Д.А. Абрамов
ПОСОБИЕ
ПО РАСЧЕТУ СЕЧЕНИЙ
БАЛОЧНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ
С РАЗБРОСНЫМИ ПРОГОНАМИ
Москва, 1998
СОДЕРЖАНИЕ
Приведены общие сведения о применении деревянных мостов в России, причины их строительства на дорогах различных категорий.
Указаны конструкции деревянных балочных мостов и технологии их строительства.
Изложены методики расчета сечений элементов деревянных мостов, их усиления и грузоподъемности и приведены формулы для расчета различных видов элементов мостов с учетом имеющего место загнивания. Дан подробный иллюстративный материал.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Анализ парка мостовых сооружений на автомобильных дорогах и в населенных пунктах России свидетельствует о том, что деревянные мосты находят применение в практике строительства. Их доля с 60-х годов остается практически без изменения и составляет по протяженности около 80% общей протяженности мостов в России. Объясняется это тем, что железобетонные и стальные мосты возводят преимущественно на вновь строящихся и реконструируемых дорогах. На дорогах местного значения деревянные мосты заменяют, как правило, деревянными. Это объясняется наличием большого количества лесов в России, сравнительной простотой и доступностью получения в лесных районах строительного материала, а также отсутствием или удаленностью для ряда регионов страны заводов, производящих железобетонные и стальные мостовые конструкции, отсутствием у местных строительных организаций кранового оборудования и целым рядом причин экономического и социального характера.
Деревянные мосты являются непременно возводимыми конструкциями в условиях военного времени и чрезвычайных обстоятельств.
При строительстве деревянных мостов традиционно применяют простейшие балочные конструкции.
Деревянные мосты недолговечны, поэтому служба эксплуатации вынуждена заменять отдельные элементы для восстановления требуемой грузоподъемности моста, а также решать вопросы пропуска той или иной нагрузки по мосту.
Настоящее Пособие позволяет строить (подбирать сечения элементов моста), определять грузоподъемность и производить усиление деревянных мостов со сближенными прогонами без использования проекта и расчетов.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Применение деревянных мостов на автомобильных дорогах предусмотрено СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы", их сооружение регламентируется СНиП 3.06.04-91. При проектировании и строительстве деревянных мостов следует также соблюдать требования СНиП 3.03.01-84.
Расчетные нагрузки и габариты деревянных мостов принимают в соответствии со СНиП 2.05.03-84* в зависимости от категории дороги.
На дорогах общего пользования, сельскохозяйственных предприятий, кроме мостов дорог V категории, класс нагрузки принимают А 11 и НК-80, на дорогах V категории и внутрихозяйственных дорогах IIс и IIIс категорий - А 8 и НГ-60.
В балочных мостах простейших систем, как правило, принимают пролеты длиной до 8 м. Мосты с пролетами до 6 м обычно строят с однорядными прогонами, а с пролетами 7-8 м - с двухрядными. Расчетная длина пролета составляет 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 7,0; 8,0 м.
Согласно СНиП 2.05.03-84* растянутые изгибаемые элементы пролетных строений должны выполняться, из древесины 1-го сорта, остальные элементы конструкций мостов могут быть из древесины 2-го сорта. Влажность применяемой древесины должна быть: бревен - не выше 25%, пиломатериалов - не выше 20%. Влажность древесины для свай не ограничивается. Минимальный размер поперечного сечения для брусьев принимают 16 см, для бревен в тонком конце - 18 см; толщина доски должна быть не менее 4 см. Диаметр свай в тонком конце - 22 см, диаметр гвоздей - 0,4 см. Бревна диаметром в тонком конце 18 см допускается применять только для настила проезжей части, связей, схваток. Глубина врубок и врезок в соединениях должна быть не менее: в брусьях (окантованных бревнах) - 2 см, в бревнах - 3 см; не более: в брусьях - 1/5 толщины бруса, в бревнах - 1/4 диаметра бревна, в опорных частях - 1/3 толщины элемента.
2. КОНСТРУКЦИЯ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОЧНЫХ МОСТОВ
Простейшие деревянные балочные мосты включают в себя следующие основные конструктивные элементы: опоры, пролетное строение, состоящее из несущей и проезжей частей (рис. 1).
Рис. 1. Простейший балочный мост:
1 - заборная стенка; 2 - сваи заборной стенки; 3 - насадка; 4 - диагональные схватки; 5 - поперечная схватка; 6 - сваи; 7 - верхний настил; 8 - поперечины; 9 - прогоны, 10 - сжимы; 11 - нижний настил; 12 - анкерные схватки.
Несущая часть состоит из прогонов, перекрывающих пролет моста и поддерживающих проезжую часть. Различают два вида прогонов: сближенные (разбросные) и сосредоточенные.
Сближенные прогоны бывают простыми одноярусными и сложными двухъярусными (рис. 2). Простой прогон представляет собой бревно или брус (рис. 2, в, г); сложный прогон составляется из бревен, укладываемых в виде двух- или трехъярусных пакетов, скрепленных болтами или нагелями (рис. 3, а, б). Момент инерции таких прогонов равен сумме моментов инерции составляющих его бревен, т.е. прочность сложного прогона равна прочности составляющих его бревен, поэтому они не имеют преимуществ перед более простыми по конструкции одноярусными прогонами.
Рис. 2. Конструкция сближенных прогонов:
1 - комель;
2 - отруб.
Рис 3. Конструкция прогонов составного сечения на пластинчатых нагелях.
Сосредоточенные прогоны бывают сложными (пакетные) и составными. Располагают их обычно непосредственно над сваями на значительном расстоянии друг от друга.
В составных прогонах (рис. 3) ярусы бревен (брусьев) соединены деревянными колодками или металлическими пластинчатыми нагелями. Прогон составного сечения имеет больший момент инерции, чем сумма моментов инерции составляющих его бревен, поэтому такими прогонами можно перекрыть пролеты длиной до 14-16 м.
Сложные сосредоточенные прогоны (рис. 4) устраивают трехъярусными, но так как их располагают на большом расстоянии друг от друга, грузоподъемность их при пролетах более 8 м не соответствует нагрузке класса НГ-60. Такими прогонами можно перекрывать только пролеты длиной до 8 м, поэтому они преимуществ перед разбросными прогонами не имеют.
