> Техника, страница 63 > Мосты
Мосты
Мосты, инженерные сооружения, служащие для перехода через водные потоки, овраги, дороги и т. π. М., предназначенные для перехода над дорогой, иногда называются путепроводами, а заменяющие земляную насыпь (например на глубоких оврагах или над улицами городов, при проведении ж. д. вдоль них)—виадуками (смотрите) и эстакадами (смотрите). Совокупность всех частей М., за исключением опор, называется пролетным строением. Расстояние в свету (просвет) между устоями в однопролетных М., имеющих только две концевые опоры—у стой, и сумма расстояний в свету между всеми опорами в многопролетных М., имеющих кроме устоев еще промежуточные опоры—бы к.и (смотрите Опоры мостов), называется отверстием М.
Классификация М. По своему назначению М. разделяются на: 1) железнодорожные; 2) экипажные—под шоссейные, и грунтовые дороги, улицы городов и тому подобное.;
3) пешеходные и 4) акведуки—для проведения воды (водопроводов, каналов). По материалу различают М.: деревянные, металлические (чугунные,стальные), железобетонные и каменные (кирпичные, из бутовой кладки, бетонные). По роду опор и пролетного строения мосты бывают: постоянные (с неподвижными опорами и пролетным строением) и п о-движные, в свою очередь подразделяющиеся на разводные, в которых подвижной является только часть пролетного строения, и наплавные, в которых подвижны как пролетное строение, так и опоры. По расположению езды различают: М. с ездой поверху, ездой понизу и ездой посредине. По роду воздействия на опоры М. делят на б ал о ч и ы е, вертикальная нагрузка на которые вызывает только вертикальные реакции опор; в и с я ч и е, в которых воздействие на опоры наклонно и направлено внутрь пролетов; арочные и подкосные, в которых воздействие на опоры тоже наклонно, но направлено наружу пролетов. По отношению к перекрываемым пролетам М. бывают: разрезные, имеющие отдельные пролетные строения для каждого пролета; неразрезные—с пролетным строением, продолжающимся непрерывно через два или более пролетов; консольные, пролетное строение которых перекрывает полностью один и более пролетов и кроме того имеет свешивающиеся в соседние пролеты части, так называемые к о нс о л и, на концы которых опирается соседнее балочное пролетное строение.
История. Начало постройки М. теряется во временах доисторических. Первые М. были наплавные· и деревянные. Наплавные М. были построены: Киром персидским (в 538 г. до хр. эры) через Евфрат; Ман-дроклом из Самоса в 513 году через Босфор и Дунай во время его скифского похода; Ксерксом в 481 году через Геллеспонт (Дарданеллы) на лодках, во время его похода против греков. Сохранившееся описание-конструкции последнего моста, длиной около 1 250 .и, показывает уже на относительно высокую степень совершенства инженерного искусства в эту эпоху. Древнейший постоянный М., о котором имеются исторические сведенияг был деревяин ы и балочный М. на кирпичных опорах через Евфрат в Вавилоне, построенный в 8—7 в до хр. э. Приблизительно в это же время (конец 7 в.) был построен первый постоянный деревянный М. на свайных опорах через р. Тибр в Риме. Образчиками М. императорской эпохи Рима могут служить деревянный свайный М. через Рейн около Бонна длиною около 600 м, построенный Юлием Цезарем в 56 г., и М., построенный Аполлодором и“ Дамаска, через Дунай у Орсовы в 103 г., арочный деревянный, на каменных опорах, длиной около 1 км. После падения Рима, вплоть до эпохи Возрождения, прогресса в постройке деревянных М. не было почти никакого. В 16 в итальянский инж. Палладио предложил ряд типов деревянных балочных шпренгель-ных и подвесных ферм, по конструкции близко напоминающих современные системы. В половине 18 века обращают на себя внимание М. подкосно-балочноп системы через Рейн у Шафгаузена постройки плот-ииков-самоучек бр. Грубенман, с пролетами 52 и 59 м, и через р. Лиммат у Веттингена с пролетом 119 м— наибольшим по настоящее время осуществленном в деревянном М. Однако решительный поворот в деле постройки деревянных М. наступил только с появлением балочных систем мостов, созданных в Америке. В первой половине 19 в таких систем было предложено множество, но из них только две—Тауна(1820 г.), послужившая впоследствии прототипом металлических многорешетчатых ферм, и Гау (1835 г.)—завоевали себе прочное положение. Они быстро проникли к Европу, в частности в Россию, где фермы Гау в улучшенном инж. Журавским виде получили широкое применение на строившейся в 40-х гг. 19 в МосковскоПетербургской (ныне Октябрьской) ж. д. [многопролетные неразрезные М. через р. Мету 9x61 метров (фигура 1), Веребыгаский овраг и мн. др.]. Во второй половине 19 в деревянные М. были однако вытеснены железными, вследствие чего развитие первых приостановилось. Лишь в последние годы, гл. обр. после войны 1914—18 гг., замечается некоторое оживление в этой области, преимущественно в странах бедных металлом.
Первые к а м е н и ы е мосты, как и деревянные, устраивались балочными, но но самому свойству материала каменной плитой можно перекрыть только сравнительно небольшие пролеты. Для персидских М. позднейшей постройки, сохранившихся до нашего времени, типичными являются стрельчатые своды, что обусловливалось необходимостью, вследствие недостатка дерева, по возможности ограничивать применение кружал; по этой же причине пролеты персидских мостов не превосходили 30 метров Характерными чертами римских М. являются полуциркульные своды и весьма значительная толщина опор/Своды часто· устраивались насухо, с точной притеской камней. Для избежания устройства опор со сложными основаниями на больших реках заметна тенденция к увеличению пролетов (однако не свыше 34 м). Сохранившиеся мосты эпохи Римской империи и их остатки рассеяны по всему ее пространству—от Испании и Франции до Малой Азии, Сирии и Африки. Число их весьма велико. Через один только Тибр в Риме и его окрестностях было построено 8 мостов и 14 акведуков. Из замечательных сооружений этой эпохи можно назвать трехярусный Нимский акведук с пролетом до 24,5 м, высотой 49 метров и длиной 260 метров (50 г.); двухъярусный Сеговийский акведук (Испания) длиной 1 600 м, высотой 34 метров (98 год), Антиохийский акведук (Сирия)· длиной 6 700 метров и высотой 62 м, и мн. др. После распадения Римской империи в строительстве М. наступает застой; новые М., в особенности более значительные, насчитываются только единицами. Некоторое оживление в постройке М. наступило в 12 в., после образования общества (впоследствии монашеского· ордена) «Мостовых братчиков», построивших ряд замечательных М.: через Рону в Авиньоне (1177—85 гг.) в 18 пролетов по 33 м, перекрытых эллиптич. сводами (сохранилось 4 пролета), pi через р. Дунай в Регенсбурге (1135—45 рт.). Стремление уменьшить крутизну въездов на мост пррг сохранемм больших пролетов вызывало переход от римской полуциркульной арки ip пологим и коробовым сводам, что приписывается тем же мостовым братчикам. Из М. этой группы обращает на себя внимание М. через р. Адду в Треццо“ с пологой арррой (1 : 3,5) пролетом в 72 метров (1377 г.),.
превзойденным только в самое последнее время. В следующую эпоху, несмотря на отдельные улучшения в деле постройки каменных М., конструкция их в целом остается неизменной вплоть до 18 в С начала этого века Франция первая начинает теоретич. изучение вопросов строительного искусства. Казавшиеся неразрешимыми вопросы о толщине сводов, опор М. и тому подобное. получают надлежащее освещение, и усовершенствования в постройке М. быстро принимают размеры, о которых раньше нельзя было и мечтать. Ряд М., построенных в эту эпоху по проектам знаменитого Франц, инженера Перроне, в которых подъем доведен до */и и даже до */,„ а отношение толщины быков к пролету до V,—*/„ вместо прежних Ч,—Ч, и даже V», ярко рисует достигнутые успехи. Таков например, считавшийся в свое время образцовым, мост через Сену в Нейльи (1768—74 гг.) с 5 коробовыми сводами по 39 м, с подъемом Ч, и толщиной быков 1 :9,2. Девятнадцатый век, несмотря на развитие мостостроения в связи гл. обр. с постройкой ж. д., в области постройки каменных М. дал мало нового. Лишь в конце 19 в связи с деятельностью знаменитого Франц, инженера Сежурне начинается новый расцвет каменного мостостроения. Период этот, продолжающийся и по настоящее время, уже дал такие замечательные М., как например мост Лавор через р. Агу (Франция) пролетом 62 метров (1884 г., фигура 2). Школе Сежурне принадлежит М. через р. Изонцо возле Салькано (Италия), пролетом 85 метров (1904 г., фигура 3). В самые последние годы, в связи с нек-рыми новыми приемами постройки больших сводов, введенными французским инженером Фрейсине, удалось значительно увеличить предельную величину пролета каменного свода, и сейчас уже имеется осуществленный свод пролетом в 98 метров в М. через р. Ло в Виленеве (Франция, 1919 г.).
Параллельно прогрессу каменного мостостроения шло развитие другой отрасли массивного мостового строительства—ж елезобетонного. Хотя последнее насчитывает едва 40 лет, успехи его весьма значительны. Если в области балочных М. успехи железобетона не столь эффектны, то арочные железобетонные М. как по величине пролетов, так и общей грандиозности сооружений быстро догнали каменные М. Уже в 1908 году был построен Гмюндертобельский виадук (Швейцария) пролетом 79 метров (фигура 4), в 1910 г.— Ауклендский М. (Новая Зеландия) пролетом 97,5 м, а в 1911 г.—мост Возрождения через Тибр в Риме пролетом 100 ж, чем железобетонные М. перешагнули через предел, достигнутый к тому времени каменными М.; в настоящее время наибольшие пролеты железо-оетонных М. уже достигли 132 метров в М. через Сену у С.-Пьер дю Воврей (1923 г., фигура 5) и в М. у Бреста пролетом 180 ж.
Первым железным М. (если не считать китайских, древность которых по нек-рым данным восходит к 1-му в до хр. э. и.даже еще раньше, по другим же лишь к 17 в.) был переходный висячий цепной М. через р. Тиз в Англии (1741 г.). С начала 19 в началось быстрое развитие постройки висячих М. Техника этого дела скоро настолько усовершенствовалась, что уже в 1826 г. известным строителем Тельфордом мог быть построен цепной М. пролетом 177 метров через Мений-ский морской пролив в Англии (фигура 7). В 1840 г. был построен М. через Дунай в Будапеште пролетом 200 Λ! и в 1865 г. Клифтонский М. через р. Авон возле Бристоля (Англия) пролетом 214 ж, долгое время бывший рекордным для цепных М. и лишь в первые годы 20 в превзойденный новым М. в Evnaneun-e через реку Дунай пролетом 316 ж (фигура 6). Постройка висячих М. с проволочными канатами началась с 1815 г., но уже в 30-х гг. пролеты проволочных висячих М. дают цифру 308 метров (М. через Огайо), а ниагарские М. имеют пролеты 317 метров (1850 г.) и 385 ж (1869 г.); в 1870—76 гг. пролеты достигают 486 ж (в Бруклинском М. через Ист-Ривер, Ныо Иорк)— величины, только в 1903 г. превзойденной Вильяме-бургским М. (пролет 488 м) в том же Ныо Йорке. В настоящее время первое место принадлежит законченному в 1926 году М. через р. Делавар в Филадельфии (США) с наибольшим в мире пролетом 5 33 л (проект инж. Моисеева) и строящийся М. через Гудзон пролетом 1027 ж. В Европе наибольший пролет (310 л) имеет М. через р. Рейн у Кельна. Наиболее широкое применение получил металл в области балочных М. Период искательства в этой области (1825—60 гг.) отмечен появлением ряда таких оригинальных форм, как сплошные трубчатые стенки Трентского моста инж. Фоулера (1849 г.), сплошная полая железная труба четырехпролетного нерззрезного места «Британия» через Менийский пролив с наибольшими пролетами 140 ж (1844—50 гг.) Р. Стефенсона-сьша и соединение арки с цепью в ферме Сальташского моста через Тамар пролетом 139 л Брюнеля, с общим для обеих ферм верхним поясом (1854 г., фигура 8). Однако все эти формы оказались нежизненными. Будущее имели: простая треугольная решетка, осуществленная впервые французом Невиллем (1845 г.), многорешетчатые М., родоначальником которых является мост Бертона через Бойн у Дрогеды возле Дублина (Ирландия) пролетом 43 ж (1845 г.) и американские раскосные формы Унппля-Мёрфн (50-е гг.), быстро распространившиеся в Европе и уже в 1863 г. достигшие вМ. через Лек у Квиленбурга (Голландия) пролета 154 метров (фигура 9). Стремление избегнуть нек-рых недостатков неразрезных ферм, сохранив их экономические преимущества, привело к применению консольных ферм, предложенных нем. инженером Гербером в 1866 г. В 1882—89 гг. этими фермами перекрыт в знаменитом Фортеном М. рекордный пролет в 521 метров (фигура 10), а в 1917 году этот рекорд был даже несколько превзойден в однотипном квебекском М. через р. Св. Лаврентия в Канаде (549 ж, фигура 11). Теоретико-расчетный подход к мостовой ферме, расцвет которого начинается с 80-х гг., привел к постепенному упрощению решетки и широкому распространению треугольных и шпрен-гельных систем, впервые появившихся в Америке и перешедших в Европу в 1896 году (мост через Енисей, проект Проскурякова). Первым металлическим арочным М. был чугунный М. через реку Северн (Англия) пролетом 32 ж (1776 год). После ряда улучшений и усовершенствований, введенных в конструкцию арок последующими строителями, уже в 1814 г. в Саутвер-ском М. через Темзу в Лондоне известным строителем Рении осуществлен наибольший до сего времени пролет чугунного арочного моста, а именно 73 метров (фигура 12). До 50-х гг. 19 в чугун безраздельно господствовал в области арочных М. как под обыкновенную, так и под железную дорогу. С этого времени его а здесь начипает вытеснять железо, в особенности в ж.-д. мостах, и окончательно чугун уступает место железу в 70—80-х гг., в период расцвета постройки больших арочных М.: серповидные двушарнпрные арни Эйфеля; мост в Опорто (Португалия) пролетом 160 ж, виадук Гараби (Франция) пролетом 165 метров (1887 г., фигура 13). В 1900 г. появилась первая арка с затяжкой (М. через Рейн в Вормсе), что позволило применять арку повсеместно и как безраспорную систему. В настояшее время пролеты арочных М. достигли: 25 6 л; в Клифтонском М. через Ниагарский водопад (1901 год, фигура 14), 298 ж в недавно законченном (1917 год) Хелльгетском М. через Ист-Ривер в Ныо Иорке (проект Линдешаля) и рекордной цифры 503 ж—в строящемся М. через гавань в Сиднее (Австралия).
Выбор места перехода. Важнейшим вопросом при проектировании М. является выбор места перехода. При пересечении малых рек вопрос этот решается просто: дорога, в особенности железная, а также улицы городов пересекают реку, не изменяя своего направления, река же затем, путем устройства искусственного русла и других регуляционных работ, направляется под М.; такое решение и технически и экономически в значительном болгшинстве случаев наиболее правильно. Пересечение большой реки городским М. представляет наибольшие трудности с точки зрения одновременного удовлетворения требованиям движения по М. и судоходства, гидравлич. факторам и наконец эстетики. Удобство движения по М., обычно очень интенсивного, требует обязательного устройства прямого съезда, который по возможности вдвигают в пойму в виде насыпи или эстакады. Если мост примыкает непосредственно к набережной, съезд этот располагают вдоль улицы но продолжению М., а поперечные съезды—вдоль набережных, иногда в подпорных стенках. Для сокращения длины съездов и упрощения их устройства и для возможности вместе с тем дать М. достаточное возвышение для пропуска судов, городские М. обычно устраивают с подъемом. Все эти трудности вынуждают иногда выносить мост на окраину, куда город обычно быстро подтягивается. Место пересечения большой реки ж.-д. М., а также мостом для экипажной езды вне городов, выбирается наиболее выгодное с точки зрения гидрологической,геологической и
Фигура i 1
тщт судоходной: по возможности на прямом участке реки в месте с устойчивым руслом и направлением течения, нормальным к линии перехода как в межень, так и в высокую воду, чему удовлетворяют обычно пересечения в плёсах; ширина пойм по линии перехода должен быть, по возможности меньшей; скорости течения не должны препятствовать судоходству; судовой ход вблизи моста должен быть прямолинейным, а геологич. условия должны обеспечивать от возможности сплы-вов, оползней и давать возможность закладки опор на приемлемых (технически и экономически) глубинах.
Очень серьезно влияют на условия проектирования М. требования судоходства в отношении величины пролетов и возвышения низа ферм над горизонтом воды. С судоходной точки зрения реки СССР распределяются на шесть категорий, характеристика которых в основном сводится к следующему. Реки 1-й категории имеют половодье свыше 30 дней, глубину в низкую воду ок. 1,4 м; по ним производятся перевозки к портам, станциям, важнейшим промышленным центрам; мосты на таких реках должны иметь не менее двух пролетов по 130 м, с возвышением низа ферм над горизонтом высокой воды 14 метров (эта цифра может быть уменьшена до 12 л там, где не ходят 3-этажные пароходы); остальные пролеты по 60 м, с возвышением 5,5 метров Реки 2-й категории имеют половодье не меньше 30 дней, наименьшую глубину 0,9 .и и являются транзитными путями; М. на них должны иметь два пролета по 80 м, с возвышением 10 метров (деревянные М. могут иметь пролеты по 50 м). Реки 3-й категории, с половодьем в 15—30 дней, глубиной 0,9 м, являются важными местными путями; М. на них должны иметь два пролета по 50 м, с возвышением 8,5 ж; деревянные М.^30 м, с возвышением 7 метров Реки 4-й категории преимущественно сплавные; М. имеют два пролета по 30 метров (деревянные— по 20 м), с возвышением 4 метров Реки 5-й категории—не судоходные; сплав—на. плотах; М. имеют 1 пролет 20 метров (деревянные—12 м) с возвышением 2,5 м·. Реки 6-й категории служат для сплава только россыпью; мосты на них имеют 1 пролет 10 метров (деревянные—. 6 м), с возвышением 1 метров На всех реках, за исключением рек 1-й категории, в случае большой трудности дать мосту необходимую высоту, допускается с особого разрешения НКП С устройство разводных пролетов.
Другим важным фактором, с которым приходится считаться при проектировании М., является недавно проведенная в СССР стандартизация пролетов М., пока только ж.-д., и основных размеров пролетных строений: рассчетного пролета и расстояния между главными фермами. Стандартные пролеты изменяются в пределах от 2 до 20 метров через каждые 2 м, далее следуют пролеты 25, 30, 40, 50, 65, 80, 100, 150 и 200 метров.
Ширина М. под ж. д. определяется габаритом (смотрите) приближения строений к пути, а также условиями устойчивости и жесткости М. в поперечном направлении. Ширина М. под экипажную езду в СССР с 1927 г., так же как и в ряде европейских стран и в Америке, стандартизована. Мосты различают ся по числу рядов езды на них; при одном ряде ширина экипажного проезда составляет 3,5 м; при двух—4,5 или 5,5 м., в зависимости от интенсивности движения; при трех—7,5 или 9 метров при четырех—10 или 12 метров Тротуары делают шириной от 0,75 до
1,5 м, а в случае надобности—и больше. Высота проезда в М. с ездой понизу—4,5 м; в случае пропуска трамваев—5,5 метров В плане металлич. и деревянные М. по возможности располагают на прямой; на кривой М. устраивают только тогда, когда это технически неизбежно и экономически выгодно. Отдельные пролеты в этом случае располагают по хордам, а ж.-д. путь на М.—· по кривой, которую располагают так, чтобы необходимое уширение М. было наименьшим. М. под экипажную езду, как уже указано, устраиваются с подъемами к середине М. Уклоны въездов на М. зависят от типа одежды полотна и колеблются в пределах от 730 (при щебеночной коре) до Vio (при асфальтовой мостовой). Поперечный профиль полотна для лучшего стока воды делается по выпуклой кривой. Ж.-д. М. по возможности располагают на горизонтальной площадке; в случае же технической необходимости, например на горных дорогах, М. устраивают и на уклонах, иногда даже очень крутых. В СССР такое устройство допущено с недавнего времени. Железобетонные и каменные М. могут без затруднений устраиваться на любых уклонах и кривых; это является одним из крупных преимуществ этих мостов.
Расчет отверстия. Отверстие М., перекрывающих улицу, дорогу, канал и т. и., определяется наименьшей Шириной, к-рую необходимо оставить свободной для движения: М., перекрывающие водный поток, изменяют его режим (скорость течения, направление), создают подпор, повышая горизонт потока; определение условий безопасного пропуска потока через отверстие М. достигается его расчетом. Наибольшее количество воды, могущей притекать к отверстью М., м. б. определено двумя способами: а) по эмпирич. формулам и таблицам, дающим непосредственно в зависимости от площади бассейна наибольший расход воды для М., иногда площадь живого сечения потока под мостом или прямо величину отверстия моста; таковы таблицы Белинского, Дюфура (1922), формула Ишковского, американские ф-лы Мейерса, Тальбота и ряд других; б) но формулам, требующим последовательного расчета. В СССР применяется только последний способ расчета, причем М. и трубы малых отверстий рассчитываются на пропуск наибольшего притекающего к ним количества ливневых вод, а М. большого отверстия—на пропуск наибольшего расхода весенних снеговых вод.
