Дерево как материал для мостов (стр. 6 )

Ленинградским филиалом Гипродорнии разработан для экспериментального строительства проект моста через реку Нерль (рис. 3.27), имеющего пять пролетов по 18,05 м.

Рис. 3.27 – Общий вид через реку Нерль: 1 – щебеночная подготовка h = 20 см

Промежуточные бетонные опоры выполнены массивными до уровня высоких вод и в виде столбов выше воды. Пролетные строения опираются на столбы через ригели. Устои состоят из железобетонных стоек козлового типа.

Все пролеты перекрыты неразрезными балками из клееной древесины. При ширине проезжей части 7 м. и тротуаров 1 м. в поперечном сечении через 1 м. расположены восемь балок (рис. 3.28). Над опорами балки соединены системой крестовых поперечных связей, а в каждом пролете через 4,5 м. установлены вертикальные дощатые диафрагмы, связывающие балки попарно.

Рнс. 3.28 – Фрагмент пролетного строения: 1 – клеештыревой стык; 2 – трехразовая поверхностная обработка; 3 – бетонный бордюр; 4 – мауэрлаты; 5 – прокладки–продухи

По верхнему поясу балок поставлены горизонтальные связи из досок сечением 15×7,5 см, образующих треугольную решетку. На балки уложены прокладки такого же сечения для образования продухов между верхом клееных балок и низом деревоплиты. Каждая прокладка прибита тремя гвоздями.

Деревоплиту проезжей части собирают на месте из сухих антисептированных досок сечением 5×15 см. или из блоков, изготовляемых на заводе. Блоки соединяют гвоздями или клеем. Верх плиты гладкий.

Балки высотой 132 см. и шириной 25 см. собирают на подходной насыпи из блоков длиной 7,95–17,80 м. с устройством клеештыревых стыков. Отверстия для штырей сверлят на заводе по шаблону после антисептирования блоков. Одновременно собирают две параллельные балки с постановкой поперечных горизонтальных связей. Затем пространственный блок надвигают на опоры.

Следует заметить, что в США и особенно в Канаде в последние годы уделяют большое внимание применению клееной древесины в мостостроении.

Мосты из клееной древесины строят как под автомобильную, так и под железную дорогу. В Канаде первый железнодорожный мост из клееной древесины сооружен в 1965 г. К 1973 г. построили 68 пролетных строений длиной 9,2–30,5 м. Автодорожные мосты с пролетными строениями из клееной древесины строят с 1951 г. Только в провинции Британская Колумбия в Канаде эксплуатируется около 300 таких мостов с пролетами 9,2–45,8 м.

Опыт строительства и эксплуатации деревянных мостов из клееной древесины в Канаде показал, что эти конструкции отличаются низкой стоимостью, быстротой монтажа, не требуют расходов по содержанию и имеют срок службы 40–50 лет.

Пролетные строения с клеефанерными балками

Фанеру целесообразно применять прежде всего для стенок клееных балок, так как при изготовлении их из досок материал используется не полностью. Конструктивно такие стенки обычно состоят из двух листов, между которыми расположены бруски, обеспечивающие местную устойчивость стенок (рис. 3.29). Толщину фанеры принимают не менее 10 мм.

Верхний пояс, работающий на сжатие, устраивают из досок, склеенных по вертикальным швам. В нижнем поясе, работающем на растяжение, также целесообразно использовать фанеру. При необходимости развития сечения нижнего пояса фанеру устанавливают вертикально между досками.

Для уменьшения влияния усушки и разбухания досок используют доски шириной 10–12 см. В высоких поясах доски можно располагать в несколько ярусов, причем горизонтальные швы не рекомендуется склеивать, оставляя небольшой зазор 0,5–1,0 см.

Рис. 3.29 – Типы поперечных сечений клеефанерных балок: 1 – доски поясов; 2– стенки из высокопрочной фанеры; 3 – бруски для обеспечения устойчивости фанерных стенок; 4 – горизонтальный фанерный лист; 5 – зазор между досками; 6 – фанерные листы нижнего пояса

Разработка конструкций клееных балок из бакелизированной фанеры длиной 18 и 24 м. для автодорожных мостов показала, что затраты материала и вес блока значительно снижаются. Для балок длиной 18 и 24 м. приняли одинаковую высоту 150 см. и толщину поясов 200 мм (рис. 3.30). При длине балки 12 м. стенка состоит из фанеры толщиной 12 мм, верхний пояс – из 12 досок сечением 4×100 мм, нижний – из четырех досок сечением 40×100 мм. и восьми сечением 20×100 мм, между которыми расположены четыре листа фанеры толщиной 5 мм. и высотой 200 мм. Балка длиной 18 м. имеет вертикальную стенку из фанеры толщиной 16 мм, верхний пояс из 16 досок сечением 40×100 мм. и нижний из 10 листов фанеры толщиной 5 мм. между 10 рядами досок сечением 200×100 мм. Общая ширина поясов в балках длиной 18 и 24 м: верхнего соответственно 264 и 352 мм, нижнего 204 и 362 мм.