Рис. 4. Конструкция сложных сосредоточенных прогонов.
Сосредоточенные (особенно составные) прогоны сложны в изготовлении и имеют более сложную конструкцию проезжей части, поэтому на практике они применения не имеют.
Сближенные (разбросные) одноярусные прогоны используют при пролетах длиной до 6 м, располагая их равномерно на расстоянии друг от друга 50, 55, 60, 65, 70 см.
Если длина пролета свыше 6 м, то диаметр одноярусных прогонов должен быть более 32-33 см в отрубе. Такой лесоматериал не всегда есть в наличии, поэтому эти пролеты перекрывают двухъярусными (сложными) прогонами, для которых требуются бревна меньшего диаметра. Двухъярусные прогоны иногда применяют и взамен одноярусных при отсутствии бревен необходимого сечения для перекрытия пролетов до 6 м.
При устройстве поперечного настила не из сплошных пластин (накатин), а из разрезных со стыками у продольной оси моста (вразбежку) условия поперечного распределения давлений от временной нагрузки ухудшаются, поэтому по оси моста укладывают сближенные прогоны. Во избежание перегрузок при односторонних захружениях моста подвижной нагрузкой крайние прогоны также устраивают сближенно.
Прогоны из бревен естественной конической формы укладывают комлями поочередно в разные стороны, что позволяет экономить древесину и увеличивать прочность прогона. Поэтому в одноярусных прогонах стес делают только сверху для образования площадки опирания поперечин (пластин, накатин) шириной, равной 1/3 бревна. В двухъярусных прогонах верхний прогон стесывают сверху и снизу, а нижний - только сверху на ту же ширину.
Для придания одноярусным прогонам горизонтального положения глубина стесывания по их концам различна: на тонком конце - 1,5-2 см на длине 50-80 см, а на комлевой части - с таким расчетом, чтобы по концам толщина прогона была одинаковая.
В двухъярусных прогонах концы нижнего бревна подтесывают на одинаковую глубину, так как в них бревна укладывают комлями в разные стороны.
Стыкование прогонов выполняют над опорами; крайние и средние (осевые) прогоны стыкуют впритык с косой срезкой торцов или врубают вполдерева, а остальные располагают вразбежку (вперевязку) с разворотом относительно оси моста на толщину прогона, измеренную по оси насадки.
Уложенные прогоны крепят к насадке обратными скобами или штырями диаметром 16-19 мм с глубиной забивки в насадку не менее 15 см. Устойчивость двухъярусных прогонов в поперечном направлении и их взаимная связь обеспечиваются анкерами, соединяющими прогоны в двух местах на протяжении каждого пролета. Анкеры связывают прогоны или попарно, или сразу по три и представляют собой отрезки бревен диаметром 16-18 см, врубленные в прогоны.
Проезжая часть деревянного моста состоит из поперечин, настила колесоотбойных брусьев, тротуаров и перил (см. рис. 1).
В мостах с сосредоточенными прогонами поперечины выполняют из бревен диаметром 20-22 см, укладываемых через 0,5-0,7 м друг от друга; поверх них устраивают двойной продольный настил. Сечение досок нижнего настила определяют расчетом, укладывают их с зазором между досками 2-3 см и прибивают к поперечинам гвоздями диаметром 4-5 мм, длиной 150 мм; на торцах забивают по два гвоздя, а в промежутках - по одному через каждые 1-1,5 м. Стыкуют доски над поперечинами. Верхний настил (слой износа) толщиной 50 мм устраивают сплошным (без зазоров) и прибивают гвоздями как нижний.
В мостах со сближенными прогонами поперечины (накатины, обтесанные на два канта, или пластины, подтесанные снизу) укладывают сплошным слоем. Для ровности и лучшего распределения давления от временной нагрузки поверх пластин (накатин) устраивают продольный настил (слой износа) из досок толщиной не менее 50 мм, который прикрепляют к пластинам гвоздями диаметром 4-5 мм длиной 100 мм. Каждый конец доски прибивают двумя гвоздями, а по длине доски гвозди располагают в один ряд через 1-1,5 м.
Основным типом опор в деревянных мостах являются свайные. В мостах с пролетами до 6 м при небольшой высоте опор допускается применение однорядных опор, а для пролетов 7-8 м при высоте опор более 5 м - только двухрядных. При отсутствии толстомерных бревен для насадок, при использовании древесины с влажностью более 25%, а также при необходимости уменьшить давление на сваю двухрядные опоры применяют и при пролетах до 6 м.
Расстояние между центрами свай (по фасаду) в двухрядных опорах должно составлять 0,50-0,55 м, а в пространственных - 1,5 м.
В многопролетных мостах пространственные опоры располагают через 20-25 м. Их необходимо устраивать и в мостах высотой более 4 м при глубине пересекаемого водоема более 1,5 м. Пространственные береговые опоры рекомендуются также при высоте насыпи более 4 м.
Опоры обычно устраивают четырехсвайными, но при отсутствии лесоматериала необходимых сечений для насадок при габарите 7 м возможно использование свай меньшего диаметра, компенсируя это одной дополнительной сваей. Можно также вместо одной толстомерной насадки укладывать две (двухъярусные).
Глубину забивки свай определяют расчетом, но она должна быть не менее 4 м.
При невысоких опорах (до 3 м) сваи могут быть выполнены из одного бревна; при большей высоте, когда длина сваи превышает длину имеющихся бревен, производят наращивание последних; при этом по длине сван должно быть не более одного стыка.
Стыки свай после их погружения должны находиться на глубине не менее 2 м от поверхности грунта (с учетом линии размыва), но устройство их возможно и выше уровня грунта. Наращивание свай рекомендуется делать "впритык" на штыре с перекрытием стыка металлическими накладками на болтах; если стыки устраивают выше уровня меженных вод, то их располагают на высоте не менее 0,5 м от него.
Для создания поперечного уклона проезжей части поверх насадок укладывают подуклонные брусья шириной 15 см, толщиной в нижнем конце 10 см, в верхнем - 17 см. Поперечный уклон можно создать и путем укладки разрезных поперечин (пластин) комлями к оси моста с их наклонной подтеской.