1. М. и трубы малого отверстия. Наибольший возможный расход воды малых сооружений на дорогах СССР определяется по эмпирической формуле Q=C-a-F, предложенной австрийским инженером Кёстли-ным в 1868 г. и принятой в России в 1884 г. Здесь Q—количество притекающей к мосту воды в м3/ск, F — площадь бассейна в км2, С—число, выражающее количество воды в м3/ск, притекающей с одного квадратного километра при коэфициенте α= 1; а—коэфи-циент, зависящий от длины бассейна L и его продольного уклона г. Величина С до 1928 года принималась, вообще говоря, для всего пространства СССР одинаковой и равной 16 м3/ск; лишь в нек-рых случаях для отдельных дорог вводились иногда поправочные коэф-ты (от Vs Д° 2). В 1928 г. НКПС изданы новые нормы, согласно которым С является переменным и определяется по специальной карте изолиний. Величина его колеблется в пределах от 6 до 24 м3/ск (для а даже 32 м3/ск). Величина коэфици-ента а определяется по таблицам, а величины L, г и F — непосредственным измерением. Применение указанной формулы ограничивается бассейнами, имеющими площадь не более 4С км2; если же С менее 15, то— бассейнами площадью не свыше 60 км2. В зависимости от местных условий почвы и растительного покрова допускается или уменьшение расчетной величины Q до 50% или предписывается увеличение ее до 30%. В случае расположения выше по тальвегу потока плотины, к определенному выше расходу добавляется расход Οχ на случай возможного прорыва плотины, определяемый по следующей ф.-ле:
0i=e · ω j,
где ω—площадь (в ж2) живого сечения прорыва, возможная величина которого определяется на месте, R—подводный радиус (в м) в месте прорыва, h—подпор (в м) плотины, I—расстояние (в м) от плотины до М., с—ко-эфициент, характеризующий сопротивление русла протеканию по нему воды и определяемый по одной из существующих для этого эмпирич. ф-л (Базена или Гангилье-Кут-тера). По найденному расходу Q, непосредственно измеренным в натуре—площади со поперечного сечения русла водотока на месте перехода и уклону тальвега г перед М. на протяжении 150—200 м—и по рассчитанной по ф-леШези v= с VR- г бытовой скорости V нестесненного водного потока
i(R—подводный радиус, равный “, где р—
смачиваемый периметр)—ощупью, путем последовательных приближений подбирают наивысший горизонт воды нестесненного потока перед М.
Экономические соображения заставляют назначать отверстия сооружений меньшими, чем они требуются шириной нестесненного потока. Такое стеснение потока создает у сооружения подпор и увеличивает скорость протекания воды через его отверстие. Подпор не должен вызывать недопустимого затопления окружающей местности, а увеличение скорости воды—опасные размывы русла. Отверстие b открытого мостика или трубы, работающей без напора, определяется по следующим ф-лам·:
b=4=y=l,5v-k.
Здесь д—ускорение силы тяжести, 9,81 м/ок2; V—средняя скорость в отверстии сооружения (д=0,15+6,60 м/ск в зависимости от рода грунта русла или типа его укрепления); μ—коэф-т расхода, зависящий от формы и конструкции входных частей сооружения (μ= 0,75-V 0,90); η — глубина потока в отверстии сооружения в м; у—глубина потока
V ®
перед входом в сооружение в м; к=-- —
высота, соответствующая скорости ν0 подхода воды к сооружению. Подпор перед сооружением определяют из ф-лы (в м): z=y-a,
где а—наибольшая бытовая глубина нестесненного потока в м. Вычисленное отверстие признается приемлемым, если величины V и z не превосходят допускаемых пределов. Кроме того должен быть соблюдены установленные нормы возвышения подпорного горизонта относительно бровки насыпи, низа ферм М. и пят сводов в трубах, а также предельного заполнения сечения труб. Отверстия труб круглого сечения, работающих под напором, рассчитываются по ф-ле:
ft-(1,5+ 0,0 ·£,
где h—высота напора над центром выходного отверстия трубы в м, I—длина трубы в м, d—диаметр трубы в м, v—допускаемая скорость в выходном конце трубы в м/ек. Величина h должен быть рассчитана из условий: а) обеспечения скопления перед трубой воды за 2-часовую продолжительность ливня, дающего максимальный расход потока, до горизонта, не превышающего h; б) непревышения в выходном русле заданной скорости; в) затопления окружающей местности не свыше назначенных пределов; г) недостижения горизонтом скопившейся воды установленных норм до бровки насыпи.
2. М. большого отверстия. Наиболее слоясную и ответственную часть общей задачи расчета отверстия большого М. представляет установление наибольшего расхода реки. Применяемые для этого средства можно распределить на 3 группы, а) Формулы и таблицы, дающие непосредственно наибольший расход реки или же площадь живого сечения подМ.,—это упомянутые вьппе ф-лы Ишковского, таблицы Белинского, Дго-фура и тому подобное.; все они б. или м. справедливы для тех районов и условий, для которых они выведены, но в общем могут служить лишь для предварительных подсчетов. К этой же группе относится получивший в последнее время в СССР порность предложенный инж. Каншиным расчет по так называемым способу гидравлических эквивалентов, б) Ф-лы, построенные на установленной опытом зависимости между расходом Q и соответствующим ему горизонтом h воды в реке. Эта зависимость выражается обычно ф-лой параболического вида:
Q - р — (h — Ь)2
или более сложной:
Q=а + bh + oh2.
Численные коэф-ты а,Ь, с и р определяются из непосредственных измерений расхода на месте (о способах измерения—см. Гидрометрия). Точность этих формул зависит от точности определения входящих в них постоянных коэф-тов, для чего необходимо измерение возможно большего числа расходов реки при различных горизонтах, в Том числе обя-
зательно при горизонтах, близких к наивысшему. Численная величина коэф-тов вычисляется из данных наблюдений по методу наименьших квадратов. Наибольший расход определяется по приведенным формулам путем подстановки в них значений коэфици-ентов и наивысшего наблюденного когда-либо (так называемым «исторического») горизонта воды в реке; этот метод в настоящее время признается наиболее точным, и применение его для больших рек считается обязательным,
в) Третья группа ф-л имеет целью определение средней скорости течения воды в реке; зная эту скорость, можно умножением ее на измеренную в натуре площадь поперечного сечения реки определить расход воды в последней. Средняя скорость при наивысшем исторьч. горизонте определяется по приводившейся выше формуле Шези: υ=β VRi. Величины R и г определяются непосредственным измерением на месте, причем для последнего по данным наблюдений устанавливается закон изменения уклона в зависимости от горизонта воды в реке. Наибольшую трудность представляет определение коэф-та с—сопротивления русла движению воды. Формул для этого предложено множество: таковы например ф-лы Маннинга, Гангилье и Кутте-ра, Базена, Сидека, Германека, Матакевича, универсальная формула БиЛя и ряд других. Наилучшими и наиболее оправданными практикой в настоящее время являются: формула Базена
87
i +
V R
и формула Гангилье-Куттера
23 + i +
23 -
0,00155
)·
η
Vli
с =
Величины у и п (коэф-ты шероховатости русла) определяются по специальным таблицам; в зависимости от степени гладкости стенок русла, правильности его, чистоты и тому подобное. они берутся: у=0,064-1,75 и и=0,010-4-0,050. Для возможно более точного определения у и п величины их вычисляются по данным непосредственных измерений на месте, по возможности при нескольких горизонтах. Описанный способ определения наибольшего расхода для больших рек применяется только в виде исключения, когда для применения второго метода нехватает данных от наблюдений и нет времени эти данные пополнить. Для рек средних и малых применение его обычно.
Задача определения отверстия М. сводится к установлению такого минимального отверстия, к-рое, с одной стороны, потребовало бы минимум затрат на постройку самого сооружения, а с другой—беспрепятственно пропускало бы максимальный расход реки, не вызывая ни чрезмерных поверхностных скоростей, препятствующих судоходству (нормально 1,5 и как предел 2,00 м/ск), ни чрезмерных скоростей по дну, могущих вызвать опасный размыв дна, ни величины подпора, могущей вызвать чрезмерное затопление окружающей местности. Отверс тие М. определяется из уравнения ς>=μ·ν·ω, где Q—наибольший расход и υ—средняя скорость в отверстии моста, μ—коэфициент расхода (от 0,75 до 0,90), зависящий от формы речных быков и величины пролетов моста, и со—необходимая площадь живого сечения под М. Так как величины со и г> являются неизвестными, зависящими друг от друга, то решение уравнения производят методом последовательных приближений; обычно задаются размерами отверстия и проверяют допустимость получающихся скоростей, подпора и размывов. Размеры отверстия моста могут назначаться в предположении: а) размыв дна русла недопустим и б) размыв этот допустим. Первый случай может иметь место, когда грунт русла водотока настолько прочен, что размыв невозможен, или когда опоры сооружения не имеют глубоких оснований. В отсутствии размыва предел уменьшения живого сечения определяется величиной получающихся скоростей и подпора. Второй случай имеет место обычно при слабых, легко размываемых грунтах русла. Глубина размыва назначается, с одной стороны, из расчета не слишком глубокого и потому неэкономного заложения опор, которые в этом случае, вообще говоря, устраиваются на дорогих искусственных основаниях (кессоны, опускные колодцы), а с другой—такая, чтобы подпор перед М. не вызывал до образования размыва чрезмерных скоростей. Расчет в этом случае основан на предположении, что размыв будет продолжаться до тех пор, пока средняя бытовая скорость потока после размыва не сравняется со скоростью в нестесненном потоке, и на том, что величина размыва пропорциональна глубине. Предел стеснения реки М. ограничивается здесь величиной допускаемого размыва, к-рая, во избежание чрезмерного искажения режима реки вследствие постройки М., обычно не должен быть более 50—60 % первоначальной глубины реки; на судоходных реках предел этот снижается до 30%. Для уменьшения размыва грунт под М. также на некотором протяжении выше и ниже его обычно срезается до горизонта межени.
Выбор системы М. Система М. в первую очередь зависит от его материала, выбор которого определяется назначением М., величиной перекрываемых пролетов, местными условиями (высоты М., свойства грунта и прочие), эстетич. требованиями и общей экономичностью сооружения. Дерево лучше всего сопротивляется изгибу, затем сжатью и хуже всего растяжению. Этим определяются наивыгоднейшие формы деревянных. М.—простые балочные, подкосные, отчасти подкосно-арочные системы. Деревянные балочные М. со сквозными фермами больших, пролетов применяются на ж. д. гл. обр. как временные; на обыкновенных дорогах они, в силу необходимости, при недостатке более подходящих материалов, еще довольно широко распространены. Практически предельная величина их пролета определяется конструктивной возможностью создания хорошего · узла; выше 40 метров это уже затруднительно. Камень и бетон хорошо сопротивляются только сжатию; этим всецело определяется свойственная им область применения;
в арочных М. До недавнего сравнительно времени тормозом к увеличению пролета каменных М. служило в сущности неуменье рассчитывать своды. До конца 19 в всякий б. или м. значительный каменный М. был подлинным произведением искусства и таланта его строителя. Только с введением в расчет представления о своде как об упругом теле и с введением новых приемов постройки больших сводов предельный пролет свода ограничивается теоретически·—прочным сопротивлением камня раздроблению, а практически—стоимостью кружал и подмостей, непомерно растущей с увеличением пролета свода, а также возможностью устройства не очень сложных фундаментов опор. Область применения железобетона, благодаря его способности сопротивляться кроме сжатия также изгибу и отчасти растяжению, охватывает кроме арочных также балочные мосты, правда, практически в массе только малых пролетов. Главной сферой применения железобетона остаются арки и своды, в которых благодаря его специфич. особенностям м. б. осуществлены конструкции, недоступные для камня и бетона (например арка с затяжкой), и созданы совершенно новые, свойственные только железобетону формы (например коробчатые своды). Наибольшую область применения имеет железо (сталь), одинаково хорошо сопротивляющееся как сжатию, так и изгибу. Только железу свойственна такая форма, как висячие М., и только оно позволило во всех типах М. осуществить наибольшие пролеты.
Балочные системы имеют то серьезное преимущество перед распорными (арочными и висячими), что они жестки сами по себе, независимо от опор, что например для ж.-д. М. имеет важное значение, на зато балочные системы всегда несколько тяжелее распорных. Из балочных систем разрезная балка тяжелее всех других, но работа ее наиболее определенна, она проще других и лучше всего приспособлена к восприня-тью тяжелой ж.-д. нагрузки. Неразрезные балки легче разрезных, требуют менее толстых опор, не имеют неизбежного в разрезных балках резкого перегиба линии прогиба на опоре, что вызываетудары при проходе колес, особенно резко сказывающиеся на ж.-д. М.; но неразрезные балки весьма чувствительны к влиянию ί° и к осадкам опор, почему требуют хорошего грунта в основании. К о н с о л ь.н ы e М. легче разрезных, требуют менее толстых опор, но имеют перегиб линии прогиба в шарнирах, особенно вредный, т. к. он имеет место в пролете; консолям в металлических М. трудно придать нужную жесткость, стоЛь необходимую в ж.-д. М. Недостатки эти уменьшаются с увеличением пролета, почему при больших пролетах консольные М. рациональны и для железных дорог. Жесткость распорных систем зависит от неизменяемости расстояния между точками их опоры; отсюда ясна вся важность действительного осуществления этой неизменяемости. Наиболее жесткими и следовательно наиболее пригодными для ж.-д. М. являются бесшарнирные арки; но зато они наиболее чувствительны к осадкам опор и изменению ί°, что при таком материале, как металл, может иногда сделать их невыгодными; настоящая область их применения—каменные и железобетонные М. Двухшарнирные арки тяжелее беешарнирных, но менее чувствительны к осадкам опор и колебаниям ί; чаще всего двухшарнирные арки устраивают металлическими. Трехшарнирные арки—наиболее тяжелые и имеют перегиб линии прогиба в среднем шарнире—недостаток, отсутствующий в двух предыдущих системах; по-поэтому трехшарнирные арки являются нерациональными для ж.-д. М; зато они совершенно нечувствительны к осадкам опор и воздействиям ί°. В М. под обыкновенную дорогу, где недостатки трехшарнирных арок менее существенны, они применяются Широко. Висячие М. наиболее экономичны, так как металл в главных элементах ферм, а в вантовых фермах даже во всех элементах, работает наиболее выгодно—только на растяжение. Но зато они наименее жестки, что делает их для ж. д. непригодными. Типичная область их применения—городские М. больших пролетов. Комбинированные системы, вообще говоря, всегда тяжелее простых. В большинстве случаев появление их объясняется эстетическими соображениями, почему они и применяются гл. обр. в городских М., но в ряде случаев существование их оправдывается и технически, как например—арка с затяжкой, цепь с бй (современный тип громадного большинства висячих М.) и нек-рые другие.
Лит.: Николаи Л., Мосты, вып. 1, СПБ, 1901; его же, Краткие историч. данные о развитии мостового дела в России, СПБ, 1893; Черепашинский М., Очерк истории мостов, ч. 1, деревянные и каменные мосты, М., 1898; Стрелецкий И., Ж.-д.мост за сто лет, «Труды Научно-техн. комитета НКПС», М., 1925, вып. 20; его же, Курс мостов, Москва, 1925; .Mehrtens G., Eisenbriickenbau, В. 1—3, Lpz., 1908—1923; Hartmann J., Aesthe-tik im Briiekenbau, Wien—Leipzig, 1928; Eesal J., Ponts mOtalliques, t. 1, Paris, 1923; M e 1 a n J., Der Briiekenbau, В. 1—3, W.—Lpz., 1922; S c h a p e r &., Eiserae Briicken, 5 Aufl., B., 1922; Bernhard K., Eiserne Briicken, B., 1911; Godard M., Ponts et combles metalliques, Paris, 1924; Handb. Ing. T. 2— Der Briiekenbau, 1907—25; Wad e 1 1 J. A., Bridge Engineering, v. 1—2, New York, 1916—21; К u n z F., Design of Steel Bridge, New York, 1915; Merriman M., American Civil Engineers Handbook, N. Y., 1920; KerstenC, Briicken In Elsenbeton, T. 1, 3, Berlin, 1908—1928; Handb. f. Eisenbetonbau, hrsg.v. F. Emper-ger, B. 7, B., 1921; S p a n g e n b e r g H., Eisenbeton-Bogenbriicken f. grosse Spannweiten, B., 1924; Gay, Ponts en maponnerie, P., 1925. M. Холшевниноа.
Внешние силы в М. Внешние силы, или нагрузки, на действие которых рассчитывается М., разделяются на постоянные и временные. Постоянной нагрузкой являются например собственный вес моста, давление земли на устои и т. д. Величина постоянной нагрузки м. б. точно определена по готовому проекту; при предварительном расчете она назначается по приблизительным ф-лам или из примеров существующих сходных М. Наоборот, временная нагрузка не м. б. установлена сколько-нибудь точно, а потому величина ее нормируется технич. условиями, обязательными для расчета. Во всех странах кроме США нормы временных нагрузок устанавливаются правительственными распоряжениями. Временными нагрузками являются: а) полезная нагрузка, для пропуска которой строится М., б) нагрузка от ветра, в) действие ί° и г) нагрузка от де-
формации М. (усадка бетона, осадка опор и т. д.). Все виды временной нагрузки кроме первой м. б. установлены на основе метеорологии. наблюдений [(б) и (в)] и технич. экс- периментов (г); полезная же нагрузка определяется преимущественно экономии, предпосылками развития транспорта на предстоящий период службы М., т. к. М. должен
Sxem 1930 г.Ли
JL Q Q_Q_0._Q_Q_О. Q Q
Q_P-_9_-Q_Q-_Q_Q_Q Q Q Q О О уЩУ/^тианг <рма
Фигура 15.
выдерживать всякую нагрузку, могущую появиться за нормальный срок его существования. Поэтому полезная расчетная нагрузка должна содержать известный запас на случай роста действительных нагрузок, причем величина этого запаса диктуется экономическими соображениями и в свою очередь определяет собой срок службы моста. В США запас вносится не в величину нагрузки, а в величину допускаемых напряжений: расчет ведется там на нагрузку, близкую к существующей, но под пониженные напряжения (что по существу равноценно). При назначении расчетной полезной нагрузки следует стремиться: 1) к реальности выбранного типа паровоза, автомобиля и т. д.,
2) к простоте расчетной схемы нагрузки (округленные длины и весй грузов и т. д.) и
3) к созданию сравнимых между собой стандартных схем, позволяющих "классифицировать М. по их подъемной силе. Это последнее требование всего удобнее выполнить, приняв единую геометрия, схему нагрузки и меняя для разных классов М. лишь величины нагрузок в определенном постоянном соотношении. Такой принцип принят в США, где еще в 90-х гг. прошлого столетия была установлена единая схема нагрузок (т. н. схема Купера). Ныне эта схема устарела и заменяется более современной, но также стандартной (фигура 15). В этих схемах номера соответствуют числу тысяч англ. фн. в цифре осевой нагрузки паровоза. В связи с ростом нагрузок расчетные нормы периодически заменяются новыми. У нас нормы
Схема „У"
; Вагон-нагрузка
ΡΟΌΌΌΓηΓη ιηίΟΙΊη Τ! rn n-i Ю ""lrr-jn-jK-j
Вагон- нагрузка *т/пог. м. пути
ФИГ. 16.
нагрузки для ж.-д. М. впервые были установлены в 1875 г. и сменялись новыми в 1884, 1896, 1907, 1921, 1925 и 1930 гг. (временные). Новейшие нормы подразумевают обычно несколько схем нагрузок для различных типов дорог. Нормы 1925 г. предлагали несколько схем, а именно (фигура 16): схему «У» для сверхмагистралей, схему «Н» для Магистралей обычного типа, схему «О» для второстепенных линий. Временные нор
Схема „Н”
мы 1930 г. (фигура 17) дают только одну схему, но предусматривают несколько пропорциональных нагрузок, то есть отвечают тому же принципу, к-рый принят в стандартных американских нормах. В основу норм 1930 г. положена прежняя америк. схема Купера. Коэф-т пропорциональности в этих схемах выражается индексом при названии схемы: Н6, Н7, Н8 и т. д. Схема Н7 по интенсивности близка к схеме «Н» 1925 г.
Сравнение расчетных нагрузок обычно производится по эквивалентным нагрузкам (смотрите Линии влияния), откладываемым в функции пролета на графике (фигура 18); при этом эквивалентные нагрузки подсчитываются для наибольших изгибающих моментов в середине пролета.
Расчетными нагрузками для шоссейных М. являются веса грузовиков, трамвайных вагонов и толпы людей; сообразно с назначением М. принимаются различные интенсивности этих нагрузок. В СССР расчетные нагрузки для шоссейных мостов устанавливались в 1891,1906, 1913,1922 и 1927 годах. Нормы НКПС 1927 года подразумевают, в зависимости от дорог, семь классов нагрузок (смотрите табл. 1) из автомобилей и толпы, различных по весу для каждого класса. Типы нагрузки, в соответствии с размерами повозок, указаны на фигуре 19. Влияние постоянной и
Эквивалентные нагрузки от расчетных поездов
1925β*
О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
Фигура 18.
временной полезной нагрузки на М. различно и по величине и по природе. С ростом пролета М. погонная постоянная нагрузка увеличивается, а погонная временная уменьшается, стремясь к некоторому пределу. Для каждого материала существует поэтому граница для величины пролета, за которой постоянная нагрузка получает преобладающее значение для расчета и работы мостов. Так как характер воздействия постоянной нагрузки более благоприятен, чем временной (смотрите ниже напряжения в М.), то это обстоятельство сильно облегчает проектирование мостов больших пролетов и их работу.
