для мостов (стр. 3 )

Мост с ездой на балласте имеет в каждом пролете прогоны из восьми брусьев сечением 20×25 см (рис. 3.9). Между брусьями, опирающимися на насадки без подтесок, остаются просветы величиной 2 см. для проветривания. Концы прогонов прикреплены к насадке болтами и штырями.

пиломатериалов с ездой на баласте" width="610" height="298"/>

Рис 3.9 – Мост из пиломатериалов с ездой на баласте

На прогон уложен настил из досок сечением 22×10 см. с зазорами по 3 см, а на настил – щебеночный балласт толщиной не менее 20 см. до основания шпал. Просочившаяся через балласт вода вытекает через просветы между досками. Простота конструкции создает благоприятные условия для пропитки антисептиком всех элементов и не требует устройства каких–либо врубок или подтесок при монтаже. Однако водоотвод нельзя признать вполне удовлетворительным.

Деревянные мосты под железную дорогу строят очень редко и только временными в лесных районах. Однако даже при применении круглого леса, используя рациональные конструкции с небольшим количеством врубок и антисептирование древесины, можно довести срок службы моста до 15 лет и строить мосты быстро и с небольшими затратами. Это особенно важно при постройке новых железных дорог в необжитых районах при отсутствии точных данных о расходах воды и условиях их пропуска. Сооружение таких мостов позволило бы быстрее и при меньших капитальных вложениях вводить дороги в эксплуатацию, причем в дальнейшем деревянные мосты можно заменять постоянными.

Опоры балочных мостов с малыми пролетами

Опоры из четырех коренных свай, воспринимающих вертикальную нагрузку, и пары откосных свай, обеспечивающих поперечную устойчивость опоры (рис. 3.10, а), характерны для старых мостов из круглого леса. Положительными качествами этой конструкции являются четкая и равномерная передача нагрузки от поперечин на прогоны и от прогонов на сваи; при этом насадка на изгиб не работает, а смятие между насадкой и сваями равномерное. Недостатком является плохое использование откосных свай и большое количество врубок.

В современных конструкциях применяют наклонные сваи (рис. 3.10, б), воспринимающие вертикальную нагрузку и вместе с тем обеспечивающие поперечную устойчивость опоры под действием горизонтальных сил (ветра, ударов подвижного состава). Общее количество свай в такой опоре, как правило, меньше чем в старых опорах. Однако неизбежно некоторое несовпадение вертикальных плоскостей прогонов и свай. Насадки работают на изгиб и неравномерное смятие над сваей. Известные затруднения вызывает также забивка наклонных свай.

Рамно–свайные опоры (рис. 3.10, в) состоят из ряда свай, забитых вертикально и связанных несколько выше меженных вод насадкой. На насадку устанавливают готовую раму из стоек, соединенных поверху и понизу насадками и диагональными схватками. Положительным качеством такой конструкции является возможность сокращения сроков монтажа за счет изготовления рам на стройплощадке. Кроме того, как правило, отпадает необходимость в устройстве стыков свай. Продольная жесткость рамно–свайной опоры ниже, чем свайной. Для обеспечения продольной жесткости моста полезно устраивать пространственные опоры путем установки продольных и диагональных связей между смежными опорами.

Для рам высоких опор требуется длинный лес, кроме того, они становятся тяжелыми и громоздкими. В этих случаях рамы устраивают двухъярусными.

При постройке деревянных мостов на суходолах и грунтах, не допускающих забивку свай, применяют рамно–лежневые опоры (рис. 3.10, г). Рамы устанавливают на лежни, уложенные в траншею. Количество лежней определяется условным сопротивлением грунта по подошве траншеи. На грунте вокруг опоры устраивают отмостку для исключения попадания в траншею поверхностной воды в котлован. Существенным недостатком рамно–лежневых опор является опасность быстрого загнивания рам в условиях переменной влажности.

Рис 3.10 – Схемы опор моста под железную дорогу

В долговременных мостах целесообразно опирать рамы на бетонные столбики, которые можно устанавливать в траншею готовыми. В этом случае дерево удаляется от опасной зоны и создаются условия для длительного срока службы опоры.

В опорах любого типа необходима установка поперечных и диагональных схваток. В старых конструкциях в сопряжении схваток со стойками устраивали сложную врубку парным прямоугольным шипом (рис. 3.11, а) и устанавливали болт. Такая врубка хорошо обеспечивала передачу усилий от одного элемента на другой, однако устройство ее является трудоемкой ручной работой.