Разрезные поперечины крепят к прогонам гвоздями и прижимают по концам колесоотбойными брусьями; сплошные поперечины к прогонам не кренят, а лишь прижимают колесоотбоями.
По бокам проезжей части устраивают тротуары шириной на дорогах IV-V категорий не менее 1 м; если регулярное пешеходное движение отсутствует (т.е. в сутки по мосту проходит менее 200 пешеходов), то предусматривают только служебные проходы шириной 0,75 м. Высота колесоотбойных брусьев на мостах дорог IV-V категорий должна быть не менее 0,35 м. Настил на тротуарах обычно устраивают продольный из досок толщиной 5 см, которые укладывают на короткие (длиной 1,3 м) поперечные подкладки (коротыши) из обтесанных бревен (брусьев), пришитых гвоздями к концам поперечин (накатин, пластин). Подкладки (коротыши) укладывают через 1,5 м и к ним гвоздями прибивают перильные стойки высотой 1 м. Чтобы тротуарные доски не прогибались, между подкладками перильных стоек укладывают дополнительные коротыши. Перильные стоики завершаются поручнем, а в промежутках между ними выполняют перильное заполнение.
Для укрепления перильные стойки иногда усиливают подкосами, а для защиты от случайных ударов автомобилями перила в концах моста завершают вертикальными или наклонными столбами-надолбами.
В случаях, когда нет необходимости устраивать на мосту тротуары, проезжую часть окаймляют колесоотбойными брусьями высотой не менее 0,35 м. Перильные стойки в этом случае крепят болтами к крайнему прогону и колесоотбою.
Для обеспечения жесткости и устойчивости свайных и рамных опор в поперечном и продольном направлениях устраиваются горизонтальные и диагональные связи в виде раскосов (крестов).
При глубине пересекаемого водоема 2 м и более устраивают подводные связи в виде подкосов или тяжей, производя одновременно забивку свай до обстройки опор. Для этого в свае выше отметки забивки ее в грунт крепят деревянную колодку с двойным зубом, которым она опирается во врубке на свае и прикреплена к ней болтами. К колодке подгоняют подкос, соединяемый со сваей хомутом из полосового железа. Чтобы хомут не съезжал, в сваю забивают костыль, а в подкосе делают прирубку.
Сваи забивают с колодкой, но без подкоса. При обстройке опоры подкос с хомутом закрепляют с помощью гвоздя одним концом к прирубке подкоса (другой конец хомута опирается на костыль), надевают на сваю и опускают до колодки. Затем подкос отводят к соседней свае и крепят к ней над водой с врубкой в сваю одиночным зубом.
Подводные связи в виде тяжей крепят к свае перед ее забивкой.
Верх забитых свай (стоек) срезают горизонтально и поверх них укладывают насадки, закрепляя их на сваях с помощью шипов, устраиваемых на головах свай, или металлических штырей диаметром 16-19 мм и длиной не менее двух толщин насадок. Штыри забивают в сваи через насадку или вставляют в просверленные отверстия в насадке. При необходимости дополнительно ставят хомуты.
В свайных опорах высотой до 2 м схватки обычно не устраивают. При высоте опор до 3 м для обеспечения поперечной жесткости ставят горизонтальные схватки, а при высоте более 3 м - как горизонтальные, так и диагональные связи. Схватки изготавливают обычно из пластин или толстых досок и устанавливают с обеих сторон опоры врубают в сваи и крепят к ним болтами или штырями.
В опорах, высота которых (от грунта до верха насадки) превышает расстояние между осями крайних свай (стоек), для увеличения поперечной жесткости применяют укосины, нижние концы которых упирают в дополнительные откосные сваи, а верхние - в крайние сваи.
3. РАСЧЕТ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ, ИХ УСИЛЕНИЯ И ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ
В процессе эксплуатации мостов соответствующие службы организуют проведение их содержания, заключающегося в текущих осмотрах и выявлении дефектов.
В случае обнаружения дефектов в элементах моста необходимо произвести проверку его грузоподъемности и при необходимости - усиление или ремонт. Правильность определения несущей способности элемента и грузоподъемности моста в значительной степени определяется степенью подробности и точности выявления дефектов.
Расчет сечений элементов деревянных мостов производят в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84* общими методами, изложенными в соответствующей литературе, посвященной деревянным мостам*.
___________________________
* Гибшман Е.Е. Проектирование деревянных мостов. - М: Транспорт, 1965.
В настоящей работе методика расчета изложена применительно (в том числе) к мостам, элементы которых имеют те или иные повреждения.
Расчет элементов мостов с дефектами производят с учетом их состояния, определенного в процессе обследования сооружения, которое выполняют в соответствии с требованиями нормативных документов на обследование и испытание мостов (СНиП 3.06.07-86). При расчете элементов конструкции моста, имеющих признаки загнивания древесины, учет последнего производят уменьшением расчетного сечения по сравнению с фактическим:
для досок - на величину загнивания;
для пластин - путем уменьшения их ширины на глубину загнивания;
для прогонов - путем уменьшения их моментов инерции и сопротивления;
для свай при загнивании по периметру - путем уменьшения диаметра на удвоенную глубину загнивания.
Ниже приведены формулы для расчета сечений конструкций деревянных мостов, учитывающие их загнивание.
3.1. Формулы для расчета элементов деревянного моста с разбросными прогонами, на свайных опорах.
Конструкция пролетного строения
1. Проверка прочности прогонов с заданным диаметром в середине пролета:
где Wnt - момент сопротивления ослабленного сечения, см3;
Md - изгибающий момент; Md = Мгус + Мq;
Мгус = Pωαn,
n - коэффициент динамики, n = 1,1;
Р - давление одной гусеницы от НГ-60; Р = 6 тс/м;
ω - площадь линии влияния изгибающего момента в середине пролета;
α - коэффициент упругого распределения давления на прогон, определяемый с помощью коэффициента упругой передачи (Кпр) нагрузки на прогоны;
Mq - момент от постоянной нагрузки;
q - нагрузка на прогон от веса проезжей части и веса прогона, кгс/см, q = V0γd;
V0 - потребность в лесе на 1 м2 моста (пролетного строения);
d - расстояние между прогонами;
Rdв - расчетное сопротивление.