Ветровая нагрузка на М. назначается по наибольшему урагану, могущему иметь место в данной области. В СССР ветровые нагрузки назначаются по единым нормам строительного проектирования в зависимости от положения моста, то есть возвышения моста над уровнем реки и укрытости местности от действующих ветров. Для типового проектирования практикуются прежние нормы ветровой нагрузки, а именно 150 и 250 из/ж3. Меньшая цифра принимается для случая загружения М. подвижной нагрузкой, а большая—в отсутствии подвижной нагрузки, так как при давлении ветра выше 150 кз/ж3 движение поездов и экипажей становится невозможным. Цифры эти соответствуют урагану исключительной силы; необходимость принимать в расчет такие ураганы оправдывается рядом катастроф: так например М. через Тайский пролив в Шотландии в 1879 г. обрушился во время прохода поезда при даР р влении ветра 210 кз/ж3.
Такой же силы ветер наблюдался в СССР в 1929 г. Действие ветра на мосту учитывается приближенным способом, причем определение ветровой поверхности М. ведется по условным коэф-там, определяемым из опыта. Действие снега на М. по нашим нормам вовсе не учитывается; однако в горных местностях, как показывает опыт Швейцарии, с ним приходится считаться. Температурные воздействия следует учитывать: 1) для всех М., статически неопределимых относительно опор, и 2) для слу-
Фигура 19.
Таблица 1 .—К лассы нагрузки, в соответствии с размерами автомобилей.
| Обо значе ния | Классы нагрузки | ||||||||
| 0 | 0 | 1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 i | 6 | |
| В. | 3,0 | 2,7 | 2,7 | 2,7 | 2,7 | 2,7 | 2,7 | 2,7 | 2,4 |
| D. | 8,6 | 7,6 | 7,6 | 7,6 | 7,0 | 7,0 | 7,0 | 6,0 | 5,0 |
| d. | 4 3 | 3,8 | 3,8 | 3,8 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,0 | 2,5 |
| Г. | 1,8 | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,5 | 1,6 | 1,6 | 1,5 | 1,4 |
| Pi*1. | 14 | 11 | 11 | 7 | 5,6 | 4,2 | 2,8 | 1,9 | 0,9 |
| Ра“1 · | 6 | 4 | 4 | 3 | 2,4 | 1,8 | 1,2 | 0,8 | 0,6 |
| п“ 2. | 1 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| ГД*3 # | 1 | 3 | 1 | 3 | 3 | 2 | 2 | 3 | 1 |
| <2l*4 | 400- | -300 | 400- | -300 | 400—
300 |
350—
250 |
300—
250 |
200 | 200 |
Давление осей. *2 Число рядов автомобилей. *3 Число автомобилей в ряду. ** Нагрузка от толпы в килограммах/м2.
чая неравномерного нагрева отдельных частей для М., внутренне статически неопределимых. Колебания <° принимаются по нашим нормам в пределах от+40° до—40°; неравномерный нагрев принимается в 15°. Осадка опор учитывается в М., статически неопределимых относительно опорных реакций. Производными нагрузками являются силы, вызываемые условиями прохождения- подвижной нагрузки, как то: 1) сила торможения, принимаемая в 0,15 веса нагрузки, причем учитывается 1/i общего числа вагонов на мосту; 2) центробежная сила на мостах, расположенных в кривых, принимаемая в 10% веса нагрузки; 3) горизонтальные удары подвижного состава, принимаемые по нашим нормам для ж.-д. М. в 7 т.
Напряжения в М, А. Классификация напряжений. М., как и другие инженерные сооружения, рассчитывают, исходя из величин напряжений, появляющихся в их частях под действием внешних сил. С точки зрения расчета можно различать три рода.напряжений: 1) Н а пряже ния основные имеют место в расчетной статич. схеме (плоской стержневой ферме с шарнирными узлами, сплошной балке, пространственном рамном каркасе и т. д.). При расчете основных напряжений учитываются только нормальная сила в стержнях ферм, изгиб в балках и рамах и т. д. Эти напряжения обусловливают основные деформации стержней, являющиеся для работы М. наиболее важными. 2) Напряжения дополнительные учитывают добавочное действие изгибающих либо крутящих моментов в стержнях, работающих на продольную силу, и действие продольной силы в балках, рабэтающих на изгиб стержней от жесткости клепаных узлов, напряжения в продольных балках про- езжей части от удлинения поясов фермы и т. д. 3) Напряжения местные обусловливаются действительной, а не схе-матич. работой М. и появляются в отдельных точках М. вследствие местного несоответствия работы части М. с расчетом; они возникают например от наличия отверстий в металле (в металлич. М.), входящих углов, местных пороков, сучков, болтов и т. д. Базой для проектирования М. служат только основные напряжения; остальные виды напряжений обычно не учитываются при расчете, покрываясь запасом прочности (смотрите ниже). Упомянутое разделение напряжений является условным, так как определяется степенью точности расчета. Более логична классификация напряжений по характеру воздействия на сооружение внешних сил. В М. различают: 1) напряжения постоянные, действующие в М. без изменения с момента постройки и до момента разборки или перестройки; таковы напряжения от действия собственного веса М.; 2) напряжения временные, возникающие в М. при действии временной нагрузки (поезд, автомобиль и т. д.); 3) напряжения повторные, имеющие временную природу, но характеризующиеся многократностью их появления; таковы напряжения, вызываемые колебаниями моста (смотрите ниже) в целом или отдельной его части. Если полуамплитуда таких колебаний напряжений больше, чем напряжений от постоянной нагрузки, то полные напряжения принимают характер знакопеременных. Повторные напряжения появляются при действии на М. периодич. нагрузки (бегущая лошадь, неуравновешенный паровоз, удары вагонных колес по рельсовым стыкам и т. д.).
Б. Действительные напряжения. Расчет М. по напряжениям возможен только в том случае, если расчетные величины напряжений мало отличаются от действительных. Опыты исследования М. показывают, что действительные основные напряжения почти всегда несколько ниже расчетных; последнее объясняется существованием в мостах так называемым областей пониженного напряжения, то есть частей, не учтенных при расчете, но разгружающе влияющих на основные напряжения. Таковы например накладки в металлич. М., поперечные ребра в железобетонных М. и т. д. Далее, разгружающей причиной являются соучастие пространственных связей и проезжей части, не учтенных расчетом плоской схе мы, и влияние жесткости узлов. Отношение действительных основных напряжений к расчетным называется конструктивной поправкой; название подчеркивает природу этого коэф-та. В табл. 2 приведены средние типичные значения конструктивных поправок для различных частей М.
Таблица 2,—К о н с т р у к т и в н ы е поправки для различных частей М.
| Тип М. | Материал М. | Часть М. | По правка |
| Балочные, с ездой пони- | ( | Нижний пояс | 0,75 |
| зу, спроекти- | Железо ·[ | В ерхний » | 0,85 |
| рованные до | ( | Раскосы | 0,6—1,0 |
| 1910 г. | |||
| То же, спроек- | ί | Нижний пояс | 0,90 |
| тированные · | » < | Верхний » | 1,0 |
| после 1920 г. | t | Раскосы | 0,9—1,1 |
| Балочные | Железобетон | Ребра | 0,3—0,5 |
Поправки эти в новых металлич. М. заметно выше, чем в старых; это объясняется тем, что в новых М. мощность отдельных стержней настолько велика, что работа ферм почти точно соответствует шарнирной схеме. В старых М. со слабыми и часто расположенными стержнями влияние жесткости узлов и пространственная разгрузка сильно понижают напряженность стержней. Пониженная напряженность нижних поясов сравнительно с верхними в мостах с ездой понизу объясняется разгружающим влиянием проезжей части. В М. с ездой поверху это явление носит обратный характер. В железобетонных М. конструктивные поправки гораздо ниже; в них неточность теории и неизбежная неоднородность материала заставляют вводить запас прочности не только в напряжения, но и в расчет и. конструкцию. Однако наличие 2—3-кратного конструктивного запаса мало оправдано технически и экономически; поэтому производство опытных исслодеваний железобетонных М. обещает привести к изменению конструкций в сторону более полного использования материала. Действительные дополнительные напряжения в металлич. М. обычно составляют не более 20—40 % основных напряжений; местные же напряжения могут превосходить основные в несколько раз. Действительные дополнительные и местные напряжения в массивных и деревянных М. еще недостаточно изучены.
В. Допускаемые напряжения и коэфициент бе з опасн ост и. Допускаемые напряжения зависят помимо упругих свойств материала и от рода работы, к-рую несет данная часть М., и от экономии, условий. Основное стремление при назначении допускаемых напряжений состоит в придании всем частям М. равной прочности, то есть в соблюдении равенства запаса безопасности. Поэтому при одном и том же материале допускаемые напряжения м. б. различны для разных частей М. и для разных случаев загружения. Если бы было возможно установить полную тождественность между расчетным и действительным М., то есть вполне точно учесть: 1) все возможные действующие на М. в каждый момент комбинации внешних сил, 2) распределение внутрен них усилий и напряжений в частях М. и
3) все отклонения материала от предполагаемого расчетом вполне однородного упругого материала, следующего закону Гука, то оставление запаса было бы излишним и допускаемые напряжения могли бы назначаться равными пределу пропорциональности или даже пределу текучести. В действительности все три обстоятельства м. б. учтены лишь приближенно, а потому и приходится оставлять запас прочности, служащий для покрытия расхождения между расчетом и действительностью. Этот запас за-.висит от способа расчета: чем точнее метод расчета и чем большее число обстоятельств принято им во внимание, тем меньший нужен запас. Коэф-т запаса иногда неправильно называют коэф-том незнания; в действительности вполне известно, что именно призван покрывать запас безопасности, и он назначается сознательно — для облегчения расчетной работы, так как точный учет всех обстоятельств работы М. очень труден, а подчас и невозможен.
Величины допускаемых напряжений в М., а следовательно и коэфициента безопасности определяются: 1) факторами, зависящими от внешней нагрузки, и 2) факторами, зависящими от характера работы данной части М. Чем большее число внешних сил учтено расчетом М., тем меньший запас нужен для покрытия сил, оставшихся не учтенными. При расчете М. задаются тремя прогрессивно возрастающими чи допускаемых напряжений для случаев действия: 1) вертикальной нагрузки (постоянной и временной)^) вертикальной нагрузки и силы ветра и 3) вертикальной нагрузки, силы ветра и действия t°. В наших нормах приняты две градации: меньшая цифра назначается для действия т. н. основных нагрузок, а большая—для нагрузок основных и дополнительных, причем разделение нагрузок по типам проведено для разных частей моста поразному. Факторами, зависящими от работы М. и влияющими на понижение допускаемого напряжения, то есть на увеличение запаса, являются: гибкость стержней, работающих на продольное сжатие, восприимчивость М. в целом и отдельных его частей кдинамич. воздействию подвижной нагрузки и амплитуда колебания повторных напряжений. Первый фактор учитывается введением коэфициента гибкости, определяемого по ф-лам (для продольного изгиба) Эйлера, Тетмайера, Навье и др., второй—введением динамич. (ударного) коэф-та, третий—применением одной из формул усталости материала (смотрите ниже): Велера, Вейрауха, Лаун-гарта и др. Учет последнего фактора распространяется только на металлические М. Эти факторы могут учитываться и одновременно. Собственно говоря, второй и третий факторы должны приниматься во внимание при расчете каждой части М. Понижение допускаемых напряжений, обусловленное учетом этих факторов, может производиться одним из двух способов, которые впрочем практически эквивалентны: 1) понижающий множитель вводится в величину основного допускаемого напряжения, а внешние силы предполагаются приложенными статически и однократно; 2) при сохранении постоянного значения допускаемого напряжения, в действующие усилия вводится множитель, обратный предыдущему. Второй способ логичнее и удобнее первого, так как дает возможность непосредственного сравнения запаса прочности в различных частях М. и сравнения расчетных напряжений с действительными; этот способ принят в СССР.
Величина запаса прочности или безопасности в М. определяется как отношение нек-рого естественного предельного напряжения к допускаемому. За такой естественный предел можно принять временное сопротивление материала моста. Отношение этого временного сопротивления к наибольшему основному напряжению М. называют коэфидиентом прочности. Запас прочности покрывает дополнительные и местные напряжения. За этот предел можно принять и предел текучести, как такое напряжение, при к-ром часть М. выбывает из работы от чрезмерных ее деформаций. Отношение предела текучести к расчетному напряжению называется коэф-том безопасности. Введение в расчет коэф-та безопасности возможно только в материалах, где имеется определенно выраженный предел текучести (литое железо и сталь). В отличие от коэф-та прочности, коэф-т безопасности покрывает только дополнительные напряжения, т. к. местные перенапряжения часто превосходят предел текучести, что не отражается на общей работе стержня, обусловленной основными напряжениями. В статически неопределимых системах даже дополнительные напряжения могут превосходить предел текучести, т. к. это ведет только к перенапряжению волокон наиболее сильно работающих частей, благодаря чему происходит перераспределение усилий, в результате которого напряжения в перегруженной части понижаются (это относится только к такому вязкому материалу, как литое железо и др.). Коэф-т безопасности слагается из двух частей: 1) коэф-та общей безопасности, покрывающего неточность расчета и расхождение его с действительной работой М., и2) коэфи-циента специальной безопасности, учитывающего особые категории опасности для различных частей М. с целью придания им рав-нопрочности. Средние обычные значения ко-эфициента прочности в М. из разных материалов следующие: металлич. М.З—3,5 (коэф. безопасности обычно 2), деревянных М. 5—8, каменных 15—20, бетонных 5—8. К величине запаса прочности или безопасности М. возможен также чисто экономии, подход: ее можно считать стоящей в прямой связи с предполагаемым остающимся сроком службы М. С сокращением его возможно уменьшение запаса, то есть повышение риска. Этот подход теоретически дает возможность более полного использования материала, практически же встречается с затруднениями в определении как остающегося срока службы, так и степени возможного увеличения риска при эксплуатации М.
Г. Факторы понижения допускаемых напряжений, зависящие от работы самого М. а) Продольное сжатие. Опасность продоль ного сжатия особенно велика для стержневых М. и прежде всего для металлических, т. к. сжатые стержни получают сравнительно небольшие поперечные размеры. Расчетные ф-лы продольного сжатия имеют место для двух случаев: 1) Критическое напряжение на продольное сжатие ниже предела упругости. Этот случай возможен для гибких стержней с большой величиной I : г— отношения длины I к радиусу инерции сечения г; ему вполне отвечает ф-ла. Эйлера:
π2 Ег 2
’ " μ 12
(1)
где Е—модуль упругости материала, а μ— коэф-т, учитывающий концевые условия закрепления стержня. 2) Критич. напряжение выше предела упругости. Это имеет место у мощных стержней, при низких значениях I : г (для железа и дерева при I :г < 100); этому случаю б. или м. удовлетворяют эмпирич. ф-лы Тетмайера, Ясинского и др., дающие линейную зависимость критич. напряжения от величины I :г. Ф-ла Ясинского для железных стержней имеет вид:
акр.=33,8 — 0,14 * к г/мм“. (2)
Более логично в металлич. М. за критич. напряжение в этом случае принимать предел текучести, т. к. при пределе текучести стержни получают резкие деформации, то есть выбывают из строя. На этой точке зрения стоят наши и герм, нормы. Переход от случая 1 к случаю 2, совершается, по нашим нормам, припомощи параболич. переходной кривой. Следует отметить, что явление продольного изгиба у мощных стержней происходит почти исключительно путем выпучивания отдельных частей сечения в отличие от тонких стержней, испытывающих общую деформацию, поэтому запас безопасности характеризуется здесь коэф-том безопасности. Сообразно с уменьшением критич. напряжения, в зависимости от I: г, следует для сохранения равенства запаса безопасности во всех случаях понизить и допускаемые напряжения. Понижение это устанавливается коэф-том ср< 1, на к-рый надо умножить допускаемое напряжение или, что тоже, делить расчетное усилие. Коэф-т φ определяют из условия равенства запаса безопасности для случаев растяжения и сжатия, то есть
_ _ _ Во
σ00η· σκρ· ft ’
и
Здесь <rd„n.—допускаемое напряжение на сжатие, R0—основное допускаемое напряжение на растяжение, В,—предел текучести при растяжении. Судя по опытам, продольное сжатие, вследствие наличия различных эксцентриситетов и дополнительных влияний, не одинаково опасно для стержней различной гибкости; это учитывается дополнительным коэфидиентом φ", взятым из опыта. В наших нормах, в соответствии с новейшими опытными исследованиями, <р" имеет наименьшее значение для средних гибкостей. В результате <га№. определяется из следующей формулы:
^οη.-σ-Τ^-ϋοΨψ"=ΚοΨ· (4)
го 00 60
Фигура 20.
Значения величин φ приведены на графике фигура 20. Явление продольного сжатия в стержневых М. заслуживает тем большего внимания, что известен ряд серьезных катастроф, происшедших из-за продольного изгиба сжатых стержней. В первую очередь следует упомянуть о катастрофе при постройке первого Квебекского М. через р. Св. Лаврентия в Канаде в 1907 г., приведшей к обрушению всего собранного металла в результате продольного изгиба сжатого нижнего пояса и потребовавшей коренной переработки проекта. б) Усталость материала. Это явление, как и предыдущее, имеет преимущественное значение для металлических М. и характеризуется тем, что при повторной нагрузке разрушение может произойти ранее дости-тамз жения временного. сопротивления. Разрушали™ стерж^ Ы г ющее напряжение завит 120 тонн k сит при этом от амплитуды колебания напряжения, то есть от величины и знака отношения Smin : Smax, где Sminи Smax—минимальное и максимальное усилия, вызываемые нагрузкой (продольная сила, момент и т. д.). При этом разрушение происходит тем ранее, то есть после тем меньщего числа смен напряжений, чем выше максимальное напряжение. Зависимость числа колебаний нагрузки при симметричном цикле, то есть при Smin : Snmx= 1, от максимального напряжения, при котором образец выдерживает данное число колебаний, имеет гиперболич. характер, асимптотически приближаясь к так называемому пределу усталости при весьма большом числе колебаний. Если максимальное напряжение ниже предела усталости, то никакое число колебаний нагрузки не доведет образец до разрушения. Предел усталости (выносливости) представляет собою такую же определенную физич. характеристику материала, как предел текучести, предел упругости и т. д. Обычно он^0,5 временного сопротивления. Т. к. предел усталости лежит ниже предела текучести, то коэф-т безопасности при явлении усталости должен быть отнесен к меньшему из этих двух пределов, вследствие чего приходится идти на дальнейшее снижение допускаемого напряжения. Как правило М. работают на нагрузку переменного повторного характера, но с небольшой величиною амплитуд, вследствие чего влияние усталости может у них проявляться только в отдельных случайно перенапряженных точках. С другой стороны, благодаря существованию постоянной нагрузки, все части М. работают несимметричными циклами, то есть в условиях Smin : Snmx > 0, что еще более затрудняет проявление усталости. В силу этих соображений новые нормы в СССР не вводят специального коэф-та безопасности на усталость металла, в отличие от прежних норм и от норм нек-рых других стран (США, Германия). Последнее, точно так же как пренебрежение местными перенапряжениями, возможно только в вязком материале; между тем металл главн. обр. от дефектов изготовления и влияния нагрузки с течением времени теряет свою вязкость и становится более хрупким (явление старения). Поэтому в старых М. следовало бы вводить еще дополнительный коэф-т безопасности на старение. Однако это обстоятельство нормами не учитывается, имея в виду меньший срок службы старых мостов и меныцее вероятие появления в течение этого срока аварийных событий. Очень часто, в виду последнего обстоятельства, допускаемые напряжения в старых М. даже повышаются. в). Динамическое воздействие нагрузки учитывается введением в расчет коэфициента, определяющего реальное превышение воздействия движущейся нагрузки над ее статич. воздействием; поэтому этот коэф-т только условно может рассматриваться как коэфициент уменьшения напряжения. Следует различать 2 рода динамич. воздействия: 1) ударное и 2) резонаторное. Первое происходит от однократных ударов нагрузки по М.: удары колес подвижного состава по рельсовым стыкам, толчки от неровностей пути или неправильного очертания колес экипажей, наконец, конструктивные особенности М., например проход нагрузки над шарниром в консольном М. и т. д. Ударное воздействие растет со скоростью и массой нагрузки и падает с-увеличением массы М.; поэтому оно имеет· преимущественное значение для металлич. М. и может быть оставлено без учета в массивных М. Устройство пути на балласте сильно уменьшает ударное воздействие и в металлических М. Резонаторное воздействие имеет место тогда, когда нагрузка производит ряд периодически повторяющихся ударов, частота которых совпадает с частотой собственных колебаний М. Это возможно например при проходе в ногу группы людей или лошадей, при движении- паровоза с неуравновешенными движущимися частями, или при ритмич. ударах равноотстоящих колес поезда по рельсовым стыкам. Скорость движения нагрузки, при которой происходит явление резонанса, называется критической. Основными (факторами, влияющими на величину резонаторного воздействия, являются: величина периодич. силы, жесткость М. и скорость затухания колебаний (смотрите выше, колебания М.). Два последние фактора своим увеличением влияют на резонаторное воздействие понижающим-, образом и зависят от материала, системы и пролета М.: они падают с ростом пролета и значительно выше для массивных, чем для металлич. и деревянных М. Для массивных М. скорость затухания можно считать мгновенной. При неточном совпадении частот внешней силы и собственных колебаний резонанс не имеет места и с увеличением разности частот амплитуды быстро падают. В виду многообразия причин, определяющих динамич. воздействие, точный учет его возможен только путем индивидуального расчета для каждого отдельного М. нагрузки и условий ее прохода по М. Поэтому нормы всех стран рассматривают динамич. воздействие для каждого материала только-как функцию пролета. С изменением проле—
та динамич. воздействие изменяется след, образом. 1) В металлич. ж.-д. М. ударное воздействие с ростом пролета резко падает, резонаторное же постепенно увеличивается, давая относительный максимум для средних пролетов (50—100 м), так как для них явление резонанса становится возможным при нормальных скоростях движения. Общая зависимость выражается обыкновенно убывающей кривой. Нормативные кривые динамического коэф-та для металлич. ж.-д. М. указаны на графике фигура 21. В шоссейных М. преобладающее значение имеет резонанс, при к-ром динамич. воздействие может превосходить статическое в несколько десятков раз. Невозможность проектировать М. с таким огромным ста-тич. запасом заставляет запрещать пропуск по М. крупных масс людей или лошадей в ногу, что су-
1C 20 30 50 50 60 70 80 90 100 НО Ί20 130 метров.