Рис 3.11 – Сопряжение схваток со стойками: 1 – штырь

Стремление отказаться от сложных врубок заставило искать другие способы сопряжения. Сопряжения стоек и схваток из пиломатериалов осуществляют без врубок, путем установки зубчатой шайбы (рис. 3.11, б), которая при стягивании элементов болтом врезается зубьями в соединяемые элементы. Такое соединение работает вполне удовлетворительно. Однако применение пиломатериалов для опор вызывает увеличение затрат, вследствие чего оно не получило распространения в практике отечественного мостостроения.

Сопряжение элементов из круглого леса без врубок исключается. Если соединить схватки со стойкой только болтом, то под влиянием усушки и нагрузки от собственного веса схватки болт обычно изгибается и соединение теряет способность передавать усилия. Простейшим способом некоторого улучшения конструкции является устройство в схватке врубок «в чашку» (рис. 3.11, в) и стягивание болтов. Одновременно делают небольшую подтеску под щайбами болтов. При натяжении болтов соединение способно передавать усилия, однако сила натяжения падает за счет усушки и при отсутствии тщательного наблюдения соединение расстраивается. При подтеске сваи в месте сопряжения можно установить зубчатую шайбу, что значительно лучше, однако при этом требуется довольно глубокая подтеска стоек, которая полностью снимает антисептированный слой древесины. Хорошей конструкции безврубочного сопряжения круглых стоек со схватками пока не найдено.

Пролетные строения в виде пакетов

Пролетные строения в виде пакетов являются наиболее индустриальными конструкциями мостов малых пролетов. Пакеты собирают на стройбазе или стройдворе из бревен или брусьев и укладывают на опоры. Каждый пакет перекрывает один пролет. Применяют сдвоенные или башенные опоры, поэтому стыки прогонов не устраивают.

В пролете длиной 4 м. под одну нитку рельса укладывают пакет из девяти бревен (рис. 3.12, а), соединенных вертикальными и горизонтальными болтами. Между вертикальными рядами бревен оставляют просвет шириной 3 см. для проветривания, который в местах установки горизонтальных болтов заполняют дощатыми прокладками. Такой пакет требует большого расхода леса и много длинных болтов. При увеличении пролета конструкция становится громоздкой.

Рис. 3.12 – Пакеты: 1 – шпонки 250×80×8; 2 – опора

Вертикальные болты пакета не могут обеспечить совместную работу бревен как цельного сечения. При изгибе каждый брус работает самостоятельно (рис. 3.13, а). Момент сопротивления пакета определяется как сумма моментов сопротивления входящих в него бревен или брусьев.

Рис. 3.13 – Схема работы составного пакета

Более экономичны пакеты из трех ярусов брусьев, работающих совместно как брус единого сечения (рис. 3.13, б). Пакет из n брусьев шириной b и высотой h при независимой работе каждого бруса имеет общий момент сопротивления

где  – момент сопротивления одного бруса. Если брусья соединить друг с другом и обеспечить их совместную работу как цельного сечения, то высота такого сечения будет nh и момент сопротивления

т. е. в n раз больше, чем момент сопротивления пакета из брусьев, работающих раздельно.

Прогоны из пакетов, в которых обеспечена совместная работа элементов как дельного сечения, называют составными.

В составных прогонах материал используется лучше, чем в простых, однако для этого необходимо обеспечить соединения между брусьями, способные воспринимать сдвигающиеся усилия по плоскостям сопряжения с тем, чтобы исключить возможность относительных смещений брусьев.

Для устройства таких соединений применяют различные шпонки. Старые конструкции имеют дубовые шпонки, входящие в соответствующие гнезда соединяемых элементов (рис. 3.12, б). Количество шпонок, глубину врезки и расстояния между шпонками определяют расчетом из условия смятия и скалывания шпонки, а также скалывания бруса между шпонками.

Шпонкам обычно придавали клиновидное очертание в плане с тем, чтобы при усушке их можно было подбивать. Основным недостатком прогонов на таких шпонках является расстройство соединений вследствие усушки и слабого сопротивления дерева смятию поперек волокон, приводящих к обмятию врубок и провисанию конструкции.

Применявшиеся также колодки в виде отрезков брусьев или бревен того же сечения, что и элементы прогонов, располагали волокнами вдоль прогона. При этом смятие происходит вдоль волокон и значительно снижается усушка. Между брусьями остаются просветы, увеличивающие высоту и момент сопротивления прогонов и улучшающие условия проветривания (рис. 3.12, в). Установка колодок требует точной пригонки для обеспечения расчетного распределения усилий между колодками к их удовлетворительной работы.