Коэффициент упругой передачи нагрузки на прогоны определяется по формуле
где Jпр - момент инерции прогона, см4;
Jпл - момент инерции пластин (поперечин), воспринимающих давление гусеницы, см4;
k - количество пластин, воспринимающих давление гусеницы.
2. Проверка прочности конструкции пролетного строения при загнивании нижнего настила (пластин) производится по формуле
По Кпр определяют α.
3. Проверка прочности конструкции пролетного строения при загнивании прогонов производится по следующим формулам:
4. Проверка прочности конструкции пролетного строения при одновременном загнивании пластин и прогонов:
Расчет прочности элементов опоры моста
1. Определение прочности насадки на изгиб при ее заданном диаметре производится по формуле
где Md - изгибающий момент в насадке над второй сваей от гусеничной и постоянной нагрузок;
Wnt - момент сопротивления насадки в сечении над второй сваей с учетом ослабления бревна стеской, врубкой над сваей, штырем.
Для определения Md рассчитывают давление R одной гусеницы на насадку:
R = (1 + μ)Pω,
где (1 + μ) - коэффициент динамики, (1 + μ) = 1,1;
Р - нагрузка от гусеницы НГ-60, тс/м;
ω - площадь линии влияния.
Затем определяют изгибающий момент на опоре от НГ-60. Для этого гусеничную нагрузку располагают симметрично относительно второй опоры:
ω1 + ω2 = ω3; Мгус = R ω3,
где ω3 - площадь линии влияния, устанавливаемая по таблицам ординат линий влияния.
Потом определяют Мизг в насадке от постоянной нагрузки:
Мq = Σsy,
где
S - давление на насадку, передаваемое одним прогоном, 
q - постоянная нагрузка на 1 м одного прогона;
l - расчетный пролет моста;
у - ордината линии влияния над прогонами.
Md = Mгус + Mq;
2. Прочность насадки на изгиб при загнивании древесины:
3. Прочность насадки на смятие определяют по формуле
где Nd - осевое давление (усилие) на площадку смятия, кгс;
Аg - площадь смятия насадки при сопряжении с ней сваи;
RdgP - расчетное сопротивление древесины смятию поперек волокон;
mg - коэффициент условия работы, mg = 1,2;
g = νγ.
Для определения прочности насадки на смятие рассчитывают:
а) давление R гусеницы на насадку от НГ-60:
R = пРω,
где п - коэффициент динамичности.
б) осевое усилие (давление) Nгус на площадку смятия насадки от НГ-60:
Nгус = Rω1.
в) давление на насадку от постоянной нагрузки
где S - давление на насадку, передаваемое одним прогоном;
у - ордината от прогонов.
Прочность насадки на смятие при загнивании древесины составит:
4. Определение прочности сваи на сжатие с учетом коэффициента продольного изгиба φ:
где Nd - расчетное давление на сваю;
Аnt - площадь поперечного сечения сваи, см2; у свай без нароста - по середине участка сваи от грунта до насадки, а у свай с наростом - по середине нароста свай (от сроста до насадки);
φ - коэффициент продольного изгиба.
Для расчета прочности устанавливают:
а) давление R гусеницы на насадку: R = пРω;
б) давление на сваю от гусеничной нагрузки: Nгyc = Rω1;
в) давление на сваю от постоянной нагрузки:
г) прочность сваи при загнивании:
где Nd - расчетное давление на сваю;
Аnt - площадь поперечного сечения сваи у межени с учетом загнивания сваи по всему периметру.
3.2. Определение грузоподъемности деревянных балочных мостов со сближенными прогонами.
Грузоподъемность деревянного моста определяют по величине нагрузки, которую можно пропустить по нему.
В мостах со сближенными прогонами поперечины как отдельный конструктивный элемент отсутствуют; их заменяют элементами поперечного настила (пластины, накатины). Такая конструкция не требует отдельного расчета поперечин.
Грузоподъемность прогонов из здоровой древесины определяют путем проверки их прочности по расчетному сопротивлению древесины на изгиб в сечении по середине пролета, используя таблицы 1-2 настоящего Пособия, а при загнивании - по табл. 5-8.
Грузоподъемность насадок на изгиб и смятие из здоровой древесины рассчитывают в сечении над второй сваей по таблицам 3-4, а при загнивании - по табл. 9-10. Грузоподъемность сваи на сжатие вдоль волокон из здоровой древесины с учетом коэффициента продольного изгиба определяется по табл. 4. Указанный коэффициент принимают по прил. 1. Грузоподъемность сваи на сжатие при загнивании древесины у межени по всему периметру с учетом коэффициента φ определяется по табл. 11.
При необходимости упрощенное испытание моста дополняет данные обследования и ускоряет процесс определения грузоподъемности.
Для испытания выбирают пролетное строение в наихудшем техническом состоянии.
Перед испытанием необходимо подсчитать теоретический прогиб f для прогонов от испытательной нагрузки:
где Р - сосредоточенная нагрузка, кгс;
l - длина прогона, см;
Е - модуль упругости древесины, который при определении прогибов только от временной нагрузки независимо от породы древесины принимают равным 104 кгс/см2;
J - момент инерции прогона;
η - коэффициент поперечного распределения нагрузки;
l1, l2 - расстояние между прогонами;
α1,. α2 - расстояние от смежных прогонов до колесной нагрузки.
Затем определяют максимальные fmах, упругие fyпp и остаточные fоcт значения прогибов в середине пролета:
fупр = fmax - fост,
где f1 - суммарный прогиб (без учета осадки опор);
f2 - суммарный остаточный прогиб (без учета остаточной осадки опор);
Δ1, Δ2 - максимальная осадка опор (упругая+ocтaточная);
Δ'1, Δ'2 - остаточная осадка опор.
Оценка разультатов испытания производится путем сравнения измеренных прогибов с теоретическими.
Статической характеристикой жесткости балок является конструктивный коэффициент, получаемый как отношение упругого измеренного прогиба к теоретическому, подсчитанному от испытательной нагрузки:
Для прогонов ψ = 0,7÷0,8.