Фигура 21.
щественно снижает динамич. коэф-т. 2) Для массивных М. имеет значение только ударная часть воздействия, но и она обычно мала вследствие большой массы М.и наличия балластного слоя. В виду этого вполне возможно было бы вообще не учитывать динамичности нагрузки при расчете массивных М. Наши нормы дают однако и для таких М. (смотрите ниже) значения динамического коэф-та, падающего с ростом пролета и с увеличением толщины балластного слоя. 3) В деревянных М. динамич. воздействие вообще не учитывают вследствие мягкости дерева, принимая, что скорость движения нагрузки по ним невелика.
Таблица 3.—3 начения динамического к о-эф-та по нормам различных стран.
Страна
СССР
Германия Англия. Швеция. США.
Динамич. коэф-т
1 —/А—1 +
1 +μ=1 +
2о+г
3000 *2
5000+12
1+/ί=1+0,ο25 I —
1 + 50
19+-Jk_
120
1+μ=1+Υο+ΐο
1+μ=1+"ΐ3+ο,ο η 300
Название норм
1+^=1+
1+μ=1+
300 + L 1
1 +
1860
НКПС 1929 Г.
» 1921 Г.
1922 Г.
Опытные данные 1919 г.
1923 г.
Опытные данные
При г<20 метров *2 При г>20 метров.
22
»
В табл. 3 приведены значения динамич. коэф-та для ж.-д. металлич. М. по нормам1 различных стран (I—пролет). Во всех этих нормах μ — динамическая добавка, 1 + μ — динамич. коэф-т повышения статич. нагрузки. Разнообразие норм является следствием недостаточной изученности вопроса и различия подходов при их назначении.
Д. Нормы допускаемых напряжений для М. в СССР, а) Металлические М. (нормы 1930 года). Основные напряжения назначаются для двух случаев: 1) при действии вертикальной нагрузки, постоянной и временной (умноженной на. динамический коэф-т), боковых ударов колес· и центробежной силы (в М. на кривой) и 2) при действии тех же нагрузок и кроме того торможения, силы ветра и влияния: t°. Соответственные напряжения приведены в таблице 4.
Таблица 4.—Нормы допускаемых напряжений для металлических М. в СССР (в кг]см2).
| Случай нагрузки | Мар | ка металла | |
| Сталь З*1 | Сталь б“2 | Спец.сталь | |
| 1 | 1 400 | 1 750 | 2 100 |
| 2 | 1 700 | 2100 | 2 500 |
| *ι По прежней терминологии—литое железо. | |||
| *2 Повышенная углеродистая сталь. | |||
Проверка прочности растянутых и сжатых стержней ведется по площади сечения нетто, а для сжатых кроме того по площади брутто, умноженной на коэф-т φ продольного сжатия (смотрите выше). Сжато-вытянутые стержни проверяют отдельно по наибольшим растягивающему и сжимающему усилиям. Проверка прочности на изгиб ведется по моменту сопротивления нетто. Допускаемое напряжение на скалывание принимается равным 0,75 основного. Допускаемые напряжения в заклепках: на срез 0,8, на смятие 2,0, на отрыв головок 0,6 основного. Выражение динамич. коэф-та, на к-рый следует умножить статич. усилие от временной нагрузки, приведено в таблице 2. б) Деревянные М. Нормы напряжения для деревянных М. 1930 г. не учитывают ни динамики ни усталости; допускаемые напряжения понижаются лишь для случая продольного сжатия. Значения коэф. φ продольного сжатия могут быть определены по графику фигура 20. Основные допускаемые напряжения приведены в таблице 5.
Эти напряжения повышаются на 20% при применении дерева лучшего качества, на. 15% в случае действия горизонтальных сил и на 40% для М. временного характера; понижаются на 18% для частей М., находящихся под водою, и на 20—25% при влажном или сердцевинном лесе. Допускаемое напряжение в сжатых частях принимается; равным R0<p, где φ определяется из ф-л:
φ=1 — 0,00691, для 5 < 1- < 100
ИЛИ
<Р =
п^Е
4,5й/()2
, ДЛЯ
I > юо.
Таблица 5Н ормы допускаемых напряжений для деревянных Ы. в СССР (в к г/см2).
| Направление действия силы | Род напряжений | Сосна
*1 |
Дуб“1 | |
| Г | Растяжение. | 94 | 110 | |
| Сжатие. | 85 | 100 | ||
| Скалывание. | 10 | 13,5 | ||
| Вдоль | Растяжение и сжатие | |||
| ВОЛОКОН ] | при изгибе. | 94 | 110 | |
| Скалывание при изгибе .. | 20 | 27 | ||
| 1 | Торцевое смятие. | 60 | 85 | |
| Срезывание перпен-дик. оси дерева. Смятие на ширине больше V, ширины | 38 | 50 | ||
| Поперек | дерева.. | 21 | 42,5 | |
| ВОЛОКОН | Смятие на ширине меньше 1/г ширины дерева. | 30 | 55 | |
| Скалывание тангенциальное. | 5 | 7,5 | ||
| 41 Среднего качества. | ||||
в) Каменные и бет о нн ые М. Нормы на сжатие или изгиб не должны превосходить следующие величины (в кг/см2):
Кладка из штучного камня получистой тески 65—80
Кладка из грубооколотого камня. 50
» » постелистого бутового камня. 25—35
» » обыкновенного » ». . 15—20
» » кирпича.. 10—13
Бетон 30—40
.Для высоких отдельно стоящих столбов и стен при отношении высоты h к ширине Ь более 3,5 основное допускаемое напряжение умножается на коэф. ψ=0,4 + γ. Наибольшее растягивающее напряжение не должно превосходить: для каменной кладки 2 килограмма/смг, .для бетона 3,5—5 килограмм/см“. В случае учета t° и усадки бетона допускаемые напряжения повышаются при сжатии на 30%, а при растяжении—до 5 килограмм/см“ в каменных сводах и до 10 килограмм/сж.2 в бетонных, г) Железобетонные М. Допускаемые напряжения даны для двух марок бетона, характеризующихся временным сопротивлением через 28 дней (пластичный и литой, в условиях постройки): марки I 130 килограмм/вм“ и марки II 110 килограмм/см2. Допускаемые напряжения в зависимости от указанных марок бетона приведены в таблице 6.
Таблица 6,—Допускаемые напряжения для бетонных М. в СССР (нормы 1930 г.).
| Основное осевое сжатие при | Основное ежа- | Главное растягивание при изгибе *3 | |||
| Марка | тие при изгибе“2 | Растяжение осевое | |||
| бетона | для основных нагрузоь | для всех нагрузо! | |||
| I | 50 | 60 | 85 | 12 | 3,5 |
| II | 45 | 50 | 70 | 10 | 2,5 |
*1 При Ϊ: 7г> 15 необходима проверка на продольный изгиб, умножая допускаемое напряжение на коэф. φ=———. *2 Основными нагруз-
1+0,0001 ГМ
нами считаются: вертикальная, горизонтальная и нагрузка от Г-ного расширения. При учете усадки бетона берется напряжение второй графы (для всех нагрузок). И не более 12 килограмма/см2, даже при наличии арматуры.
Для литого железа в арматуре железобетонных мостов допускается напряжение на растяжение и сжатие в 1250 килограмм/см% при действии основных нагрузок и 1600 килограмм/емг при действии всех нагрузок. Динамич. воздействие учитывается динамич. коэф-том, значения которого приведены в таблице 7.
Таблица 7,—Значение динамического ко-эфициента по нормам СССР.*
| Толщина балластного слоя в м | Пролет | ||
| <2 м | 2+-15 м | >15 м | |
| 0,50
1,30 |
1,40
0 |
1,40 °15(г-2) 0 | 1,25
0 |
* При промежуточных толщинах слоя динамич. коэф. определяется линейной интерполяцией.
Лит.: Передерни Г. П., Куре мостов,
ч. 1, изд. 4, М.—Л., 1929; ч. 2, отд. 1, Л., 1925; ч. 2, отд. 2 (печатается), ч. 2, отд. 3, М.—Л., 1928; его ж е, Курс жел.-бетон. мостов, Л., 1923; Стрелецкий Н. С., Курс мостов, Металлические мосты, М., 1925; П а т о н Е. О., Таблицы для проектирования деревянных и стальных мостов, Киев, 1929; Технич. условия проектирования металлич. пролетных строений ж.-д. мостов, «Труды Техно-экономич. совета НКПС», М., 1926, вып. 4/100; Единые нормы строительного проектирования (утверждены Комитетом по стандартизации при СТО 14 марта 1930 г.), М., 1930; В 1 e i с h F., Theorie u. Berechnung d. eiser-nen Bracken, Berlin, 1924; Schaeehterle K., Verstarkung, Umbau u. Auswechselung von Eisenbahn-briicken, B., 1926. С. Бернштейн.
Колебания M. Исследования работы М. показали, что сравнительно ничтожные по своему весу нагрузки (толпа, конница, стадо, паровой каток) при известных условиях вызывают весьма значительные по своей амплитуде колебания, которым могут соответствовать и чрезвычайно высокие напряжения, что определенно подчеркивает практическую важность этого вопроса. Кроме того исследования выяснили практич. значение знания законов колебаний М., гл. обр. законов затухания колебаний, непосредственно зависящих от внутренних сопротивлений М. и его состояния и потому являющихся характеристикой этого состояния. Значение свободных колебаний М. заключается прежде всего в том, что от их частоты зависит непосредственно возможность или невозможность возникновения резонанса в ын у ж д е н н ы х колебаний при действии ритмич. внешней нагрузки, а косвенно·— также и амплитуда вынужденных колебаний; от закона же затуханий свободных колебаний последняя зависит непосредственно. Связь между вынужденными и свободными колебаниями вытекает из общей теории упругих колебаний и поэтому здесь не требует особенного обоснования.
Систематич. анализ причин вынужденных колебаний ж.-д. М. впервые дан Меланом в 1893 г. С1]. В последнее время эти причины снова изложены в систем, виде Хортом [2]. Основными причинами вынужденных колебаний ж.-д. мостов являются следующие. 1) Центробежная сила отдельных движущихся по М. масс, вызванная прогибом пролетного строения (фигура 22). Колебания, вызванные этой причиной, Хорт называет «эффектом Циммермана» [3]. Причины эти обыкновенно не существенны. 2) Надвижка поез-
да. Если представить себе М. как упругую сплошную балку постоянного сечения, на к-рую по идеально гладкому пути надвигается с постоянной скоростью V постоянная, равномерно распределенная нагрузка, то диферен-циальное ур-ие движения любого элемента балки имеет вид:
efm + EIs*-XV·
где ρ — масса пог. единицы балки, а φ(ί)— сила, действующая в момент ί на единицу длины рассматриваемого элемента балки, ΕΙ—жесткость балки,
<p(f)=р при 0 ί ξ х, φ(ξ)=0 при χ^ξίζΐ, ξ=vt.
Интегрирование этого диференциального ур-ия и дает возможность определить вынужденные колебания, вызванные надвижкой состава [4]. Это обстоятельство также не очень существенно. 3) Влияние избыточных противовесов паровоза или же вообще неуравновешенных частей, которые во время движения последнего ритмически действуют на пролетное строение. Величина этих неуравновешенных сил, при прочих равных условиях, для каждого данного паровоза пропорциональна квадрату его скорости. В ж.-д. М. это влияние является наиболее серьезным. 4) Влияние периодических ударов вагонных колес при проходе через стыки рельсов. В известных случаях это обстоятельство может иметь серьезное значение, например при неудачном выборе расстояния между осями вагонов. 5) Влияние колебаний кузовов вагонов на рессорах. В виду медленности колебаний и быстроты затуханий эта причина однако несущественна. 6) Причины случайные, иногда периодич. характера (неровности на поверхности катания бандажа). Наибольший допустимый износ бандажа (2 миллиметров) дает очень значительный эффект, аналогичный указанному в п. 4. Горизонтальные колебания как продольные, так и поперечные вызываются в большей или меньшей степени всеми названными причинами, если они действуют несимметрично на обе фермы пролетного строения, что всегда имеет место. Кроме того они вызываются: 7) моментами и проекциями продольных сил инерции качающихся масс паровоза; так как эти силы приложены вблизи проезжей части, плоскость которой не служит плоскостью симметрии пролетного строения как пространственной системы, то они вызывают кроме горизонтальных и вертикальные колебания обеих ферм. В М. под обыкновенную дорогу причины колебаний таковы: 1) Силы инепции тела людей и животных при ходьбе [5]. Доказано, что траектория ц. т. человеч. тела при прямолинейной ходьбе и беге представляет собою пространственную кривую. В еще большей степени это относится к движениям животных. Особенно серьезной и опасной величины силы инерции достигают при проходе толпы в ногу. 2) Различные, частью ритмические, частью случайные, вертикальные и
V
Фигура 22.
горизонтальные силы, которые возникают благодаря неровностям пути при проходе экипажей и автомобилей. Эти две причины являются основными. 3) Силы инерции неуравновешенных масс механизма нагрузки (автомобиля, катка). В нормальных экспло-атационных условиях эта причина не имеет существенного значения. Степень влияния всех перечисленных причин зависит от многих обстоятельств, в том числе и от соотношения между периодом собственных колебаний М. по данному направлению и периодом действующих сил. Совпадение периодов может привести к резкому увеличению эффекта вследствие явления резонанса.
Причины свободных колебаний М. Свободные колебания М. в обычных условиях их появления налагаются на вынужденные колебания, вызываемые перечисленными выше причинами. Благодаря затуханию они мало заметны на тех диаграммах, которые записываются приборами при проходе поезда. После схода поезда остаются конечно только свободные колебания, но они редко имеют большие амплитуды.
Направление колебаний пролетного строения. Пролетное строение, как упругое пространственное сооружение, в общем случае испытывает под действием нагрузки сложное колебательное движение, причем направление колебаний непрерывно изменяется от точки к точке. В целях облегчения исследования, колебания пролетного строения разлагают обычно на вертикальные, горизонтальные поперечные и горизонтальные продольные. Сверх того существуют еще местные колебания, например в балках проезжей части, в отдельных раскосах и тому подобное.
Период колебаний. Вынужденные колебания имеют тот же период, что и сила, вызывающая их; на них налагаются кроме того также собственные колебания. Вычисление собственных колебаний мостовых ферм, как систем с многими степенями свободы, довольно сложно [6]. Приближенные способы, основанные на замене фермы эквивалентною ей бй, притом совершающей колебания с одной степенью свободы, приводят к более простым ф-лам. Для балки на двух опорах, по Хорту [2],
E-1-g E-1-g
21»У V И ПР + Я 21* V р + д:
(1)
п где пр и ηρ+ί —числа собственных свободных вертикальных колебаний в ск., соответствующих двум случарм: когда балка нагружена собственным (равномерно распределенным) весом интенсивности р на погонную единицу, и когда она нагружена сверх того равномерно распределенной нагрузкой интенсивности q; д—ускорение силы тяжести; E-I — жесткость балки, имеющей при том же пролете I те же напряжения в крайних волокнах от собственного веса, как и данная ферма. Из предыдущих ф-л Хорт вывел для числа колебаний п более простую формулу:
п =
17 600
(2)
где I и h—длина и высота фермы в см, о—
напряжение от нагрузки р или, соответственно, от р + о в поясах в середине пролета, в килограммах/см“. На фигуре 23 даны две кривые: теоретич. и вычисленная по данным опытов, произведенных по распоряжению дирекции швейцарских ж. д. Диаграмма дает зависимость частоты п колебаний моста в ск. от величины s
7 /~a, 17 600
= 1у где h=——, о среднее значение максимального напряжения поясов ферм в мг/сж2.
Период колебаний Т=1/п. По Тимошенко [7], период, колебаний
Т=2π i /~Ц=2π Vmy0; (3)
здесь m—приведенная к середине пролета масса колеблющейся балки вместе со сплошной равномерно распределенной нагрузкой, покоящейся на ней; если последняя ра-
17
вна М, то m=^ М; с—сосредоточенная сила, приложенная в середине пролета и вызывающая 5500 в этом месте прогиб в 1 см; у0=~—прогиб в середине пролета от приложенной в этом месте сосредоточенной силы, равной единице. Для сплошной балки
48 E-I
-V"теоретическая кривая > h-17600
. S
Е*
-13750-
-FSr-
2500 3500 0500
ФИГ. 23.
С =
Во избежание крупных ошибок необходимо брать не теоретическую, а действительную жесткость ферм, характеризуемую величинами с или у0.
По Блейху [8],
Т
-W
V
д-Е-1 ’
(4)
где р—интенсивность равномерно распределенной сплошной нагрузки (включая и собственный вес балки) на единицу длины. Величина E-Ι, так же как и в предыдущем случае, должна быть взята условно, по действительной жесткости пролетного строения. По данным Института инженерных исследований [9],
Тх=(47 ϊ — Ο,ΙΟΪ2) · 1СГ4, (5)
где I в м, а Тх—период вертикальных колебаний—в ск. Для горизонтальных поперечных колебаний
Ту=80Ϊ · 10-4. (6)
Ф-ла (6) дает несколько преуменьшенные значения лишь для старых многорешетчатых строений с тавровыми поясами и без поперечных связей; для таких М., по данным Ин-та инженерных исследований, следует коэф-т 80 заменить коэф-том 100. Для колебаний кручения
Т.
= Тж(0,8+А),
(7)
где h— высота ферм, b — ширина моста, а Тх определяется из формулы (5). Для вертикальных колебаний неразрезных балок без консолей и с консолями и с различным числом пролетов теоретически выведены приближенные простые ф-лы [J0]; проверка при помощи точного расчета для двухпролетной неразрезной балки дала результаты, весьма близкие к результатам этих формул [“]. Формулы (1—4) годятся также для М. под обыкновенную дорогу.
Степень затухания колебаний. На период свободных колебаний затухание влияет слабо, а на амплитуды вынужденных и свободных колебаний — значительно. Экспериментальное исследование этого вопроса началось под влиянием новой методики только в самое последнее время и выявило поэтому к настоящему времени еще мало данных. В Германии Р. Бернгардом [13] произведено несколько опытов исследования М. при помощи вибрационной машины Шпета, которая позволяет определить мощность в ваттах, потребную для раскачивания пролетного строения при резонансе. В СССР затухание определялось при помощи непосредственного сравнения последовательных амплитуд затухающих свободных колебаний, вызванных ударом [13]. Благодаря затуханию колебаний, ритмич. сила, период которой равен периоду собственных колебаний пролетного строения, вызывает конечную амплитуду, которая сравнительно быстро достигает своего максимума и затем остается постоянной при любом числе импульсов силы [14]. Периоды собственных колебаний и степень их затухания составляют в своей совокупности ту основу, на которой теоретич. путем м. б. построена вся теория динамики.