Рис. 3.30 – Поперечные сечения клеефанерных балок длиной 18 и 24 м: 1 – фанерные стенкн; 2 – бруски между стенками; 3 – листы фанеры; 4 – доски между листами фанеры

Между листами стенок через 1 м. на всю высоту устанавливают бруски сечением 80×40 мм. Металлические крепления не применяют. Клеефанерные балки располагают на расстоянии 1,6 м. друг от друга и соединяют попарно системой связей. Проезжую часть устраивают в виде деревоплиты из блоков.

Ленинградский филиал Гипродорнии для экспериментального строительства разработал проект моста через р. Пахну (рис. 111.31). Мост имеет четыре пролета по 16,78 м, перекрытых неразрезным клеефанерным пролетным строением с проезжей частью из деревопли–ты, не включенной в совместную работу с главными балками. Пролетное строение имеет балки двутаврового сечения высотой 1,20 м, каждая из которых состоит по длине из трех монтажных блоков до 24 м. Блоки изготавливают на заводе и соединяют на строительной площадке, устраивая два клеештыревых стыка. Балки соединяют попарно поперечными и верхними продольными связями. Стенка балки состоит из двух листов бакелизированной фанеры толщиной 12 мм, между которыми расположены бруски, выполняющие роль ребер жесткости. Верх и низ дощатых поясов высотой 20 см и шириной 30,4 см оклеены бакелизированной фанерой для дополнительного восприятия растяжения и предохранения от внешних воздействий. Применение бакелизированной фанеры позволяет существенно уменьшить расход материалов.

Рис. 3.31 – Мост через реку Пахну: 1 – поверхностная обработка 4 см; 2 – деревоплита из клееной древесины; 3 – клеештыревой стык; 4 – ребра жесткости через 80 см; 5 – бетонный бордюр; 6 – бакелнзированная фанера; 7 – отверстия под штыри; 8 – дополнительные доски в месте стыка; 9 – вкладыши; 10 – накладка δ = 12; 11 – штыри диаметром 20 мм: 12 – прокладки–продухи

Проезжая часть моста состоит из клееной деревоплиты, слой износа – тройная поверхностная обработка общей толщиной 4 см. Водоотвод осуществляется за счет продольного уклона величиной 1%. Поперечный уклон и установка трубок, несомненно, улучшили бы условия водоотвода, однако в принятой конструкции проезжей части устройство поперечного уклона затруднительно.

Пролетные строения со сквозными фермами Гау–Журавского

Пролетные строения со сквозными фермами (рис. 3.32, а) получили распространение в мостах под железную и автомобильную дороги в первой четверти XX в. Такие фермы с решеткой, состоящей из перекрещивающихся деревянных раскосов и металлических вертикальных тяжей, были впервые построены американскими инженером Гау. Задачу определения усилий в фермах решил русский ученый, инженер путей сообщения , который на основе своих исследований издал книгу «О мостах раскосной системы Гау», получившую премию Российской академии наук. Поэтому в отечественной литературе эти фермы принято называть фермами Гау–Журавского.

Пролетное строение состоит из главных ферм, проезжей части и связей. Раскосы упираются в подушки, врезанные в пояса. Очевидно, что подобное соединение может передавать лишь сжимающие усилия. При действии нагрузки, равномерно распределенной по всему пролету, восходящие (от концов фермы к середине) раскосы сжаты, нисходящие раскосы при этом не работают, так как не могут воспринимать растягивающие усилия.

При загружении половины пролета восходящие раскосы, расположенные в свободной от нагрузки половине фермы, испытывают сжатие, а в загруженной – растяжение. Если собственный вес фермы невелик, то растягивающие усилия в восходящих раскосах, возникающие от временной нагрузки, могут оказаться больше, чем сжимающие усилия от постоянной нагрузки.

При сопряжении с поясами простым упором в подушки растянутый раскос не работает и в работу вступает встречный (сжатый) раскос данной панели. Это встречается обычно в средних панелях, где сжимающие усилия от постоянной нагрузки малы. В крайних панелях, как правило, раскосы всегда сжаты, поэтому встречные раскосы можно не ставить. Положительная роль встречных раскосов сводится к уменьшению свободной длины сжатых раскосов и улучшению условий работы подушек, на которые передаются горизонтальные составляющие усилий в подкосах.

Вертикальные элементы всегда растянуты, поэтому устраиваются из металлических тяжей с гайками на концах. Гайки позволяют подтягивать тяжи и регулировать положение частей решетки при сборке и устранять провисание ферм при эксплуатации.

Рис. 3.32 – Схемы ферм с крестовой решеткой: 1 – опорная стойка; 2 – восходящий  раскос; 3 – нисходящий раскос; 4 – верхний пояс; 5 – нижний пояс; 6 – подушки; 7 – тяжи

Фермы Гау–Журавского имеют пролеты до 50 м. и высоту 1/5 – 1/7 пролета. Основные размеры фермы (высоту и величину панели) определяют с учетом ряда взаимосвязанных факторов. Усилия в поясах при определенном  значении  изгибающего  момента М зависят от высоты фермы h: S = M/h.