Оценку жесткости пролетных строений можно производить и путем сравнения измеренных упругих прогибов с допускаемыми. Для простых прогонов и элементов проезжей части прогибы не должны превышать 1/180·l.
При пропуске по мостам гусеничных и колесных тракторов и автопоездов с большегрузными прицепами допускаемая величина прогибов увеличивается на 20%.
Балочный мост считается выдержавшим испытание, если не будет обнаружено: вновь появившихся трещин в прогонах, поперечинах и других несущих элементах; скалывания древесины и сильных обмятий во врубках и сопряжениях; перекосов опор и выпучивания стоек или свай.
Мосты, находящиеся в удовлетворительном состоянии, фактическая грузоподъемность которых соответствует расчетной нагрузке, допускают нормальную эксплуатацию, т.е. предусматривают пропуск нормативной временной нагрузки класса А-8 и одиночных гусеничных нагрузок весом по 60 тс без ограничения скорости.
Для большей безопасности пропуска по мостам тяжелых нагрузок следует принимать меры предосторожности: гусеничные машины и большегрузную автомобильную нагрузку пропускать по середине моста и при отсутствии на нем других подвижных нагрузок.
При организации движения по деревянным мостам необходимо выполнять также следующие требования: не допускать неровностей при сопряжении моста с насыпями, чтобы не было толчков при въезде на мост; запрещать торможение машин на мосту, переключение скоростей движения, резкое трогание с места, разворот машин. Колонны людей должны проходить по мосту не в ногу.
Чтобы определить возможность пропуска по мосту той или другой колесной нагрузки, следует сравнить допускаемые эквивалентные нагрузки на элементы моста с эквивалентными нагрузками от машин, пропускаемых по мосту, по таблицам 1, 2, 3 прил. 3 настоящего Пособия.
Для определения возможности пропуска по мосту автомобилей, элементы которого рассчитаны на усилия от гусеничной нагрузки класса НГ-60 и временной нагрузки, следует пользоваться допустимыми эквивалентными нагрузками Рэ.
Для прогонов Рэ (кгс/см) определяется по формуле
где ηвр - коэффициент перегрузки, ηвр = 1,4;
βmax - максимальный суммарный коэффициент упругого распределения, рассчитываемый в зависимости от коэффициента упругой передачи Kпр.
Эквивалентные нагрузки на прогоны из здоровой древесины от автомобилей и тракторов помещены в табл. 1-2, а на насадки при изгибе - в табл. 3. Сваи обладают большим запасом прочности; Рэ для них не подсчитаны.
При пропуске по мостам нагрузки следует руководствоваться таблицами 3-4 - при здоровой древесине, а при загнивании древесины - таблицами 5-11.
4. УСИЛЕНИЕ МОСТОВ
Если в результате расчета грузоподъемность моста в целом или его отдельных элементов окажется недостаточной (менее проектной), то следует произвести усиление моста. Усиление требуется и в тех случаях, когда по исправному мосту предполагается пропуск нагрузки, превышающей расчетную. Усиление существующего моста производится только в том случае, если оно требует меньше времени, чем постройка нового необходимой грузоподъемности.
Потребность в усилении элементов моста определяется по напряжениям от гусеничной нагрузки класса НГ-60. Если напряжение в элементах моста превышает расчетное сопротивление древесины (прил. 4 настоящего Пособия), то усиление необходимо.
4.1. Способы усиления мостов.
Существуют разные способы усиления элементов мостов, применение которых зависит от степени потери элементом моста прочности.
При конструкции пролетного строения, состоящей из сплошного слоя пластин (нижнего настила), уложенных на смежные прогоны, грузоподъемность прогонов определяют для совместного сечения пластин и прогонов. Загнивание как пластин, так и прогонов сказывается на грузоподъемности прогонов и это следует учитывать при усилении элементов моста.
При загнивании только пластин поверх существующего настила целесообразно укладывать дополнительный сплошной или колейный настил из досок, брусьев или отесанных бревен.
Колеи устраивают шириной 1 м на расстоянии друг от друга 1 м. Доски стыкуют вразбежку. Колеи из 4-5 брусьев или бревен, окантованных с двух или четырех сторон и соединенных болтами или металлическими штырями, стыкуют над насадками промежуточных опор. Колеи в стыках соединяют скобами или каждый конец колеи крепят к прогонам двумя-тремя штырями.
Усиление прогонов производят путем укладки поверх настила дополнительных колей из брусьев или бревен, подведением дополнительных прогонов или дополнительных опор в середине пролета, заменой сложных прогонов составными путем соединения бревен скобами или досками на гвоздях.
Устройство колей из брусьев (бревен) описано выше. При подведении дополнительных прогонов их принимают тоньше основных на 3-4 см; при толщине, равной толщине основных прогонов, один конец подводимого прогона затесывают на длине 60-70 см таким образом, чтобы высота его была на 3-4 см меньше высоты концов основных прогонов. Конец прогона, имеющий удлиненную стеску, укладывают на насадку и продвигают по ней до отказа; затем поднимают другой конец и продвигают прогон в обратную сторону, чтобы он вошел между проезжей частью и насадкой. Для плотного соприкосновения уложенного прогона с пластинами между прогонами и насадкой забиваются парные клинья.
Существует и такой способ проведения дополнительных прогонов. Новые прогоны принимают такого же сечения, как и старые, а для облегчения заводки их на насадки производят вывешивание старых прогонов при помощи клиньев или домкратов.
Подведением дополнительных прогонов грузоподъемность их может быть увеличена до 50%. Но этот способ применим лишь при небольшой высоте опор и при расстоянии между прогонами не менее 70 см.
В качестве дополнительных опор обычно применяют рамные и свайные. Свайные опоры подводят только в том случае, если большая глубина воды и слабый грунт затрудняют установку рамных опор. Для обеспечения установки рам или насадок свайных опор подводимая опора должна иметь такую высоту, чтобы между насадкой и прогонами оставался зазор 10 см. В него после установки опоры под каждым прогоном забивают парные клинья и крепят их гвоздями к насадке. При устройстве дополнительных свайных опор забивку свай (особенно при небольшой высоте моста) производят через проезжую часть) с которой снимают настил, мешающий установке свай, или вырезают в нем отверстия.