Лит.: г) Melan J., Uber d. dynamische Wir-kung bewegter Lasten auf Bracken; «Zeitschriften d. osterreichischen Ingenieur und Architekten Verein», Wien, 1893, p. 283; >)Hort W., Stoffsbeanspruchun-gen u. Scbwingungen d. Haupttrager statisch bestimm-ter Eisenbahnbriicken, «Die Bautechnik», Berlin, 1928, Jg. 6, H. 3 und 4; a) Zimmermann H., Die Scbwingungen eines Tragers mit bewegter Last, B., 1896; 4) Timoschenko St., Schwingungen pris-matiscber Sthbe, «Z. f. Math. u. Phys.», Berlin, 1811, B. 59, p. 163 u. ft.; Тимошенко С., О вынушд. колебаниях призматич. стержней, «Изв. Киев, поли-технич. ин-та», Киев, 1910; ь) Fischer О., Theore-tische Grundlagen t. eineMechanik d. lebenden Korper, Lpz.—Berlin, 1906; Бернштейн H. А., Исследования по биодинамике ходьбы и бега. Вопросы динамики мостов, 13 Сборн. Отд. инж. исслед., «Труды научно-техн. комитета НКПС», вып. 63, М., 1927; его ж е, Исследование свободных поперечных колебаний пролетных строений, там же, Москва, 1929; 6) К e i s s n e г H., Schwingungsaufgaben aus d. Theorie d. Faehwerke, «Zeitschriit i. Bauwesen», B., 1903; p. 135; Pohlhausen A., Berechnung d. Eigen-schwingungen statisch bestimmter Facbwerke, «Ztschr. fur angew. Math. u. Mech.», B., 1921, p. 28; ?) T и м o-шепко С. П., Курс сопротивления материалов, изд. 6, М.—Л., 1928, стр. 406, Киев, 1913;8) В 1 e 1 с h F., Theorie u. Berechnung d. eisernen Briicken, p. 49, Berlin, 1924; 9) Бернштейн FI. А., Теория боковой качки железных мостов, «Сборн. Ин-та инжен. исследований», M., 1S29; Рабинович И. М., Приближ. расчет периода свободн. колебаний многопролетных неразрезных балок, «6 Сборн. Ин-та инжен. исследований», Москва, 1926; х1> Николаев Г. А., Свободные колебания пролетных строений под действием удара, «13 Сборник Ин-та инжен. исследований», М., 1927; 12) Bernhard R. u. Spath W., Rein dynamische Verfahren zur Untersuchung d. Bean-spruchungen v. Bauwerken, «Dir Stalilbau», Berlin, 1929, H. 6; 13) H и к о л а е в Г. А., Энергетические процессы колебаний пролетных строений мостов, «21 Сборн. Нн-та инжен. исследований», М., 1929; ы) Fo p p 1 A., Vorlesungen iiber teclmische Mechanik, В. 4, § 8, Men.—Berlin, 1923; Рабинович И. Μ., Динамич. воздействие толпы на мосты по данным спец, опытов Отдела инжен. исследований, Вопросы динамики мостов, 13 Сборн. Отд. инж. исследований, «Труды Научно-техн. комитета НКПС», Москва, 1927; его же, Динамич. воздействие толпы на мосты, 17 Сборн. Ин-та инжен. исследований, на нем. языке в сборнике «Ergebnisse d. experimentellen Briicken-untersuchungen in d. USSR», Москва, 1928; его же,
Некоторые соображения о связи между состоянием металлич. пролетных строений и их колебаниями, там же, М., 1927, стр. 33—34 (та же статья на нем. языке в сборн., указанном под № 4); S t о k e s От. О., Transactions Cambr. Pbil. Society, Cambridge, 1849, ρ. 707; Willis, Report of the Commission Oppointed to Enquire into the Application of Iron to Railways Structures, London, 1849; Deslanders. Action des chocs rythmbs sur les travdes mfitalliques, «Annales des ponts et chaussees», Paris, 1892, t. 4, p. 765; Haw-r a n e k, Schwingungen v. Briicken, «Eisenbau», Lpz., 1914, 7, p. 221—231; T i 1 d e n, Kinetic Effects of Crowds, «Trans, of the Amer., Soc. of Civ. Engineers, N. Y„ 1913, V. 76, p. 2107—2132. И. Рабинович.
Общая экономичность М. Общая экономичность М. обычно определяется совокупностью первоначальной стоимости его сооружения и капитализированным ежегодным эксплуатонным расходом по его ремонту и надзору за ним, а также долговечностью М. Правильное решение вопроса в каждом отдельном случае возможно только после разработки и сравнения между собой различных возможных вариантов решения задачи. К этому приему обычно и прибегают при проектировании всякого б. или м. крупного М. Первоначальная стоимость деревянных М. вообще наименьшая, но зато и долговечность их наименьшая, а эксплуатон-ные расходы наибольшие, составляя в год ок. 2,5% первоначальной стоимости М. При рассмотрении вопроса о выборе системы М. было уже указано на ограниченность сферы рационального применения деревянных М.; все эти причины ставят узкие пределы экономичности их применения. Для малых пролетов значительными преимуществами обладают железобетонные М. Стоимость сооружения их не выше стоимости металлич. М., но при сроках службы по меньшей мере равных (от 25 до 30 лет малые М. и от 70 до 100 лет большие) железобетонные мосты требуют эксплуатонных расходов в 2—3 раза меньше (0,5% против 1—1,5% для металлич. М.). Важным эксплуатонным преимуществом железобетонных М. является непрерывность пути при переходе с земляного полотна на М., что устраняет неизбежный в металлич. М. удар. Однако стоимость балочных железобетонных М. уже при небольших пролетах (15 метров для ж.-д. М. и 30 метров для экипажных М.) становится выше стоимости металлических М. Правда, для арочных М. эта граница лежит значительно выше, но обычные в них трещины, губительно влияющие на арматуру, сильно понижают их долговечность, а следовательно и экономичность их применения. Каменные М. требуют наименьших эксплоатацйон. расходов (0,25—0,5%) и обладают наибольшей долговечностью. Но первоначальная стоимость их, вообще говоря, наибольшая и в значительной мере определяется степенью сложности устройства прочных оснований, имеющих особенно важное значение при больших пролетах. Давая, подобно железобетонным М., возможность осуществить непрерывность пути, каменные М.” лишены серьезного их недостатка—наличия легко подвергающейся разрушению железной арматуры. Металлические мосты, •сравнительно легко подверженные порче от ржавчины, расстройства заклепочных соединений и тому подобное., требующие поэтому повышенных эксплуатонных расходов и уступающие место в области малых пролетов желе зобетонным и каменным мостам, не имеют соперников в сфере больших пролетов. Обладая наименьшим общим весом, металлические М. незаменимы также в случаях, требующих легкого сооружения.
Стоимость М. в значительной степени зависит от величины его пролетов, и правильная разбивка М. на пролеты является мерой экономичности сооружения. За исключением тех случаев, когда величина пролетов устанавливается по требованиям технич. характера (как например на судоходных реках), разбивка пролетов делается по экономил. соображениям. Вообще говоря, с увеличением пролетов растет стоимость пролетного строения, но уменьшается стоимость опор— и наоборот; при определенном указанном соотношении стоимость М. получается наименьшей. Подсчеты показывают, что это наступает в тот момент, когда стоимость одного пролетного строения без проезжей части сравняется со стоимостью одного быка; величина наивыгоднейшего пролета I при этом выражается ф-лой;
г=/!’
где А—стоимость одного быка и В—стоимость одной погонной единицы пролетного строения. Для высоких каменных и железобетонных М. - виадуков наивыгоднейший пролет равен полной высоте М. от обреза фундамента до подошвы рельса. Правила эти могут служить однако только для предварительной наметки, окончательно же вопрос об экономичности сооружения решается, как уже говорилось, путем составления различных вариантов проекта и подсчета
ИХ СТОИМОСТИ. М. Хопшевников.
Эксплоатация М.
Надзор за состоянием Μ. I. Металлические М. Надзор за состоянием металлич. М. можно разбить на три части: А) надзор за состоянием реки и ее русла, а также опор и регуляционных сооружений; Б) надзор за состоянием пролетных строений и В) надзор за состоянием настила.
А. При осуществлении надзора за состоянием реки и ее русла необходимо производить следующие наблюдения: горизонта воды, режима поведения реки в наиболее характерные моменты времени, толщины льда и отдельных его слоев и глубины русла. Наблюдение над горизонтом воды в нормальных условиях следует производить не реже одного раза в месяц, а также в дни заметного изменения уровня воды. Во время же половодья и летних паводков наблюдения эти должны делаться значительно чаще: два раза в день—утром и вечером. Наблюдения над горизонтом воды обычно производят с помощью специальных водомерных реек, устанавливаемых на опорах М. в не-обсыхаемых местах, с низовой стороны реки (во избежание повреждений от ледохода и плывущих предметов). Наблюдения над режимом реки в весенний период заключаются в регистрации времени первой подвижки льда, начала и продолжительности ледохода, характера половодья; в зимний же период выясняются следующие вопросы:
появлялся ли перед замерзанием реки мелкий подвижной лед; был ли ледоход или ледостав и время образования последнего; покрывалась ли вся река льдом или только у берегов; имеются ли полыньи. Наблюдения над ледяным слоем начинают с того момента, как только толщина его достигнет такой величины, которая позволяет безопасно по нему ходить; наблюдения эти имеют целью определение толщины льда и характера его строения; толщину льда рекомендуется определять в двух точках: у берега (где глубина воды s 1-^172 »)ив месте наибольшей глубины. Промеры русла реки в нормальных условиях производят два раза в год: 1) в зимнее время со льда и 2) после спада весеннего па (если таковой имеется). Промеры эти рекомендуется производить по трем направлениям (профилям): 1) по продольной оси М., 2) в 50 метров от продольной оси М. вверх по течению, 3) в 50 ж от продольной оси М. вниз по течению. Положение снимаемых профилей фиксируется на месте забивкой на обоих берегах невысоких свай. У конусов, устоев и быков М. промеры русла производят по всему очертанию таковых. На неглубоких реках промеры русла производят футштоком, на глубоких—лотом. Для поддержания откосов конусов и регуляционных сооружений у М. в должном состоянии необходимо вести систематич. исправления всевозможных обсыпаний, обрушений, размывов и повреждений обделки. Особенно внимательно приходится следить за всем этим перед наступлением па и немедленно устранять всякие повреждения, обнаруженные в конусах, укреплениях опор и русла и в регуляционных сооружениях до прохода ближайших высоких вод. В случае обнаружения признаков, указывающих на возможное смещение быков или устоев в плане или на наклон их, немедленно устанавливают систематич. наблюдения за положением опор помощью отвесов, уровней или других инструментов. Немедленно устанавливают систематические наблюдения помощью простейших приспособлений за опорами и в случае обнаружения в них трещин, причем последние зарисовывают на чертеж опор, нанося на этот чертеж возможные постепенные изменения конфигурации этих трещин, следя за их изменением с временем. В случае наличия серьезных трещин, необходимо путем удаления ряда облицовочных камней обязательно выяснять, не распространяются ли трещины в самой кладке опоры. При сильном повреждении опор трещинами рационально производить ремонт опор торкретированием. Необходимо обращать внимание также и на состояние швов облицовки, не задерживая расшивку их цементным раствором в случае разрушения; в особо неблагоприятных условиях в этом отношении находятся те части опор, которые расположены по высоте между меженью и самым высоким горизонтом воды.
Б. Надзор за состоянием металлич. пролетных строений М. заключается в наблюдении над состоянием: а) металла и поврежденных частей, б) заклепочных соединений и в) опорных частей, а) Режим содер жания металлич. частей М. должен быть такой, чтобы они были, во-первых, предохранены от возможности образования и развития ржавчины и, во-вторых, чтобы имеющиеся в них повреждения в виде трещин, расслоений, пробоин и т. д. были соответствующим образом заделаны. Что касается борьбы с ржавлением, то здесь весьма важную роль играет своевременная окраска М. Нормальным сроком окраски М. следует считать 5 лет, а для М., расположенных на приморских линиях (с влажным климатом), 3 года. В зависимости от обстоятельств (недоброкачественный материал самой краски, плохое качество работы, а также неблагоприятные атмосферные условия при предыдущей окраске) указанный нормальный срок должен быть сокращен. Окраску рекомендуется производить в сухое (но не жаркое) время года; цвет окраски, если не имеется на это каких-нибудь особых указаний, должен быть серый, и только в крайнем случае разрешается производить окраску суриком. Подлежащая новой окраске поверхность д. б_ очищена от отстающей краски, а также от ржавчины; наиболее действительна очистка пескоструйными аппаратами; в СССР для этих целей наиболее употребительны металлич. щетки. После очистки поверхность должен быть тотчас же загрунтована и затем уже окрашена не менее как за два раза. При окраске верхних поясов продольных балок ж.-д. М. мостовые брусья необходимо обязательно сдвигать. Краска у нас приготовляется на олифе. Защитные свойства краски обусловливаются способностью олифы давать при застывании эластичную, непроницаемую для атмосферных агентов корку. Однако произведенные новейшие исследования поверхности краски показывают, что олифа в этом отношении далеко не безупречна и что, наоборот, она часто коробится и дает складки, поглощающие влагу. Поэтому отношение к масляным краскам за последнее время меняется. Более действительными считаются покрытия, механически наносимые на металл распылйванием посредством сжатого воздуха. Применение сжатого воздуха очень полезно также при масляных: красках, придавая им значительную стойкость. Для сохранения стойкости Красновой корки необходимо как можно мельче размалывать краски, так как мелко размолотые (дипрессионные) краски являются наиболее действительными. В виду особенно большой: подверженности ржавлению нижних поясов главных ферм М. с ездою понизу, а также верхних поясов продольных и поперечных, балок ж.-д. М. рекомендуют эти части окрашивать красками, которые имеют в своем составе примесь свинцовых белил. Особое внимание нужно обращать на коробчатые нижние пояса, как можно чаще очищая их от грязи и удаляя скопившуюся воду устройством достаточного числа водоспускных отверстий, диам. <£ 25 миллиметров. Окраску таких частей М., которые подвержены вредному действию·дыма от паровозов, рекомендуется производить, задолго до прохода поездов, причем после окраски таких частей весьма желательно закрывать их до полного просыхания брезентом или деревом. Для более успешной борьбы с ржавчиной необходима тщательная очистка от грязи и зашпаклевка щелей, получающихся наприм. при расслоении металла, а также при наличии большого шага в крайних соединительных заклепках; в последнем случае вообще рекомендуют после производства очистки добавлять число связующих заклепок, с таким однако расчетом, чтобы шаг был не больше 200 миллиметров. В случае обнаружения в металле трещин и значительных расслоений соответствующие места должны немедленно усиливаться постановкой накладок; при серьезном характере этих повреждений следует сменить весь элемент. Такому же усилению и заделке должны подвергаться также и те части М., которые получили пробоины, прострелы или другие подобные повреждения.
Особо следует отметить вопрос о содержании искривленных элементов главных ферм и ветровых связей. В ранее сооруженных М. диагонали этих связей обычно очень гибки и находятся в провисшем состоянии; если стрела искривления превосходит часть длины диагоналей, то рекомендуется производить расклепку их с последующим выправлением и натяжением. Что же касается сильно искривленных сжатых раскосов главных ферм, имеющих стрелу искривления больше 1/500 длины, то исправить этот недостаток путем соответствующего выправления раскосов чрезвычайно трудно и сложно; здесь уже приходится ограничиваться лишь усилением как самих раскосов, так и соединительной решеточки, связывающей в одно целое ветви раскосов. б) Относительно заклепочных соединений следует указать, что при обнаружении слабых заклепок (то есть дребезжащих при простукивании) в ответственных местах таковые должны сменяться; заклепки же, имеющие маломерные головки, плохо притянутые, прожженные, сидящие в неправильных дырах, заменяются в зависимости от того, насколько значительны в них эти недостатки. При смене заклепок вообще допускается одновременно срубание не больше одной заклепки. После окончания смены заклепок должен быть обязательно проверены (выстуканы) и просмотрены все заклепки—как вновь поставленные, так и расположенные с ними рядом; последнее требование обусловливается тем, что обычно при срубании заклепок могут расшатываться и соседние с ними заклепки. Поэтому смена заклепок должна производиться лишь в случае явной необходимости. Весьма желателен при этом точный учет как числа смененных заклепок, так и мест их расположения. в) Наблюдение над состоянием опорных частей заключается гл. обр. в содержании их в чистоте и в выправлении ушедших сильно из своего нормального положения катков. Весьма желательно плоскости катания, а также и сами катки, во избежание ржавления, натирать графитом; следует однако иметь в виду, что средство это полностью достигает цели лишь тогда, когда натирание производится при поднятых на домкратах фермах, что не всегда возможно сделать; в последних случаях можно рекомендовать смазку нефтью, но при обязатель ном условии наличия вполне исправных фартуков и осмотра опорных частей не реже, чем 2 раза в месяц.
Содержание пути на ж.-д. М. определяется следующими правилами. 1) В случае расположения пути на поперечных мостовых брусьях последние должны обязательно прикрепляться к продольным балкам помощью специальных типовых лапчатых болтов, которые необходимо держать все время в подтянутом состоянии; весьма желательно при этом, для предотвращения продольного угона брусьев под действие проходящих поездов, хотя бы каждую третью или четвертую поперечину прикреплять к продольным балкам помощью уголков-коротышей и горизонтальных болтов. 2) В случае расположения пути на балласте (балластное корыто) путь должен содержаться в том же состоянии, что и путь вне М., причем особое внимание здесь необходимо обращать на обеспечение отвода скопляющейся воды помощью специальных приспособлений (смотрите ниже). 3) Для увеличения срока службы мостовых брусьев их следует укладывать, в пропитанном состоянии; однако пропитку не следует производить хлористым цинком, так как он разъедающим образом действует на металл; в случае укладки непропитанных брусьев необходимо их обязательно осмолить или проолифить, обратив внимание на те места, которыми брусья непосредственно касаются продольных балок; торцы брусьев для возможности просыхания древесины осмаливать или олифить не рекомендуется; весьма желательна укладка между брусом и рельсовой прокладкой какой-либо упругой прокладки; эта простая мера улучшает работу бруса и он не так сильно сминается и разрушается; для предохранения брусьев от дальнейшего разрушения рекомендуется заливать смолой или зашпаклевывать все трещины, образующиеся в них во время службы; весьма важно следить за общим количеством неудовлетворительных брусьев на М.; количество это не должно превышать 15%, причем нельзя допускать, нахождения рядом двух плохих по качеству брусьев. 4) Рельсовый путь на М. укладывают таким образом, чтобы он имел плавный подъем к середине пролета М.; величина подъема может колебаться от Vsooo до 72000 пролета М., причем такой подъем достигается или соответствующей подрубкой брусьев (с глубиной врубки не более 2 см), либо применением металлических или деревянных прокладок необходимой толщины, или наконец применением брусьев разной высоты; резких изломов в продольном профиле и в плане пути на М. не допускается; кроме того необходимо следить за тем, чтобы между осью пути и осью пролетного строения были по возможности самые небольшие расхождения, причем в некоторых случаях наличия особо резких отклонений между осями пути и пролетного строения рекомендуется передвижка последнего. 5) Стыки рельс могут укладываться или в промежутках между брусьями, причем в этом случае необходимо применение под стыком двух ребордчатых мостовых подкладок, или над брусьями. На М. отверстием до 8 метров путь должен укладываться без рельсовых стыков; на М. общим протяжением менее двойной длины укладываемых рельс, а также на всех М., снабженных полными комплектами уравнительных приборов, зазоров в стыках рельс совсем не должен быть, для чего надлежит принимать специальные меры (вкладыши Янушевского, сварку рельсовых стыков); на всех остальных М. зазоры в стыках рельс не. должны превосходить 5 миллиметров; для достижения этой нормы рекомендуется применять вкладыши Янушевского; на всех ж.-д. М. вообще рекомендуется производить сварку рельсовых стыков, соблюдая однако следующие условия: а) работа эта должна производиться весьма опытным персоналом; б) после сварки головки рельс должен быть самым тщательным образом зачищены; в) сварен-.ные стыки надо располагать над брусьями; г) в целях увеличения жесткости опоры под свариваемые стыки должен быть подложены специальные подкладки; д) если длина балочного пролетного строения, считая от одной неподвижной опоры до другой или от неподвижной опоры до устоя, больше 60 м, то над подвижными опорами должен быть уложены уравнительные приборы, причем обязательно острякового типа; существующие еще до настоящего времени на нек-рых М. уравнительные приборы старого типа со вставками, дающие сильные удары при проходе по ним колес подвижного состава, должны или выноситься на устои или по возможности заменяться приборами нового типа.
В. Состояние настила на М. под обыкновенную дорогу представляет собою самый основной фактор, определяющий интенсивность динамич. воздействия нагрузки: при .наличии в настиле, в результате его износа, даже небольших по величине впадин и выбоин проходящие по ним колеса экипажей и автомобилей вызывают значительные удары. Имеющиеся на М. под обыкновенную дорогу обычные двойные дощатые настилы в этом отношении недостаточно рациональны, т. к. верхняя их часть—верхний настил—очень быстро изнашивается; благодаря этому срок службы верхнего настила при средней интенсивности движения следует считать ок. 2 лет, при сильной интенсивности— менее года. Для увеличения этого незначительного срока рационально покрывать доски верхнего настила полосками тонкого железа. Доски нижнего настила укладываются с зазорами в 2,5 см, с целью лучшей вентиляции и уменьшения вероятности загнивания их; кроме этого рекомендуется осмаливать их; срок службы нижнего настила 6—8 лет. В поперечном направлении деревянный настил укладывается в среднем с уклоном в 1,5 % с целью стока воды в продольные желоба, устраиваемые по краям настила у отбойных брусьев и имеющие ряд водоспускных отверстий. Как. желоба, так и указанные отверстия должны систематически прочищаться. Другие, более тяжелые типы верхней одежды полотна М. под обыкновенную дорогу в виде каменных мостовых (гранитной,брусчатой, щебеночной и булыжной) являются более долговечными, но они требуют внимательного и постоянного за собою ухода, особенно щебеночная и бу лыжная; последнюю приходится возобновлять почти каждый год, в связи с чем стоимость ее ремонта составляет при интенсивном движении выше 10% затраченного капитала (примерно столько же обходится ремонт и дощатого деревянного настила). Стоимость содержания текущего ремонта брусчатой мостовой значительно дешевле и составляет всего только 5 % затраченного капитала, но в этой мостовой с течением времени скалываются грани брусков, создавая тем самым неровную поверхность, во избежание чего рекомендуется делать минимальные зазоры между брусками и заливать их цементным раствором и гудроном. Являющаяся наилучшей торцовая мостовая требует за собой также бдительного надзора. Стоимость содержания и текущего ежегодного ремонта ее ок. 5 % первоначальной стоимости. Асфальтовая одежда требует весьма тщательного надзора и систематического исправления появляющихся в ней повреждений. Асфальт лучше употреблять прессованный, т. к. литой размягчается от действия солнца. Стоимость текущего ремонта и содержания асфальтовой мостовой ок. 5% первоначальной стоимости.
II. Массивные М. Осмотр и содержание регуляционных сооружений и опор массивных М. (железобетонных, бетонных и каменных) выполняется по тем же правилам, что и металлич. М. Осмотр и содержание пролетных строений массивных М. значительно проще, чем металличесхшх; особенно это справедливо по отношению к каменным М.; здесь все сводится к надзору за состоянием швов облицовки и кладки и изоляции в балластном корыте. При обнаружении на поверхности кладки потеков, вообще заметных следов сырости, должен быть проверено состояние изоляции путем ее вскрытия; в случае существования повреждений изоляция должен быть заменена новой. В качестве изоляции могут употребляться различные эластичные водонепроницаемые материалы, например толь, просмоленное джутовое полотно (или войлок), рубероид, представляющий собою листы до 2 миллиметров толщиною из шерстяных оческов, пропитанных смолой. Перед укладкой этих материалов изолируемая поверхность предварительно покрывается цементной смазкой и теплой смолой, причем при помощи последней изоляционный материал приклеивается к цементной смазке. Весьма хорошей, но очень дорогой изоляцией являются свинцовые листы толщиною до 3 миллиметров, укладываемые между двумя слоями просмоленного полотна по горячему гудрону. Последние нем. данные рекомендуют устраивать изоляцию в виде двух слоев, разделенных между собою и покрытых сверху той либо иной клеевидной смазкой; общая толщина этого изоляционного слоя (без учета толщины предварительной цементной смазки изолируемой поверхности) около 8 миллиметров. Для защиты самой изоляции от возможных мсханическ. повреждений от действия ударов подвижной нагрузки те же нем. данные предлагают покрывать изоляцию специальным защитным слоем, состоящим из пропитанных битумом картона и ткани, покрытых сверху укатанным круп ным (2 миллиметров) песком; сверху на этот защитный слой, имеющий общую толщину ок. 4 миллиметров, укладывают еще специальные плиты. При осмотре бетонных и железобетонных М. рекомендуется обращать внимание на признаки, которые указывают на существование возможных раковин в теле бетона, причем достаточно показательным в этом отношении признакомследует считать характерный глухой звук, получающийся при выстукивании молотком поверхности бетонной кладки при наличии в ней раковин. Особое внимание при осмотре и содержании бетонных и железобетонных М. приходится уделять трещинам; при достаточном развитии последних необходимо приступить к их заделке торкретированием; применение последнего может быть рекомендовано и для заделки раковин. Во избежание образования в бетоне трещин вследствие недостаточной обеспеченности темп-рных удлинений необходимо вести тщательный надзор за состоянием соответствующих {°-ных швов, периодически их прочищая.
III. Деревянные М. Для деревянных М. вопросы осмотра и содержания играют первостепенную роль с точки зрения увеличения срока их службы. Без си-стематич. тщательного надзора с последующим исправлением обнаруживаемых дефектов деревянные М. пришли бы в полную негодность через 2—3 г. При осмотре и содержании этих М. приходится обращать внимание: 1) на загнивание дерева, 2) трещиноватость отдельных элементов, 3) состояние врубок и нагелей, 4) подтянутость болтов и тяжей; 5) строительный подъем ферм. Степень загнивания дерева определяют непосредственным тщательным осмотром всех частей моста, причем в подозрительных местах рекомендуется брать пробы дерева буравами. Следует иметь в виду, что наиболее сильное загнивание образуется в тех частях М., которые подвержены действию переменной влажности (сваи М. в пределах колебаний горизонта воды, а также границы сухопутных свай на уровне земли). Опыт кроме того показывает, что большему за-, гниванию подвергаются части М.,расположенные с солнечной стороны. При выяснении состояния дерева необходимо достаточное внимание обращать и на признаки, указывающие на наличие таких причин, действующих разрушающим образом на дерево, как червоточина и грибки-паразиты. Наиболее вредными в этом отношении являются свайный червь, или шашень (Feredo navalis), бурильная раковина (Pholas) и жук-точильщик (Annobium), причем первые два обычно поражают части, находящиеся в воде, третий—части, находящиеся на воздухе. Разрушения, наносимые этими паразитами дереву, сводятся к пробуравливанию его во всехшаправлениях. Для уменьшения вероятности нападения указанных паразитов следует употреблять в дело как при самой постройке моста, так и при его ремонте более твердые породы дерева, выбирать более молодой, здоровый, без признаков болезней материал; кроме того необходимо пользоваться деревом зимней рубки, т. к. дерево весенней и летней рубки, обладаюТ. Э. m. XIII.
щее большим количеством соков, в большей степени подвержено и нападению паразитов. В целях предохранения дерева от вредного влияния переменной влажности и вообще от загнивания рекомендуется осмаливать его, обугливать или окрашивать масляной краской. Более радикальным средством следует признать пропитку дерева антисептич. составами; лучшим из них можно считать состав, состоящий из хлористого аммония (16%), хлористого цинка (4%) и воды (80%); этот состав обладает не только высокими противогнилостными, но и огнезащитными свойствами. Достоинством указанного состава является также его дешевизна. Минусы его: возможное понижение механических качеств древесины и повышение ржавления металлич. частей. Трещины в элементах деревянного М., являющиеся рассадниками загнивания, необходимо замазывать замазкой с целью устранения возможности проникновения в них влаги. Наиболее существенное внимание при осмотре и содержании деревянных мостов нужно уделять состоянию врубок и нагелей; при обнаружении расстроенных врубок следует подтягивать соответствующие болты и тяжи; усохшие, ослабевшие нагеля необходимо систематически подбивать и сменять. Весьма показательно с точки зрения оценки общего состояния ферм деревянных мостов последовательное сравнение кривых их строительных подъемов, которые для деревянных М. чрезвычайно слабо зависят от ί° влияний: во-первых, потому что коэф-т линейного расширения дерева в 3 с лишним раза меньше, чем у железа, а во-вторых, потому что пролеты деревянных М. обычно небольшие.
Исследование и испытание М. Экспериментальные исследования М. в настоящее время представляют собой сильно развившуюся специальную отрасль технич. знаний, посвященных изучению действительного характера работы как всего сооружения в целом, так и отдельных его частей. Особенно много было сделано в области указанных экспериментальных исследований в последнее 10-летие в СССР трудами Института инженерныхисследований НКПС. Все эти исследования м. б. разбиты на две основные группы: 1) исследования, выясняющие работу М. под статич. действием нагрузки; 2) исследования, выясняющие работу М. под динамич. действием нагрузки. KJпервой группе относятся исследования, посвященные изучению: а) конструктивных поправок напряжений и прогибов (т. ,е>. отношений между действительными и соответствующими теоретическими деформациями); б)· дополнительных напряжений;
в) Г-ных деформаций; г) сдвигов в заклепочных соединениях. Ко второй группе относятся исследования, посвященные изучению: а) свободных колебаний М. как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях; б) динамич. коэф-тов (то есть отношений между наибольшей динамич. и наибольшей статической деформациями) ж.-д. мостов для разных типов нагрузок (паровозов); в) динамич. коэф-тов М. под обыкновенную дорогу для различных типов нагрузок (толпа,
20
лошади, автомобили, артиллерия и т. д.);
г)коэф-тов площадей диаграмм, т.е. коэф-тов, представляющих собою отношение площадей действительных, полученных при испытании М. диаграмм тех или иных деформаций, к площадям теоретич. статич. диаграмм тех же деформаций. Такое значительное развитие дела исследования М. позволяет сейчас уже применять нек-рые результаты этих исследований при решении чисто практич. экспертных задач относительно степени удовлетворительности мостов. Производя специальное испытание М. под временной нагрузкой и рассматривая в совокупности результаты этого испытания, а также результаты осмотра М., можно делать обоснованные заключения о состоянии и качестве работы моста под нагрузкой.
А. Металлические мосты. Перед испытанием пролетного строения под нагрузкой ставится задача выяснения следующих трех вопросов: 1) общего состояния пролетного строения; 2) действительного характера работы отдельных его конструктивных частей и дефективных или усиленных элементов и 3) интенсивности действительного динамического воздействия нагрузки на пролетное строение. Наиболее сложным из этих трех вопросов является первый, то есть выяснение по результатам испытания моста под нагрузкой его общего состояния. Полное разрешение этого вопроса требует еще весьма глубоких и тонких исследований как природы металла М., так и природы работы заклепочных соединений. В настоящее время при испытании моста под нагрузкой имеются два признака, способных отчасти служить для сравнительной оценки общего состояния пролетных строений: 1) отношение действительного прогиба моста к соответствующему теоретическому (конструктивная поправка прогиба) и 2) скорость затухания свободных колебаний. Дело в том, что действительный прогиб главных ферм (обычно в середине пролета) вообще не м. б. равен теоретическому, определяемому для плоскостной шарнирной схемы, причем можно назвать две основных причины, способных вызывать разницу между этими величинами. Первая причина—влияние на прогиб М. действительной жесткости узлов, пространственности конструкции и различного рода дополнительных частей (фасонок, накладок, соединительных решеток и прочие), имеющихся в действительных пролетных строениях и не учитываемых при подборе сечений стержней. Все эти три фактора действуют на величину прогиба М. понижающе. Вторая причина—упругие расхождения в стыках и прикреплениях элементов, вследствие наличия соответствующих деформаций изгиба в заклепочных соединениях. Что эти деформации существуют и имеют достаточно заметную величину, доказывается не только результатами соответствующих лабораторных исследований, которые произведены как у нас, так и за границей, но и опытными измерениями, осуществленными на самих мостах. Для примера приводим две диаграммы, которые характеризуют деформации в стыковой накладке и в стыке вертикального листа вытянутого (фигура 24) и сжатого
(фигура 25) раскоса. Из рассмотрения графиков видно, насколько значительно стыковые расхождения превосходят соответствующие деформации в накладках. Таким образом, если обозначить величину прогиба шарнирной плоскостной фермы через /м-, величину влияния на прогиб моста первой причины через /ж., а второй причины через /3., то действительный прогиб моста м. б. представлен в следующем виде:
= /».-/*.+ L·, (1)
откуда получаем отношение между действительным и теоретич. прогибом (конструктивную поправку прогиба):
(2)
1ш·
Влияние жесткости узлов и пространственности конструкции на прогиб М. весьма невелико—порядка 4—5%; поэтому величина наиболее существенно зависит от участия в работе стержней различных допол-
Фигура 24.
Фигура 25.
нительных частей: чем больше последних, тем больше тем меньше будет прогиб f. Количество указанных дополнительных частей характеризуется так называемым средним конструктивным коэф-том веса М., то есть отношением действительного веса к теоретическому, исчисленному по теоретич. площадям сечений элементов. Т. к. для однотипных М. этот средний конструктивный коэф-т м. б. принят приближенно за постоянную величину (для балочных М. ~ 1,75), то можно считать, что относительное влияние то есть 1ж. ftи. Для подобных М. меняется несущественно; в таком случае приходим к выводу, что заметная разница в значениях конструктивных поправок прогибов (£“. : для однотипных мостов является результатом неодинаковости величин деформаций в заклепочных соединениях, причем большие по величине поправки указывают на существование и больших по своему относительному значению деформаций. Признавая (вполне обоснованно), что большие по величине расхождения в стыках являются отрицательными признаками, которые указывают на худшую работу заклепочных соединений, можно считать, что большие конструктивные поправки прогибов указывают на менее удовлетворительное состояние пролетного строения. Из ныражения (2) следует, что при=/3. конструктивная поправка -=1, при /3. > /ж, она больше 1, и
7 ш·
при f3- < fM_—меньше 1. Точного соотношения между и /3. до сих пор не установлено в виду исключительной трудности и экспериментального и теоретич. определения величины /3; однако, судя по результатам определения отношений /3. : /ш для весьма значительного числа подвергавшихся испытаниям М.,для которых как правило эти отношения всегда получались меньшими 1, можно считать, что вообще 13.<1Ж. Отсюда с достаточной очевидностью вытекает необходимость весьма осторожного отношения к пролетным строениям, имеющим конструктивную поправку прогиба больше 1; состояние заклепочных соединений подобных пролетных строений должен быть самым тщательным образом проверено путем простукивания заклепок. В некоторых, правда довольно редких, случаях не удается произвести достаточно удовлетворительного измерения прогиба ферм при помощи имеющихся для этой цели приборов (например при очень большой высоте расположения моста, когда приходится применять весьма большой длины проволоку, измерение которой не м. б. произведено с необходимой точностью при достаточно значительном ветре или при сильной скорости течения воды; или же при половодьи или ледоходе, когда измерения прогибов вообще произвести невозможно). Во всех этих случаях величину прогиба можно определить по периоду собственных свободных вертикальных колебаний пролетного строения. Период этот, как известно, выражается ф-лой:
(3)
где fp—прогиб М. от действия собственного его пог. веса р, a gr=9,81 м/ск2—ускорение силы тяжести. Т. к. прогиб fq от действия временной пог. нагрузки q должен быть равен
/»=Vp’.
то, вставляя сюда fp из выражения (3), получим:
t = Tvl. Ч. (4)
‘а р w
Т. о. зная Ту можно, не измеряя непосредственно прогиба, знать его величину.
Вторая характеристика, получаемая при испытании пролетного строения под нагрузкой и позволяющая отчасти судить об общем его состоянии,—скорость затухания собственных свободных колебаний—вытекает из следующих соображений. Вообще затухание свободных колебаний происходит вследствие наличия различного рода внешних и внутренних сопротивлений, причем чем больше эти сопротивления, тем быстрее затухают свободные колебания, и наоборот. При колебаниях М. внешними сопротивлениями являются гл. образом силы трения в опорных частях и сопротивление воздуха, а сопротивлениями внутренними—главным обр. внутренние сопротивления в заклепочных соединениях. Ясно, что для пролетных строений одной и той же системы и величины пролета влияние внешних сопротивлений на скорость затухания, при отсутствии резкой разницы в состоянии опорных частей в отношении защемления и загрязненности,
Ту-
должен быть одно и то же. Отсюда вывод: существование в подобных по системе и пролету мостах заметно разных по величине скоростей затухания свободных колебаний свидетельствует о наличии различных внутренних сопротивлений в их заклепочных соединениях, а т. к. заклепочные соединения с большими внутренними сопротивлениями являются соединениями менее удовлетворительными, то следовательно более высокие скорости затухания характеризуют менее удовлетворительное состояние пролетного строения. Скорость затухания свободных колебаний определяется нижеследующим образом. Если допустим, что те сопротивления, вследствие которых свободные колебания постепенно затухают, прямо пропорциональны ^__.— у
скорости колебаний, то - х кривая затухания амп- фигура 26.
литуд, то есть закон изменения ординат, заключающихся между линиями, являющимися огибающими кривой колебаний (фигура 26), выразится следующим уравнением:
У=Ae~ei, (5)
где ε—коэфициент, пропорциональный указанным сопротивлениям, а А—наибольшая амплитуда свободных колебаний (в момент времени ί=0). Для определения е на кривой, выражаемой ур-ием (5), можно взять две точки с ординатами у2 и ух=пуг (где п— какое-либо целое число), соответствующими моментам времени ί2 и ίχ; тогда
y1=Ae~etl и y2=Ae~et
откуда
— ·=!»= и ε=т-1--?-
Vi U-li
(6)
Скорость затухания z характеризуется т. н. декрементом затухания—произведением величины ε на период свободных колебаний Т, то есть г=εΤ=Т .Щ-, (7)
причем п обычно берется равным 2. Многочисленные опытные измерения показывают, что действительные периоды как вертикальных, так и горизонтальных поперечных собственных свободных колебаний ж.-д. балочных пролетных строений хорошо укладываются на прямые, выражаемые ур-иями Ту=0,0041 (8)
и
Тх=0,008ί, (9)
где I—пролет моста; в выражении (7) можно поэтому вместо Т поставить I, то есть скорость затухания определять ур-ием:
2=и=I (10)
l2~ll
В настоящее время определенно известно, что скорость затухания свободных вертикальных колебаний заметно падает с увеличением пролета. Для примера на фигуре 27 дана зависимость этих скоростей от пролета, полученная по результатам исследования ряда ж.-д. М. Из графиков видно, что скорости затухания оказываются различными для железнодорожных М. и шоссейных М., причем для последних они заметно меньше.
u
Iго
α
ΊΐΟ
Вторым вопросом при испытании моста под нагрузкой является выяснение действительного характера работы отдельных его конструктивных частей, а также усиленных или дефективных элементов. Здесь трудно дать какие-либо общие указания: программа необходимых измерений в каждом отдельном случае будет различна: все зависит от типа и особенностей подвергающегося испытанию объекта.
Что же касается тех измерений, которые следует производить при испытании мостов, s которые подверга лись усилению или имеют те или иные внешние дефекты и повреждения, то здесь следует иметь в виду необходимость обязательного выяснения степени участия в действительной работе усиленных элементов частей, поставленных в результате усиления, а также действительного характера работы дефективных и поврежденных элементов и влияния их на работу других элементов.
Третьим вопросом, стоящим при испытании М. под нагрузкой, является выяснение интенсивности действительного динамич. воздействия нагрузки на пролетное строение. Вопрос этот имеет существенное значение по той причине, что до сих пор М. рассчитываются, строго говоря, на дей-
| О | |||||||
| тдк | юст | Ϊ4 | |||||
| Шос | ГГ | ||||||
I 0 20 40 60 80 ЮО 120 140 160 ^ Пролет моста в м
Фигура 27.
свободных вертикальных колебаний М. вместе с нагрузкой; в этом случае образуется явление резонанса, то есть правильный рост амплитуд колебаний, причем интенсивность этого возрастания амплитуд определяется коэфициентом ε, пропорциональным сопротивлениям, имеющим место при колебаниях М. Для примера на фигуре 28 изображена диаграмма прогиба середины М. продетом 126 м, снятая при проходе паровоза серии Ч (0—4—0) со скоростью, соответствующей явлению резонанса. Скорость эта называется критической, так как именно при ней деформации в пролетном строении достигают при данной нагрузке своих наибольших значений; величина ее ν определяется по формуле
v=-°, (И)
1У
где D—диаметр колеса паровоза, а Ту— период свободных колебаний М. вместе с нагрузкой; при этом можно принять, что
~Р+ 9 Р ’
где р и q имеют то же значение, что и в выражении (4). Из ф-лы (11) можно видеть, что величина критич. скорости тем больше, чем меньше пролет. Для примера на диаграмме (фигура 29) показана зависимость критической скорости от пролета М. для поезда, состоящего из одного паровоза серии Э, имеющего .0=1,32 м, с товарными вагонами.
Ударные воздействия подвижной нагрузки на М. образуются в ж.-д. М. при проходе колес подвижного состава по рельсовым
Ту=0,0041 -у/~ 1
Фигура 28.
ствие статич. нагрузки, увеличенной лишь умножением на динамич. коэф., к-рый определяется весьма приближенно по нек-рым эмпирическим формулам, совершенно не способным оценить ни истинного характера, ни действительной интенсивности динамич. воздействия подвижной нагрузки. Природа этого динамич. воздействия очень сложна; основными факторами, определяющими ее, являются: 1) скорость движения, 2) периодически меняющиеся по величине силы, развивающиеся в подвижной нагрузке, и 3) ударные силы. Влияние первого фактора очень незначительно. Влияние второго фактора имеет существенное значение для ж.-д. М., т. к. при проходе паровозов, являющихся вообще машинами неуравновешенными в вертикальной плоскости, образуются переменные вертикальные силы, меняющиеся по закону, близкому к синусоидальному, с периодом, равным обороту колеса паровоза. От действия этих неуравновешенных сил возникают правильные колебания М., имеющие период, равный периоду действия указанных сил (то есть периоду оборота колеса паровоза). Наибольшие амплитуды колебаний получаются в том случае, когда величина этого периода совпадает с периодом стыкам, а в шоссейных мостах—при проходе колес экипажей по неровностям настила. К числу ударных же воздействий необходимо отнести также ходьбу людей и топот животных на шоссейных М. Когда все эти ударные силы действуют беспорядочно, без определенного ритма, то, нейтрализуя друг друга, они не могут создать сильного по-„ вышения динамич. эф фекта, так как сама по себе величина этих ударов, взятых в отдельности, весьма невелика; лишь для М. очень небольших пролетов,
8«
| ч | |||||
| ч | |||||
| — | |||||
20 40 I Пролет моста
ФИГ. 29.
юо ]20и имеющих малую массу, удары при проходе нагрузки по неровностям пути (рельсовым стыкам в ж.-д. М. и выбоинам в настиле в шоссейных М.) будут иметь некоторое значение. Совсем иная картина получается, как только удары способны приобрести правильную периодичность, т. к. при совпадении периода ударных воздействий с периодом свободных колебаний М. вместе с нагрузкой образуется явление резонанса и динамич. эффект резко повышается. Для примера на фигуре 30
изображена диаграмма прогиба середины 87-.М шоссейного М., снятая во время бега одного человека по мосту правильным ритмом, совпадавшим с ритмом свободных вертикальных колебаний самого М. Чтобы оценить в данном случае динамический эффект, заметим следующее. Если бы тот же человек прошел по М. обычным шагом, то прогиб тание М. должно выяснить фактическую его работу в самых неблагоприятных условиях, то есть или при явлении резонанса или при максимальных возможных скоростях движения. Т. к. критические скорости, дающие явление резонанса, для М. малых пролетов оказываются очень большими, то для этих М. максимальный динамич. эффект соответ-
AiVW A/wwvwwwwvwN^A^^~~——---
Фигура 30.
получился бы настолько ничтожным, что он даже не был бы зарегистрирован прибором,—получилась бы прямая линия. Особенно серьезным становится динамич. эффект при проходе и пробеге по мосту целой толпы людей в ногу с ритмом, соответствующим ритму свободных колебаний М. вместе с нагрузкой; в этом случае величина удара, слагающаяся из ударов многих людей, резко возрастает, в связи с чем резко возрастает и амплитуда колебаний, которая при достаточных размерах толпы может достигнуть ствует проходу нагрузки с максимальной скоростью. При производстве динамич. испытаний обычно подвергаются измерению:
а) прогиб в середине пролета главных ферм,
б) продольные горизонтальные перемещения подвижных концов главных ферм, в) поперечные горизонтальные колебания середины пролетного строения и г) напряжения хотя бы в одном элементе пояса и решетки главных ферм.