Усиление сложных (двухъярусных) прогонов производят, как было сказано выше, путем нашивки наклонных досок с обеих сторон. Бревна прогонов предварительно подтесывают с боков на глубину 2-3 см.
Усиление опор может быть произведено усилением отдельных ее элементов или опоры в целом.
Усиление насадки, подвергающейся изгибу, достигается увеличением числа точек ее опирания. Один из способов, применяемый в случае высоких опор и при загнивании насадки сверху, заключается в следующем. На расстоянии 10-15 см от низа насадки с обеих сторон опоры врубают в сваи горизонтальные брусья и прикрепляют их болтами. Между брусьями под местами опирания прогонов на насадку устанавливают прокладки, прикрепляемые к брусьям болтами. Над поставленными прокладками между насадкой и брусьями забивают парные клинья, которые являются дополнительными опорами для насадок.
Другой способ усиления насадки на изгиб заключается в установке дополнительных стоек между основными сваями (стойками). Он применяется на суходолах при небольшой глубине воды. Подводимые стойки внизу опирают на коротыши и соединяют с существующими сваями опоры горизонтальными и диагональными схватками. Для обеспечения плотного прилегания к насадке стойки должны быть на 1-2 см длиннее; их загоняют под насадку ударами кувалды, топора или расклинивают.
При загнивании свай вверху (по бокам) в местах их сопряжения с насадкой площадь смятия уменьшается. Загнивание насадки под сваей на изменение площади смятия не влияет; при загнивании верха свай площадь последних уменьшается и, следовательно, уменьшается площадь смятия насадки сваями.
Указанную разницу площадей смятия восполняют путем устройства по бокам свай коротышей, врубленных в сваи двойным зубом с подклинкой.
Чтобы коротыши (клинья) соприкасались с насадкой на большей площади, насадку снизу под коротышами стесывают на d/3 (на глубину около 1 см). Ширина стойки в насадке 10-12 см.
Из приведенной выше таблицы видно, что при загнивании сваи вверху по бокам на глубину до 7 см (3,5×ε) достаточно поставить два коротыша сечением 10×10 см площадью 100×ε = 200 см2. При большем загнивании сваи следует ставить коротыши сечением 15×15 см.
У свай имеется большой запас прочности на сжатие, поэтому усиливать их необходимо только при загнивании по всему периметру у межени на глубину свыше 7 см (7×ε = 14 см) и при условии достаточной продольной и поперечной жесткости моста.
Усиление отдельных свай при загнивании на глубину 8-9 см производят путем постановки деревянных накладок. Пораженные гнилью места сваи с противоположных сторон вырубают; горизонтальные площадки вырубок должны быть сделаны на расстоянии 10-15 см от мест, пораженных гнилью, и там устанавливают накладки из пластин, соединенные со сваей двумя болтами. Торцы накладок должны плотно прилегать к горизонтальным площадкам вырубок.
При большем загнивании свай по всему периметру усиление производят путем постановки дополнительных стоек между существующими сваями таким же способом, как и при усилении насадки на изгиб.
Если вся опора находится в плохом состоянии, то усиление производят путем подведения дополнительных рам с обеих сторон существующей опоры, а между их насадками и прогонами забивают парные клинья.
Для обеспечения устойчивости дополнительные рамы соединяют друг с другом и с усиливаемой опорой диагональными и горизонтальными схватками. Такой способ усиления опор увеличивает их грузоподъемность более чем в 2 раза.
Для увеличения продольной и поперечной жесткости моста на опорах устанавливают дополнительные горизонтальные и диагональные схватки, забивают откосные сваи и ставят укосины.
Усиленные мосты требуют особого внимания, т.е. при их эксплуатации должны соблюдаться определенные требования. Перед открытием движения по усиленному мосту следует пропустить пробную нагрузку, после которой не должны появиться трещины в настиле, прогонах, сильные смятия в насадках, перекосы опор, просадки и ослабления расклинки дополнительных стоек, рам и т.п.
4.2. Расчет усиления элементов моста.
1. Усиление при загнивании одних пластин (нижнего настила) путем укладки продольных колей из досок, брусьев поверх настила:
где Jус - момент инерции элемента усиления (доски, брусья);
Wус - момент сопротивления элемента усиления.
2. Усиление при загнивании одних прогонов:
3. Усиление при загнивании пластин и прогонов:
4. Усиление загнивших прогонов путем подведения дополнительных опор между основными опорами:
где 1,2 - коэффициент надежности для постоянных нагрузок.
5. Усиление загнивших прогонов путем подведения дополнительны прогонов между основными прогонами:
6. Усиление загнившей насадки путем подведения дополнительных стоек (свай) между основными сваями.
ω1 + ω2 = ω3; Мгус = R ω3.
7. Усиление насадки на смятие при загнивании верха свай путем постановки по бокам свай коротышей для увеличения площади смятия:
Уменьшенная площадь смятия при загнивании верха сваи должна быть возмещена путем увеличения площади смятия за счет постановки коротышей и клиньев.
8. Усиление загнивших свай у воды путем постановки дополнительных стоек (свай) между основными сваями:
а) определяют давление гусеницы на насадку: R = пРω;
б) определяют линию влияния от гусеничной нагрузки. Гусеницу располагают над сваей: Ncв = Rω1;
в) определяют давление на сваю от постоянной нагрузки: Ncв = 1,15Σsy.
Пример подбора сечения элементов моста с использованием таблиц.
Для расчета грузоподъемности моста принята следующая конструкция моста. Опоры четырехсвайные с расстоянием между осями свай поперек моста при габарите Г-7 - 2,1 м. Прогоны из бревен естественной коничности - разбросные с расстоянием между ними 50; 55; 60; 65 и 70 см. На прогоны уложен сплошной поперечный настил из пластин сечением 26/2 см, на него, в свою очередь, - продольный дощатый настил толщиной 5 см.
Пример 1.
Требуется подобрать сечения элементов моста габаритом Г-7, с расчетной длиной пролетов 4,5 м, на четырехсвайных однорядных опорах, рассчитанных на нагрузку НГ-60. Высота опоры Н=3 м. Расчетное сопротивление древесины изгибу 180 кгс/см2. Расстояние между прогонами 50 см.