Б. Массивные М. Испытание массивных М. не получило еще такого большого
Фигура 31.
даже величин, влекущих за собой обрушение М., что и наблюдалось неоднократно. По этим соображениям проход по М. сплошной толпы в ногу не разрешается. В ж.-д. мостах ударные воздействия, возникающие при проходе колес состава по рельсовым стыкам, могут также приобретать правильный ритм, когда нормальные товарные вагоны имеют одинаковые расстояния между осями, например 3,8 метров Нетрудно себе представить, что при движении такой вагонной нагрузки со скоростью v=- будет
1у иметь место явление резонанса, то есть совпадение периода действия ударов при проходе вагонных скатов по рельсовому стыку с периодом Ту свободных вертикальных колебаний моста с нагрузкой. Для примера на фигуре 31 изображена диаграмма прогиба середины развития, как испытание металлич.М., вследствие большой мощности этих М. и меньшей реакции их на воздействие временных нагрузок. Исследования массивных М. производятся с помощью тех же измерительных приборов, что и исследования металлич, мостов; результаты этих исследований, несмотря на малые деформации массивных М., являющиеся достаточно надежными, позволяют уже сделать некоторые выводы, име-т ющие практич. значение; например исследование динамич. коэф-тов обнаружило, с одной стороны, что действительные величины их несколько меньше, чем принимающиеся при расчете железобетонных жел.-дор. мостов, а с другой стороны, что железобетонные М., несмотря на значительную величину своей массы и на наличие балластного корыта, весьма чувствительно реагируют на удары,
1,2 миллиметров.
Фиг.
109-jh. моста, имевшего посредине пролета рельсовый стык с большим зазором (~15лш). Диаграмма снята была при проходе поезда, состоявшего из одного паровоза серии 0 (0—4—0) с двухосными нормальными товарными вагонами; во второй части ее (с меньшими по абсолютной величине ординатами), соответствующей как раз проходу по мосту вагонной нагрузки, имеется правильное резонансное нарастание амплитуд колебаний до нек-рого предела, определяемого значением коэф-та ε для данного М. Из изложенного ясно, что динамич. испы-
32.
возникающие при проходе по ним подвижной нагрузки. Для иллюстрации на фигуре 32 приведена диаграмма прогиба середины 45-ж арочного двухпутного железобетонного М., снятая при проходе по нему двух встречных поездов; на диаграмме хорошо видны те значительные колебания, которые испытывал М. от ударов, возникавших при проходе колес нагрузки по среднему рельсовому стыку, имевшему как раз большой зазор. Исследование вертикальной жесткости железобетонных М., выполненное сравнением измеренных опытным путем прогибов с тео-
ретическнми, определенными для различных соотношений между модулями упругости бетона и железа, позволило установить, что это отношение заметно меньше, чем обычно принимается в расчете, и в среднем оказывается —8. Объяснением этого факта мо жет служить увеличение прочности бетона с временем, установленное, как известно, соответствующими исследованиями лабораторных образцов. Произведенное измерение деформаций при раскружаливании сводов каменного М. и сравнение их с деформациями теоретическими выяснило действительное значение модуля упругости каменной (в данном случае гранитной) кладки, к-рый
о.зо
ММ
020
0.10
О
0.10
020
0.30
ОМ
0.50
060
0.70
0.80
0.90
1.00
Горизонт перемещения верха 2 ой промежуточной опоры
Условные обозначения Перемещения от ны среднего прот -раскружаливание 1^ свода,
----- |ги
-«—* после 3"и2хчасового перерыва
5 6 7 8 9 10 11 12 13 №№операц.
Фигура 33.
оказался равным 60 000 кз/еж2, что совпадает с цифрой, предусмотренной нормами. Следует отметить, что вообще раскружаливание сводов каменных М., являющееся самым ответственным моментом в их жизни, весьма желательно вести, сопровождая его измерением наиболее ответственных деформаций—вертикальных перемещений, ключевых и горизонтальных перемещений пятовых точек сводов; особенно полезными подобные измерения следует признать в случае раскружаливания сводов многопролетных М., т. к. они позволяют регулировать равномерность опускания отдельных сводов и горизонтальных перемещений пятовых их точек. На фигуре 33 изображен график горизонтальных продольных перемещений верха промежуточной опоры, который построен но результатам измерений, производившихся при раскружаливании сводов трехпролетного каменного М. Приведенный график дает наглядное представление о последовательных перемещениях верха промежуточной опоры в течение всего процесса раскружаливания, причем большая величина перемещения, получившаяся после окончания раскружаливания, объясняется тем, что в данном случае пролеты моста были разные. Что касается узко эксплуатонных испытаний массивных М., подобных соответствующим испытаниям металлического М;, то методика их еще совсем не выработана; в то же время можно считать, что для массивных М. подобные узко эксплуатон-ные испытания под временной нагрузкой не столь необходимы и показательны, как для металлических М., гхо той простой причине,
что эта временная нагрузка для массивных мостов, особенно каменных и бетонных, составляет незначительную долю их полной расчетной нагрузки.
В. Деревянные М. Методика испытания деревянных М. является еще менее разработанной, чем методика испытания М. массивных. В общем она аналогична методике исследования металлич. М. и касается измерений прогибов и напряжений. Специальными исследованиями работы деревянных мостов в СССР занимался упомянутый выше Институт инженерных исследований НКПС. По существующим у нас технич. условиям на сооружение деревянных ж.-д. М. предусматривается обязательность производства испытания этих М. под временной нагрузкой как статической, так и динамической, причем допускаемый упругий статич. прогиб деревянных М. со сквозными фермами при действии расчетной временной нагрузки не должен превосходить величины, определяемой ф-лой;
f‘~ 24 Ehm’
где и—допускаемое напряжение дерева на изгиб в килограммах/см2, Ϊ—расчетн. пролет М. в см, h—конструктивная высота ферм в см, Е— модуль упругости дерева (110 000 килограмм/см2), а коэфициент т равен: для ферм системы Гау 1,10, Лембке 1,20 и Тауна 1,30. Кроме измерения прогибов желательно при испытаниях деревянных М. производить измерения расхождений в стыках досок и брусьев; результаты этих измерений характеризуют степень удовлетворительности работы соответствующих стыковых соединений.
Приборы для испытания М. В настоящее время существует весьма большое количество специальных точных приборов, служащих для измерения деформаций в М.,
причем все они м. б. разбиты на две основные группы: 1) приборы, способные регистрировать деформации только при статич. действии нагрузки; 2) приборы, приспособленные для регистрации деформаций при динамич. действии нагрузки. Ниже приводится краткое описание только новейших приборов.
Прогибомер инж. Н. Максимова (фигура 34), служащий для измерения статич. прогибов, состоит из точеной стойки I, на верх которой насажена ось .2, несущая на себе на шарикоподшипниках 4 шкив 5, к торцу которого прикреплен диск 6 с циферблатом. Диам. окружности, по которой нанесены на циферблате де-
ления, в 5 раз больше диам. шкива. Насаженные на ось 2 две стрелки имеют симметричные выгибы, которыми они могут обжимать штифтик 7, расположенный на радиусе, проходящем через нулевое деление шкалы; в прижатом к штифтику 7 состоянии концы стрелок указывают на нуль; штифтик 7 может ложиться на диск, тогда он не мешает движению шкива и диска. Штифтик 8 со спиральной пружиной, помещенной в специальном цилиндре, прикрепленном к крышке прибора, служит для приведения стрелок в нулевое положение. Кроме двух подвижных стрелок, насаженных на ось 2, имеется еще неподвижная стрелочка, прикрепленная к коробке прибора. Шкала разделена на 450 частей. Весь прибор заключен в ме-таллич. коробку, прикрепленную к шайбе 3, со съемной крышкой, могущей поворачиваться. При измерении стойка 1 вставляется в специальную струбцинку, привертываемую к М.; через шкив 5 перекидывается проволока или специальная стальная лента, один конец которой связан с проволокой, идущей к неподвижной по отношению, к М. точке, а к другому концу подвешивается грузик, создающий постоянное натяжение в проволоке. При прогибе М. шкив вместе с диском-циферблатом поворачивается, причем при непрерывном наблюдении за изменением величины прогиба можно пользоваться неподвижной стрелочкой, при желании же получить только максимальные величины прогибов пользуются двумя другими стрелками; в этом случае перед испытанием они приводятся в нулевое положение при приподнятом штифтике 7; при прогибе в одну сторону одна из стрелок повертывается вместе со шкивом, другая остается на месте; прогиб в обратном направлении регистрируется второй стрелкой. Масштаб увеличения прибора 5:1. Опыт трехлетнего применения этого прибора в СССР дал весьма удовлетворительные результаты.
Экстензометр Гуггенбергера (Huggenber-ger, фигура 35) служит для измерения удлинений материала между двумя точками. Состоит он из двух неравноплечих рычагов h и м, из которых последний является одновременно указательной стрелкой; распорка п служит для передачи перемещения верха рычага h стрелке ж; не трудно представить, что при удлинении базы I прибора конец стрелки ж пойдет влево (растяжение), при укорочении—вправо (сжатие). База I в(при-боре равна 2 см; она может быть увеличена употреблением дополнительных штанг с имеющих длину 10, 20, 50, 80 и 100 см, к которым прибор может привинчиваться специальным зажимным винтом; в этом случае прибор располагается несколько наклонно, с тем чтобы он касался исследуемого элемента только одним острием b. Прикрепление прибора к исследуемому М. осуществляется помощью специальных зажимных струбцинок разнообразной формы. Масштаб увеличения в среднем ок. 850 : 1. Для работы на М. модель, изображенная на фигуре 35 (т. н. модель В), неудобна тем, что механизм прибора не защищен от действия атмосферных влияний. В настоящее время имеется другая модель (А), в этом отношении более
удобная, так как наиболее сложная по конструкции часть прибора заключена в коробочку (фигура 30); кроме того в этой модели шкала прибора имеет зеркало s, позволяющее делать более точно отсчеты. Масштаб увеличения в приборах модели А также больше, в среднем ок. 1 100 : 1. Обе модели при значительном ветре на М. не позволяют делать удовлетворительных отсче тов, т. к. стрелки приборов сильно колеблются. По измеренным удлинениям и модулю упругости материала можно знать напряжения в нем.
Экстензометр Гейгера (фигура 37) употребляют для измерения удлинений между двумя точками материала при динамич. действии нагрузки. Он состоит из двух главных частей: 1) коробки с часовым механизмом и приспособлением для записи диаграммы изменения удлинения;
2) штанги с двумя зажимами для прикрепления ее к исследуемому элементу. Штанга 1 длиной 250 и 500 миллиметров представляет собою полую трубку с внутренней нарезкой; одним концом она ввертывается в ось одного из зажимов 2, неподвижного относительно штанги; в другой конец штанги ввертывается конус 3, который своим острием упи
[ 3=0
ЕЗ
Фигура 36.
Фигура 37.
рается в коленчатый рычаг 4, имеющий ось вращения во втором зажиме 5 штанги. На конце рычага 4 имеется углубление, в к-рое вставлена игла 6, другим своим концом упирающаяся в углубление рычага 7; послед-
ний своим концом прижимается к игле 8, проходящей через отверстие в коробке 10 часового механизма, снабженной пружиной и соединенной с пишущим пером 9. Не трудно видеть, что при изменении расстояния между зажимами 2 и 5 штанги это изменение помощью указанной выше системы рычагов передается в известном масштабе на конец пишущего пера. Как зажимы, так и коробка с часовым механизмом прижимаются к исследуемому элементу помощью специальных струбцинок 22. С помощью коробки экстензометра Гейгера можно производить и измерение прогибов при динамическом действии нагрузки. Институт инженерных исследований НКПС с успехомпри-меняет при этом способ, схематично изображенный на фигуре 38. К мосту прикрепляется только коробка прибора Гейгера с коленчатым рычагом 7; между мостом и неподвижной по отношению к нему точкой (дном реки) натягивается помощью пружины 12 вертикальная проволока, имеющая на уровне коленчатого рычага прибора отросток, входящий в углубление на конце этого рычага. Т. к. в проволоке все время действует постоянное натяжение, равное натяжению пружины, то при вертикальных перемещениях М., происходящих вместе с прибором, происходит одновременно и поворот рычага 7, передающийся затем иглой 8 на ленту. В последнее время Гейгер предложил усовершенствованную модель своего прибора, в которой часовой механизм отделен от остальной части прибора; кроме того в этой модели прибор заключен в закрытую коробку.
Виброграф Гейгера может регистрировать колебания М. как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Описание см. Колебательные движения.
Экстензометр Cambridge Stress Recorder служит для измерения удлинений материала между двумя точками при динамическом
действии нагрузки. Схема его устройства изображена на фигуре 39. Измерения могут производиться на базе, равной 38 ем (15 дм.). Прибор состоит из тяжелой металлич. рамы-коробки, имеющей два закрытых отделения, в одном из которых помещается часовой механизм Р, а в другом подвижная часть прибора и пишущее приспособление. Прибор прижимается к испытываемому элементу тремя острыми конусами специальной струбцинкой, нажимающей на выступ С рамы. Два конуса неподвижны, третий, связанный с частью D прибора, может вместе с ней поступательно перемещаться благодаря наличию соответствующих шарниров Е иД. Это перемещение части D передается рычагу К, связанному с пишущим пером М, снабженным на конце острым штифтиком S, царапающим диаграмму на целлюлоидной ленте К. Увеличение на ленте равно 10, так что диаграмма затем рассматривается в специальный микроскоп, дающий возможность делать непосредственно отсчеты напряжений для различных модулей упругости материала. Большого распространения при исследовании М. этот прибор не получил.
Экстензометр Шефера (О. Schaefer) фирмы Майхак служит для измерения удлинений материала между двумя точками под статической нагрузкой. По принципу действия он отличается от всех описанных выше приборов и относится к разряду акустических струнных приборов. Основная схема измерений этим прибором приведена на
фигура 40. На исследуемом элементе прикрепляется струна 2, которая снабжена постоянным магнитом 2 с катушками на полюсах; катушки эти включены в общую электрич. цепь, питаемую батареей 3; при нажатии кнопки 4 ток проходит через катушки, усиливает магнитное поле постоянного магнита и притягивает к себе струну 2; при отпуске кнопки 4 струна приходит в колебательное движение, вызывающее в катушках магнита 2 индуктированные токи, проходящпе, как нетрудно видеть из схемы, через телефон о, в который можно слышать звук с высотой тона, соответствующей натяжению струны. Непосредственно в самом приборе заключена струна 6 с таким же магнитным приспособлением 7, включенным в ту же электрич. цепь, что и струна 2 на исследуемом элементе. Натяжение струны 6 может меняться винтами 8 ж 9, причем вращение последнего фиксируется показаниями соответствующей шкалы. Звучание струны 6 совершенно таким же способом, как и струны 2, передается при отпуске нажатой кнопки 20 в телефон 5. Изменяя винтом 9 натяжение струны 6 и заставляя ее звучать в унисон с струной 2, можно отмечать по шкале отсчет, соответствующий первоначальному натяжению измерительной струны. При загружеыии исследуемого элемента натяжение струны 2, а следовательно и тон ее звучания, меняется. Эта разница в тоне определяется по той же шкале 9. Т. к. между длиной струны и
Прикреплен“мосту :
И
St
Прикреплен к !
“ocm£lLi_b
НепеСыкчая течка.
Фигура 38.
числом ее свободных колебаний (то есть тоном) существует прямолинейная зависимость, то упомянутая разность дает в известном масштабе и удлинение. Длина базы прибора (расстояние между исследуемыми точками) 15 см. Для включения различных струн, которые находятся на испытуемом элементе, служит рукоятка. Для усиления звука в электрич. цепь включается обычно еще специальный усилитель.
Телеметры. В самое последнее время появились приборы, которые относятся по принципу своего действия к типу электрических. Они служат для измерения удлинений между двумя точками материала. Самый прибор (фигура 41, А) состоит из металлич. вилкообразной рамки те, соединенной с коробкой с имеющей внутри продольную диафрагму h, разделенную по середине своей длины вертикальным полым цилиндриком к, снабженным на нижнем конце коническим острием е; подобное же острие имеется и на одном из концов рамки те; острия ей служат для прижатия прибора помощью специальных струбцинок к исследуемому образцу, причем для того, чтобы можно было сделать это в отношении острия /, внутри полого цилиндра к вставлен стержень г, снабженный двумя шарнирами, делающими возможным независимое поступательное перемещение цилиндра к по отношению к стержню i. Диафрагма Сможет перемещаться вместе с цилиндром к и изменять при этом взаимные расстояния между насаженными на нее угольными пластинками (служащими сопротивлениями) так. обр.,что пластинки на одной половине диафрагмы сближаются, а на другой раздвигаются, что ведет к изменению величины сопротивления в каждой половине диафрагмы. С помощью трех проводов, заключенных в один кабель, прибор включается в цепь мостика Витстона (фигура 41, В), расположенного в специальном измерительном помещении, могущем находиться вдали от моста. При изменении расстояния между остриями е и /, то есть при наличии деформации в исследуемом элементе, образуется разница в сопротивлениях угольных пластинок одной и другой половины диафрагмы h, которая вызывает изменение силы тока в мостике Витстона.
При статическ. действии нагрузки это изменение силы тока можно регистрировать миллиамперметром; при динамической нагрузке вместо миллиамперметра употребляется осциллограф, регистрирующий деформацию помощью воздействия светового луча на фотографическую пленку, в последующем проявляемую и увеличиваемую.
Организация осмотра и испытания М. на ж. д. СССР. Все М. с металлич. пролетными строениями на ж. д. СССР подвергаются периодически осмотру и испытанию. В зависимости от продолжительности срока осмотра существующими правилами различаются три вида его: 1) текущий, 2) годовой и
3) периодический. Текущий осмотр производится не менее, чем два раза в месяц, тем дорожным мастером, в непосредственном ведении которого находится данный М. В основном содержание текущего осмотра заключается в регистрации возможных наружных повреждений и дефектов в регуляционных сооружениях перед М., в опорах и пролетных строениях (особенно в балках проезжей части), с обращением особого внимания на факторы, которые указаны выше (смотрите Надзор за состоянием М.). При текущем же осмотре производится также и выстукивание заклепочных соединений и регистрация обнаруженных слабых заклепок. Никаких инструментальных съемок, за исключением простейших необходимых обмеров, как правило при текущем осмотре не производится. Данные, полученные в результате этого осмотра, заносятся в специальную книгу текущих осмотров, хранящуюся у дорожного мастера. Годовой осмотр М. производится один раз в год начальником участка пути, примерно в объёме, изложенном выше; не обязательны лишь геодезич. съемки. Результаты этого осмотра заносятся или в упомянутую книгу текущих осмотров или в специальную матрикульную кни-гу, если таковая заведена для данного М. Матрикульные книги, имеющие целью фиксировать историю жизни сооружения с момента окончания его постройки, заводятся начальником участка пути по специальной форме для М. следующих категорий: а) имеющих пролетные строения с величиной пролетав 50 м; б) имеющих общее отверстие в 100 метров и более, независимо от величины пролетов, и в) имеющих очень высокие насыпи (15 метров и.более), независимо от величины пролета. Периодическое освидете л.ь-ствование М., состоящее из осмотра и испытания под нагрузкой, производится для большинства М. через каждые 6 лет; исключение составляют М., расположенные на второстепенных линиях, где такие осви детельствования могут производиться через 8 лет; кроме того для М. новых первое после приемки периодич. освидетельствование назначается через 2 г. Периодич. осмотр и испытание М. под нагрузкой производятся во всем согласно изложенному в помещенных выше разделах, посвященных осмотру и испытанию М. под нагрузкой. Периодические освидетельствования большинства М. (с от-
Угопьн. пласт. ® f—ШШИКЧ—ЦЦ1И!!11!!1111!5!Ц-^ *
дельными пролетами выше 30 ж) производятся специальными подвижными организациями—районными испытательными станциями (в Москве, Саратове и Киеве), находящимися в ведении Центрального управления ж.-д. транспорта. В настоящее время правила периодического освидетельствования и испытания М. с металлич. пролетными строениями перерабатываются. с. ипьясевич.
Усиление тостов.
Усиление металлических М. Если какое-либо металлическое пролетное строение, вследствие недостаточной прочности его в целом или в отдельных частях, перестает удовлетворять условиям эксплуатации, то во многих случаях целесообразно поставить вопрос о сохранении его для дальнейшей эксплуатации посредством усиления прочности до допускаемых нормами пределов. Усиление пролетного строения целесообразно лишь при удовлетворительном его состоянии или при дефектах, устранение которых м. б. произведено без ущерба для эксплуатации и не чрезмерно велико по стоимости. Целесообразность и экономичность усиления выявляются каждый раз в каждом отдельном случае и целиком зависят от выбора способа усиления и объёма работ. Основной предпосылкой при этом является необходимость производства работ без полного перерыва движения, к-рый допустим лишь на самый короткий срок и не должен представлять существенных стеснений для эксплуатации дороги.
Усиление м. б. капитальное или частичное. Первое производится на нагрузку, одинаковую с применяемой для новых М. Второе применяют при наличии благоприятных конструктивных условий для устранения расчетных перенапряжений в элементах М. от нагрузки, подлежащей введению в обращение на дороге в ближайшее время или действующей, в случае если такая нагрузка обращается по М. с какими-либо ограничениями. При этом всегда одновременно с усилением необходимо устранять конструктивные недостатки и дефекты, могущие уменьшить расчетную прочность. Как правило
Фигура 42. Фигура 43. Фигура 44.