По таблице 1 определяем диаметр прогонов при расстоянии между ними 50 см. Для этого в графе 1 находим цифру 4,5, соответствующую длине пролета, а в графе 7 - цифру 50, соответствующую расстоянию между прогонами. В графе 6 для Rdв=180 кгс/см2 находим диаметр прогонов 32 см. Диаметр насадки на изгиб определяем по таблице 3. Для этого в таблице 3 находим цифру 4,5 (расчетная длина пролета моста) и цифру 50 (расстояние между прогонами) и против нее в графе 12 находим расчетный диаметр насадки; он равен 39,5 см. Диаметр сваи в верхнем конце находим в графе 4 таблицы 4. При длине пролета и высоте опоры 3 м он равен 33 см.
Пример 2. Определение грузоподъемности моста.
Мост деревянный, балочный, с разбросными прогонами, габаритом Г-7, с расчетной длиной пролета 4,5 м, диаметром прогонов 32 см и расстоянием между ними 50 см. На прогоны уложен сплошной настил из пластин сечением 26/2 см, на них - верхний настил из досок толщиной 5 см. Опоры однорядные, четырехсвайные с расстоянием между осями поперек моста 2,1 м; диаметр свай в верхнем конце 33 см. Расчетный диаметр насадки 39,5 см, высота опоры 3 м. Влажность древесины менее 25%, расчетное сопротивление прогонов изгибу 180 кгс/см2.
При обследовании моста установлено, что наблюдается загнивание пластин сверху на глубину 6 см, одностороннее серповидное загнивание прогонов сверху на глубину 2 см и насадки сверху на глубину 2 см; сваи на уровне межени имеют загнивание по всему периметру на глубину 4 см, а вверху (по бокам) - 1 см.
Требуется определить, может ли мост выдержать нагрузку от бульдозера Д-384А.
1. Определение грузоподъемности прогонов.
В таблице 5 находим длину пролета 4,5 м, диаметр прогонов 32 см при расстоянии между ними 50 см, а в графах 2 и 3 - цифры 6 и 2 (глубина загнивания соответственно пластин и прогонов). На пересечении этих цифр (4,5; 32; 50; 6 и 2) в графе 4 устанавливаем напряжение в прогонах: оно равно 163 кгс/см2, что меньше расчетного - 180. Следовательно, бульдозер Д-384А по мосту пропускать можно, усиление прогонов не требуется.
2. Определение грузоподъемности опор.
Для определения прочности насадки на изгиб в таблице 9 для пролета длиной 4,5 м в графе 2 устанавливаем расчетный диаметр насадки - 39,5 см. В графе 5 находим цифру 2 (глубина загнивания насадки), а в графе 10 - напряжение, возникающее в насадке при изгибе от нагрузки Д-384А. Для мосла Г-7 оно составляет 87 кгс/см2, что ниже расчетного - 180; значит насадка выдержит нагрузку от Д-384А.
Для определения прочности насадки на смятие в графе 5 таблицы 10 находим высоту опоры Н=3 м, в графе 7 - цифру 1 (глубина загнивания сваи вверху, по бокам). По графе 10 определяем напряжение, возникающее в насадке при смятии от Д-384А. Оно равно 18,9 кгс/см2, что ниже расчетного - 26,2 кгс/см2. Следовательно, насадка выдержит нагрузку от Д-384А по условию ее работы на смятие.
Для определения прочности сваи на сжатие при высоте опоры 3 м в графе 5 таблицы 11 находим цифру 4 (глубина загнивания сваи на уровне межени). В графе 13 при высоте опоры Н=3 м находим напряжение в свае при сжатии для данной глубины загнивания. Оно равно 23 кгс/см2, что ниже расчетного - 150.
Таблица 1. Расчет разбросных прогонов при Rdв = 180 кгс/см2
|
Расчетная длина пролета моста, м |
Мq в прогонах, кгс см |
Расчетный диаметр прогона, см |
Расстояние между прогонами, см |
Момент сопротивления прогона, см3 |
Напряжение в прогонах, кгс/см2 |
Рэ, тс/м |
|||
|
от Мгус |
α |
от Мд |
Мг α+Мл |
||||||
|
4,5 |
16706250 |
0,0305 |
42373 |
551933 |
32 |
50 |
3143 |
176 |
8,89 |
|
|
|
0,0321 |
47000 |
583227 |
32,5 |
55 |
3295 |
177 |
8,46 |
|
|
|
0,0338 |
48000 |
613571 |
33 |
60 |
3447 |
178 |
8,17 |
|
|
|
0,0361 |
54400 |
657500 |
34 |
65 |
3771 |
174 |
8,17 |
|
|
|
0,0387 |
59800 |
706332 |
35 |
70 |
4113 |
172 |
8,26 |
|
5,0 |
20625000 |
0,0302 |
54800 |
677675 |
34 |
50 |
3771 |
180 |
8,73 |
|
|
|
0,0320 |
61900 |
721000 |
35 |
55 |
4113 |
176 |
8,55 |
|
|
|
0,0341 |
64800 |
768112 |
36 |
60 |
4476 |
172 |
8,49 |
|
|
|