капитальное усиление наиболее рационально производится путем изменения тем или иным способом системы пролетного строения или путем добавления новых частей, которые в основном мало затрагивают существующую конструкцию (например добав ление третьей фермы — смотрите ниже). В противоположность капитальному усилению, ч ас т и ч н о е усиление целесообразнее всего выполнять методами непосредственного увеличения существующих сечений, а иногда
сменой отдельных частей или путем постановки деревянной разгружающей опоры. Из вышеизложенного ясно, что при частичном усилении, доводящем прочность до пределов, достаточных только на сравнительно короткий срок, следует предусматривать возможность и дальнейшего усиления, почему часто в этих целях проектируют т. наз. прогрессивное усиление. Очевидно, при достижении благоприятных результатов этот прием должен явиться наиболее экономичным, т. к. одновременно он требует меньших капитальных вложений и имеет наименьшую капитализированную стоимость. Для усиления обычно употребляют металл, удовлетворяющий кондиционным условиям и обладающий качествами не ниже свойственных усиляемой конструкции. Различные способы усиления металлических М. м. б. сведены к нижеследующему.
1) Усиление сплошных балок и сквозных ферм непосредственным увеличением сечений. Недостаток прочности в сплошных балках может оказаться как в основном сечении,
работающем на изгиб и скалывание, так и в заклепочных соединениях. Для увеличения момента сопротивления балки наклепывают дополнительные горизонтальные листовые накладки (фигура 42) или вертикальные стенки в пределах поясов (фигура 43). Сопротивление стенки скалыванию может быть увеличено путем наклепки в необходимых местах вертикальных накладок (фигура 44). Недостаточную прочность заклепочных соединений можно легко устранить поочередным рассверливанием заклепок на больший диаметр, если прикрепление не дает места для добавления новых заклепок, хотя бы и малого диаметра, или обращением имеющихся заклепок в четырехсрезные (фигура 45). Когда перенапряжения велики или движение совершенно не м. б. прервано, возможно усиление путем добавления к балкам шпрен-гелей. На фигуре 46 представлен пример усиления шпренгелем поперечной балки моста с ездой поверху, причем использовано наличие поперечных связей. Другой пример из фигура 48 и 49. Для противовесов применяются преимущественно старые рельсы.
В связи с широким развитием за последнее время сварочного дела и началом при-
аналогичного усиления показан в двухпутном М. (фигура 47) с ездой понизу, причем шпренгель изготовляется совершенно самостоятельно.
Увеличение прочности поясов и элементов решетки сквозных ферм методом непосредственного усиления сечений их возможно самыми различными приемами. Необходимо только всегда иметь в виду, что новый металл нужно устанавливать с наименьшей переклепкой существующих заклепок. В необходимых случаях следует учитывать перераспределение напряжений от постоянной нагрузки. Иногда повышение прочности сечений части или всех элементов решетки м. б. достигнуто путем добавления новых стержней, то есть изменением системы решетки. Весьма часто сжатые стержни решетки оказываются наиболее слабыми. В таких случаях увеличение моментов инерции или же уменьшение вновь устанавливаемыми поперечными связями свободной длины сжатых работающих на продольный изгиб стержней весьма часто просто решает задачу. Всегда необходимо иметь в виду, что вновь наклепанный металл не принимает участия в работе на постоянную нагрузку, если только его постановка не сопровождается разгрузкой существующей конструкции от собственного веса. Эту разгрузку целесообразнее всего производить при помощи рычагов с противовесами. Основы устройства рычагов ясны
Фигура 48.
^ψ^/7/7^77 Щр:
менения сварки при усилении, методы непосредственного увеличения сечений начинают приобретать большее, чем ранее, значение. Объясняется это обстоятельство тем, что замена заклепок сваркой позволяет усилить стержни, не переклепывая существующих заклепок, как это например видно на фигуре 50.
2) Усиление главных ферм добавлением новых ферм. В целях капитальн. усиления существующие главные фермы могут быть усилены путем передачи части вертикальной нагрузки на дополнительные фермы. Последние устанавливаются либо снаружи, по одной рядомс каждой из существующих (фигура 51) либо одна в середине М. (фигура 52). Этот способ усиления уступает во многом указанному ниже и основанному на принципе изменения системы, но в нек-рых случаях он оказывается единственно возможным, так как он не меняет местных условий (например подмостового габарита и прочие) и применим при любой схеме ферм существующего М. Наибольшее внимание при его применении должен быть уделено обеспечению правильности работы отдельных ферм.
3) Усиление главных ферм путем изменения системы. Изменение схемы существующих ферм в целях капитального их усиления является наиболее рациональным приемом. Выбор способа при этом целиком зависит от местных и экономических условий. Возможны следующие способы. Если многопролетный мост образован разрезными балочными фермами с параллельными пояса- фи14 50ми, имеющими благоприятные условия у опор для наклепки на них нового металла, то с технической стороны не представляет затруднений обращение этих разрезных ферм в двухпролетные, или даже в многопролетные неразрезные балки, путем соединения их над существующими опорами. Наличие благоприятных местных и конструктивных условий во многих случаях делает возможным усиление разрезных балочных мостов при помощи разгрузной цепи или арки. Первая применяется чаще для М. с ездой поверху и реже при езде понизу, а вторая—гл. обр. для М. с ездой понизу. Основное преимущество этого способа заключается в том, что подавляющая масса нового металла сосредоточивается в конструкции, которая мало связана с существующей, почему металл м. б. доставлен на место в обработанном виде. Вместе с тем существующая конструкция требует усиления незначительного и почти исключительно в части решетки. Благодаря этим обстоятельствам сильно уменьшается объём работ по наклепке и пригонке на месте нового металла, что производится преимущественно при помощи висячих подмостей. Как правило цепь или арка нагружаются частью постоянной нагрузки существующих пролетных строений, что
mo I L то
Фигура 51.
достигается путем искусственного натяжения цепи и распора арки. В некоторых случаях экономическая выгодность или техническая невозможность других решений заставляет остановиться на усилении при помощи подведения новых опор. С этой целью для капитального усиления возводятся опоры постоянного типа, массивные или металлические на массивном фундаменте. Пролетные строения т. о. превращаются в двухпролетные неразрезные при усилении разрезных и в многопролетные неразрезные при усилении неразрезных. Подобное решение как правило исключает необходимость усиления поясов, но требует значительного увеличения прочности решетки, что достигается проще, чем в отношении поясов. Т. к. многопролетные неразрезные
Фигура 53.
балки имеют эксплуатонные недостатки, могущие вредно отразиться на работе М., то при усилении, в соответствующих случаях, предусматривают разрезку ферм над
щ и про всеми или только нек-рыми существующими опорами, чем и парализуются недостатки. На фигуре 53 представлен пример подобного усиления. Существующее четырехпролетное неразрезное строение при помощи промежуточных металлических опор было превра щено в восьмипролетную неразрезную балку. Последующей автогенной разрезкой над двумя старыми опорами оно обращено в две двухпролетные неразрезные балки крайние к устоям и одну четырехпролетную в середине М. Наконец, когда по техническим или другим соображениям капитальное усиление металлом нецелесообразно, то возможно усиление моста путем заделки его в бетон. Сущность этой работы ясна из фигура 54 и 55 (фигура 54 изображает мост до усиления, а фигура 55—после усиления). Необходимо иметь в виду, что применение подобного усиления требует перерыва движения по щему М. на все время работ.
4) Усиление при помо межуточной деревянной опор ы. Чрезмерная слабость пролетных строений в нек-рых случаях делает совершенно нецелесообразным их капитальное усиление. Однако для возможности эксплоата-ции М. с подсобными фермами, впредь до замены их новыми, неизбежно нек-рое их усиление, в целях обеспечения необходимой
Фигура 55.
Фигура 54.
безопасности движения. Так как усиление с самого начала, в данном случае, носит характер временного, то наиболее целесообразным может явиться устройство деревянной разгружающей опоры в середине пролета. Подобные опоры применяются двух типов. В одном случае (фигура 56) разгрузка пролетного строения достигается установкой на опоре рычагов: длинные плечи cm.б-
жены противовесами, короткие подпирают фермы. Степень разгрузки соответствует весам противовесов, величине длинного плеча и количеству рычагов. Для предохранения деревянной опоры от удара противовесом после схода поезда с М., под конусами
больших рычагов устанавливают пружинные буфера. Давление на опору от вертикальной нагрузки в этом случае практически постоянно. Второй тип (фигура 57) разгружающей деревянной опоры основан на применении пружинных буферов, которые устанавливают на оголовках. Степень разгрузки в этом случае пропорциональна сопротивлению буфера и зависит от его осадки под
Фигура 57.
нагрузкой. Фермы после усиления обращаются в неразрезные с промежуточной упругой опорой. Временная нагрузка в этом случае оказывает непосредственное влияние на опоры. Отсюда вытекает необходимость в опорах возможно менее упругих.
Лит.: Белелюбский Н. А. и Богу славский Н. Б., Вопрос об усилении ж.-д. мостов на международном ;к.-д. конгресре в Берлине в 1910 г., СПБ, 1911; Каяенцев П., Вопрос об усилении железных мостов на 8 международном конгрессе, СПБ, 1911; Беляев Η. М. и Евграфов Г. К., Опытные исследования работы пролет ного строения, усиленного дополнит, упругими опорами, 5 Сборник Бюро инженерных исследований, М., 1926; Schaech terle К. W., Verstarkung. Umbau u. Auswechselung von Eisenbahnbriicken, Berlin, 1926; В 1 e i c h E., Ober d. Verstarkung d. eisernen Brii-cken, «Eisenbau», Lpz., 1911; Waddel J., Bridge Engineering, N.Y., 1916; «Bauteebnik», В.; «Bauin-genieur», В., 1924—1929. В. Орлов.
Усиление каменных мостов. Железобетон (смотрите) и новые методы выполнения работ, например железобетонных при помощи торкретирования (смотрите), дают полную возможность не только восстановить старые нуждающиеся в капитальном ремонте каменные мосты, но если это требуется, то и усилить их. С этой целью необходимо в первую очередь установить, насколько сохранился изолирующий слой, покрывающий забутку моста, а затем, в случае обнаружения дефектов, выяснить, сохранилась ли созданная затвором связь между отдельными камнями. Первое можно обнаружить часто по состоянию второго. Проникнувшая в каменный массив М. вода выщелачивает раствор, а мороз производит дальнейшее разрушение М. Поэтому
ходится гл. обр. позаботиться об устройстве надлежащего изолирующего покрытия и рационального отвода воды, а затем уже восстанавливать связь между камнями кладки. Последнее, при современных способах работы, достигается: расчисткой швов снаружи, прополаскиванием разложившегося и раскрошившегося раствора изнутри путем нагнетания воды внутрь пустых швов каменной кладки через специально пробитые отверстия и впрессовыванием после этого в пустые швы кладки цементного раствора. В случае усиления моста указанные отверстия используются для заделки в них железных стержней с крючками на концах. К этим стержням прикрепляется арматура железобетонной рубашки, обхватывающей опоры М., и арматура (фигура 58) подводимого под старый каменный свод нового железобетонного свода, усиливающего работу первого. Этим мероприятием (заделкой в старую кладку железных стержней) достигается контакт как в смысле связи, так и в отношении совместной работы между старыми и новыми частями комбинированного свода и устраняется возможность образования промежутка между указанными частями. Особенное внимание должно быть обращено на тесное сопряжение между собой старой и новой опорных частей свода, что достигается, помимо связи при помощи упомянутых выше заделанных в старую кладку железных анкерных стержней, еще зубчатым соединением (фигура 59). Дабы избежать осадки новой части свода при раскружали-
вании, целесообразно устраивать подвесную опалубку, прикрепляя ее к заделанным в старую кладку круглым железным анкерам с винтовой нарезкой на концах,.к которой при помощи навинтованной муфты прикрепляется, при помощи такого же стержня с винтовой же нарезкой, подвеска (фигура 60) для подвесной опалубки. Прикреплениепод-
Фигура 61.
вески при помощи стяжной муфты дает возможность (в случае надобности) подтягивать подвески, а следовательно и опалубку, лежащую на изогнутых по очертанию свода уголках подвесок. Пока бетон еще не схватился, вся тяжесть новой части свода передается целиком на старую часть свода; вот почему приходится новую часть свода выполнять не по всей ширине его, а кольцевыми полосами, приступая к новой полосе только после того, как схватится бетон предыдущей. Работа ведется обыкновенно время, можно указать на работы по усилению каменного сводчатого М. через реку Редер (Roder), произведенные в 1926—27 годах, и на относящиеся к последнему времени работы по усилению и уширению каменного М. через реку Верра (Werra) в Витцен-гаузене. Оба моста находятся в Германии. Первый имеет пролет в 44,7 м, перекрытый цилиндрическим сводом. Разрушение раствора во швах произошло вследствие отсутствия хорошего изолирующего поверхностного слоя и прониканию, благодаря этому, воды внутрь каменного массива моста. Работы по усилению М. и одновременному устранению дефектов связи между камнями кладки состояли в общем в следующем. С внутренней поверхности свода по площади 400 м? были пробуравлены 1 250 отверстий диаметром 40—45 миллиметров и длиной в среднем 1,4 м, а в щековых плоскостях—по площади в 400 м2—1 680 отверстий длиной от 1 до 2 метров При посредстве этих отверстий швы были прополосканы водой под давлением и, по вставлении в отверстия круглого загнутого
производя начиная со средней полосы и _ ее одновременно от обеих опор. В замке оставляется свободное пространство для устройства замковой опалубки (фигура 61), постепенно (при помощи клиньев) передвигаемой по мере усадки бетона кольцевых полос и удаляемой по окончании последней, после чего впрессовывается бетонный замковый клин. Как и при всех бетонных работах, так и в данном случае, соблюдается правило целесообразной подготовки старых поверхностей к сопряжению с новыми. Все эти работы обусловливают, разумеется, устройство соответствующих лесов. Из работ по восстановлению и усилению старых каменных мостов, выполненных в последнее на выступающих концах железа диаметром 16 миллиметров и общей длиной 2 000 м, заполнены путем впрессовывания цементного раствора. К указанным стержням была прикреплена арматура (фигура 62) новой железобетонной части свода. Толщина железобетонной части свода; в замке—1,10 м, в пятах—2,10 метров (фигура 63). При пролете свода 32,20 метров (в свету) и высоте стрелки 7,30 метров получились следующие краевые напряжения, учитывая <°-ные изменения и усадку бетона:
I вверху 59,6 килограмм/см2 сжатия и соответственно R яямкр J 12>2 килограмма/СЛ|2 сжатия;
) внизу 32,6 килограмм/см“* сжатия и соответственно I 18,6 килограмм/см2, растяжения;
(вверху 29,8 килограмм/см2 сжатия и соответственно r __τ_γ I 36,0 ка/с.»2 растяжения;
i внизу 69,6 килограмм/см“ сжатия и соответственно ( 7,4 килограмма/ом2 сжатия.
В виду этого пришлось в основу расчета принять допускаемое напряжение в 70 к г/см2 при временном сопротивлении пробного ку
бика бетона через 28 дней в 275 килограмм/см2, что допустимо по германским нормам в особых случаях при высокосортном цементе. Опорные части старой и новой части свода были соединены наискось поставленными круглыми железными анкерами диаметром 14 миллиметров и 24 миллиметров и зубчатым сопряжением,
вдавшись в старую кладку у подошвы на 0,85 м, чем достигалось уширение подошвы новой части свода и уменьшение давления
ЩВ
Разрез по HI
Разрез по C~d
на скалистый грунтдо 12,7 килограмм/см2. Железные стержни арматуры рассчитаны были на допускаемое напряжение в 1 200 килограмм/см2, причем этой арматуры потребовалось на 1 метров ширины свода: в замке /„=22,62 см2, в пятах/„=85,07 см2,
= 63,81 см2. При работах была применена под-весно-подтяжная опалубка, для чего были заделаны на 1 ж в каменную кладку 400 железных анкеров диаметром 26 миллиметров, считая 1 анкер на 1 м2 внутренней поверхности свода. Наибольшее напряжение сцепления было обнаружено в 35 килограмм/см2.
Забетонирование пространства между внутренней поверхностью старой части и подвесной опалубкой производилось кольцевыми слоями шириной 2,67 ж, на чиная от среднего слоя и ведя работы одновременно от обеих опорных частей. Замковая опалубка снималась и замковая часть бетона впрессовывалась по окончании усадки бетона под давлением от 4 до 6 atm. Бетон применялся для опорных частей свода последовательно, считая снизу вверх, состава 1:6:8, 1:4:5, 1:2:3 и для свода 1:2:3, причем на 1 м3 готового бетона брался высокосортный цемент весом 300 килограмм при отношении гравелистого песка (8,42% зерен диам.
7—40 миллиметров и 91,58% зерен диам. 0—7мм) к диабазовому мелкому щебню (79,91% зерен диам. 7—40 миллиметров и 20,09% зерен диам. 0—
7 миллиметров) как 1 :1,5. Бетонную смесь составляли из 78 л цемента, 144 л гравелистого песку и 216 л мелкого диабазового щебня.
Второй из упомянутых выше мостов (через р. Берра) был не только восстановлен в своих старых частях и усилен, но и расширен. До уширения мост имел ширину проезжей части в 4,40 метров при ширине тротуаров в 1,00 м; после уширения эти части моста имели размеры соответственно 6,00 метров и 1,40 ж. Восстановительные работы заключались в 5 расчистке швов от разложившегося и раскрошившегося раствора,—произведя эту расчистку снаружи вручную, аизнутри прополаскиванием швов водою под давлением. С последней целью были пробуравлены по 3 отверстия на 1 ж2 видимых поверхностей моста глубиной ок. 50 еж каждое. По заполнении затем пустот камнем (нек-рые камни оказались вывалившимися вследствие потери связи с раствором) был впрессован под большим давлением свежий цементный раствор состава 1:3 до заполнения всех пустот, трещин и пробитых отверстий. Каждая такая операция захватывала площадь окружностью от 3 до 5 ж.
Разрез по <J~h
ФИГ. 66.
| gz>c | “ГЛ- | |
| 1 1 1 1 | ||
| pG | ||
| 1 1
--1—:- |
Фигура 67.
Новые железобетонные уширяющие мост части свода были сделаны плоскими сегментными и основаны на старых выступающих ча-
стях промежуточных устоев (фигура 64) и новых бетонных придатках к береговым устоям, причем замки были приподняты настолько, чтобы не закрывать старые своды. Состояние фундаментов старых выступающих частей устоев вызывало необходимость в усилении их, вследствие чего в расстоянии около 0,80—1,00 метров от головной части устоев был устроен (на глубину 2 м, считая от ложа
и, по выборке между ним и старым фундаментом грунта на глубину 0,80—1,00 м, образовавшийся промежуток заделан железобетоном (фигура 65). Для лучшей связи последнего с старой кладкой устоев в последних были выделаны зубцы, в которые был втрамбован упомянутый выше железобетонный опоясывающий головную часть устоев слой, скрепленный с старой кладкой еще железными анкерами диаметром 20 миллиметров. Шпун-товый ряд, образовавший вокруг головной части устоев ящик, преследовал цель предохранить устои от подмыва. Фасады новых частей были обработаны песчаником. Конструкция лесов, подмостей и опалубки видна из фигура 66; к ним было предъявлено требование беспрепятственного пропуска плотов
Фигура 69.
по реке и во время работ. Интересны еще работы по усилению бетонного М. под обыкновенную дорогу, выполненные в 1924—25 гг. в Розенгартене близ Франкфурта на р. Одере (в Германии). М. имеет в длину 100 метров и ширину 9 м; пролеты его перекрыты двухшарнирными сводами (фигура 67). В виду обнаруженной осадки и сдвига опоры I и появления вследствие этого трещин в соседних сводах признано было необходимым устранить эти дефекты и усилить опоры М.
с предохранением их от сдвига. С этой целью вокруг опоры I были загнаны в грунт бетонные сваи, перекрытые железобетонной
Фигура 70.
опорной подушкой, связанной с опорой. Против оползней грунта были заложены между опорами I, II и III и между опорой I и ближайшим береговым устоем железобетонные балки в виде обратных разгружающих сводов (фигура 68) с одновременным усилением упомянутого берегового устоя. По окончании этих работ было приступлено к заделке трещин цементом при помощи тор-
кретировочных и инжекторных аппаратов по предварительной прочистке трещин нагнетанием в них воды и воздуха. При восстановительных работах особое внимание было обращено на рациональный отвод ат-
мосферных вод. Не меньшего интереса заслуживают также работы тю усилению каменных ж.-д. М. на линии Мюнхен—Регенсбург дови обслуживающего М.-к. персонала. М.-к. сооружаются массивными—из камня,бетона, железобетона — или железные. Как на при-
Фигура 72.
<вГермании), произведенные в 1924—26 гг., путем устройства новых, связанных в одно целое и со старой кладкой, железобетонных сводов, такой же одежды опор и таких же обратных фундаменты, сводов, как это показано на фигуре 69 (усиление 3 средних пролетов мостов), фигура 70 (деталь), фигура 71 (леса) и фигура 72 (усиление всего пролетного строения, опор и их фундаментов), фигура 73 (леса к фигура 72). Приведенные два примера в общем иллюстрируютха-рактер восстано-Фигура 73. вительных работ каменных мостов и работ по их усилению и дают представление о возможностях в этом деле.
Лит.: «Die Bautechnilc», В., 1927, Jg. 5, Н. 3, 43, 45, 1930, Jg. 8, Н. 2; «Deutsche Bauzeitung», В., 1930, Jg. 64, II. С- Брилинг.