0,0353 |
71700 |
799763 |
36,5 |
65 |
4668 |
172 |
8,21 |
|
|
|
0,0380 |
78700 |
862950 |
37 |
70 |
4859 |
178 |
7,96 |
|
5,5 |
24750000 |
0,0290 |
69700 |
787500 |
36 |
50 |
4476 |
176 |
8,63 |
|
|
|
0,0303 |
78000 |
828525 |
36,5 |
55 |
4667 |
176 |
8,20 |
|
|
|
0,0312 |
81700 |
853900 |
37 |
60 |
4859 |
176 |
7,85 |
|
|
|
0,0339 |
90600 |
920625 |
38 |
65 |
5264 |
177 |
7,77 |
|
|
|
0,0357 |
98700 |
982300 |
38,5 |
70 |
5478 |
179 |
7,55 |
|
6,0 |
28875000 |
0,0277 |
88000 |
887838 |
37,5 |
50 |
5061 |
177 |
8,30 |
|
|
|
0,0288 |
97800 |
929400 |
38 |
55 |
5264 |
177 |
7,87 |
|
|
|
0,0302 |
100700 |
972725 |
38,5 |
60 |
5477 |
178 |
7,59 |
|
|
|
0,0320 |
110900 |
1034900 |
39,5 |
65 |
5924 |
175 |
7,46 |
|
|
|
0,0336 |
120800 |
1091000 |
40 |
70 |
6187 |
177 |
7,21 |
|
7,0 |
37125000 |
0,0245 |
149700 |
1059300 |
31,5 |
50 |
6060 |
175 |
7,84 |
|
|
|
0,0252 |
168500 |
1104100 |
32 |
55 |
6348 |
174 |
7,36 |
|
|
|
0,0262 |
172500 |
1145200 |
32,5 |
60 |
6652 |
172 |
7,13 |
|
|
|
0,0272 |
189800 |
1199600 |
33 |
65 |
6962 |
172 |
6,83 |
|
|
|
0,0284 |
208400 |
1262800 |
33,5 |
70 |
7289 |
173 |
6,59 |
|
8,0 |
45375000 |
0,0226 |
207000 |
1232500 |
33 |
50 |
6962 |
177 |
6,98 |
|
|
|
0,0230 |
232200 |
1275825 |
33,5 |
55 |
7289 |
175 |
6,54 |
|
|
|
0,0238 |
236000 |
1315925 |
34 |
60 |
7615 |
173 |
6,35 |
|
|
|
0,0246 |
259800 |
1376025 |
34,5 |
65 |
7961 |
173 |
6,05 |
|
|
|
0,0255 |
284200 |
1441300 |
35 |
70 |
8307 |
174 |
5,79 |
Примечания:
1. Для пролетов длиной до 7 и прогоны однорядные, 7-8 м - двухрядные.
2. Рэ - допустимая эквивалентная нагрузка прогонов от автомобильной нагрузки.
Таблица 2. Расчет разбросных прогонов при Rdв = 155 кгс/см2
|
Расчетная длина пролета моста, м |
Мd в прогонах, кгс см |
Расчетный диаметр прогона, см |
Расстояние между прогонами, см |
Момент сопротивления прогона, см3 |
Напряжение в прогонах, кгс/см2 |
Рэ, тс/м |
|||
|
от Мгус |
α |
от Мд |
Мг α+Мл |
||||||
|
4,5 |
6706250 |
0,0315 |
63000 |
589246 |
34 |
50 |
3771 |
156 |
8,30 |
|
|
|
0,0337 |
71600 |
634600 |
35 |
55 |
4113 |
154 |
8,07 |
|
|
|
0,0360 |
74300 |
675725 |
36 |
60 |
4476 |
151 |
8,08 |
|
|
|
0,0383 |
83500 |
723349 |
36,5 |
65 |
4668 |
155 |
7,78 |
|
|
|
0,0411 |
97200 |
783827 |
37,5 |
70 |
5062 |
155 |
7,76 |
|
5,0 |
20625000 |
0,0317 |
85700 |
739513 |
37 |
50 |
4859 |
152 |
8,35 |
|
|
|
0,0341 |
99200 |
802513 |
38,5 |
55 |
5478 |
147 |
8,54 |
|
|
|
0,0358 |
99200 |
837600 |
38,5 |
60 |
5478 |
153 |
7,99 |
|
|
|
0,0379 |
108500 |
890200 |
39 |
65 |
5691 |
156 |
7,69 |
|
|
|
0,0406 |
119100 |
956500 |
40 |
70 |
6157 |
155 |
7,71 |
|
5,5 |
24750000 |
0,0302 |
108400 |
855900 |
39 |
50 |
5691 |
151 |
8,31 |
|
|
|
0,0318 |
120200 |
907300 |
39,5 |
55 |
5924 |
153 |
7,80 |
|
|
|
0,0337 |
123300 |
957400 |
40 |
60 |
6157 |
155 |
7,52 |
|
|
|
0,0359 |
139100 |
1027025 |
41 |
65 |
6630 |
155 |
7,44 |
|
|
|
0,0386 |
152700 |
1108100 |
42 |
70 |
7127 |
155 |
7,39 |
|
6,0 |
28875000 |
0,0300 |
137200 |
1003500 |
41 |
50 |
6630 |
152 |
8,13 |
|
|
|
0,0304 |
152200 |
1030000 |
41,5 |
55 |
6879 |
150 |
7,58 |
|
|
|
0,0318 |
154500 |
1072725 |
41,5 |
60 |
6879 |
156 |
7,10 |
|
|
|
0,0341 |
175100 |
1159738 |
43 |
65 |
7648 |
152 |
7,15 |
|
|
|
0,0365 |
189000 |
1242937 |
44 |
70 |
8195 |
152 |
7,10 |
|
7,0 |
37125000 |
0,0251 |
232300 |
1164138 |
34 |
50 |
7615 |
153 |
7,11 |
|
|
|
0,0262 |
260600 |
1233300 |
34,5 |
55 |
7961 |
155 |
6,68 |
|
|
|
0,0272 |
264500 |
1274300 |
35 |
60 |
8307 |
154 |
6,49 |
|
|
|
0.0284 |
291800 |
1346200 |
35,5 |
65 |
8673 |
155 |
6,18 |
|
|
|
0,0300 |
327300 |
1441100 |
36,5 |
70 |
9426 |
153 |
6,06 |
|
8,0 |
45375000 |
0,0230 |
323100 |
1366725 |
36 |
50 |
9039 |
152 |
6,43 |
|
|
|
0,0238 |
365700 |
1445025 |
36,5 |
55 |
9426 |
154 |
5,95 |
|
|
|
0,0246 |
376500 |
1492725 |
37 |
60 |
9813 |
152 |
5,73 |
|
|
|
0,0257 |
414200 |
11580338 |
37,5 |
65 |
10222 |
155 |
5,39 |
|
|
|
0,0267 |
451800 |
11663313 |
38 |
70 |
10631 |
156 |
5,10 |
Примечания:
См. примечания к таблице I.
