Особенности расчета арочных засыпных мостов и результаты испытаний

Основные расчеты трехшарнирной арки выполняются по формуле

где Mq — изгибающий момент в сечении С простой балки (где шарнир С отсутствует);

Н — распор;

/ — стрела арки (рис. 4.8).

Изгибающий момент в произвольном сечении М:

где момент в сечении М простой балки (при отсутствии шарнира).

Распор

Расчетная схема трехшарнирной арки

Рис. 4.8. Расчетная схема трехшарнирной арки

Как видно из (4.3), величина распора обратно пропорциональна стреле арки.

Нормальную силу определяют по зависимости Nx = Qx х sin cp + + ЯАх cos ф, поперечную — по зависимости Qx = Qx х cos ф — НА х sin ф.

Ось арки может иметь произвольное очертание, если поставлена задача сделать арку «безмоментной» и когда временная нагрузка несоизмеримо мала по сравнению с постоянной. В этом случае момент в любом сечении Мм = М^ — Нх у = 0, откуда у = М^/Н. С учетом формулы (4.3) получим у = М^/Мс° х/.

В этой формуле/задано; Mq = const и определяется расчетом. Для каждого х рассчитывают у в том сечении арки, где моменты от постоянной нагрузки равны 0.

Расчет арки ведут применительно к двум основным стадиям: строительство и эксплуатация. В стадии строительства учитывают различные конкретные случаи засыпки арок. В учет принимают и грунтоуплотняющую нагрузку.

Расчеты, проведенные автором, позволили выявить следующие закономерности.

Максимальное влияние оказывает временная колесная нагрузка НК-80 (НК-100) при наименьшей высоте засыпки над замком арки 0,5 м. Для арки пролетом 12 м временная нагрузка составляет 25% от суммарной вертикальной нагрузки на опоры. Чем меньше пролет арки, тем это влияние более ощутимо. С увеличением высоты засыпки над замком влияние временной нагрузки резко падает и при высоте более 6 м снижается почти в 10 раз (рис. 4.9).

Схема распределения временной нагрузки с учетом высоты насыпи

Рис. 4.9. Схема распределения временной нагрузки с учетом высоты насыпи

Падение влияния происходит с одинаковой интенсивностью для всех пролетов. При высоте засыпки более 10 м влияние временной нагрузки становится малоощутимым и ею можно пренебречь.

При расчете арок часто важно снижение величины распора. При циркульном очертании арок (по окружности) распор относительно большой. Здесь не следует допускать высоту засыпки над замком более 2—3 м. При высоких насыпях рационален переход на арки параболического очертания.

На основании гидравлических расчетов определены максимальная водопропускная способность сооружения, максимальные скорости воды на выходе из трубы и мощность крепления подмостового русла. При расчетах был принят безнапорный режим работы сооружения. Расчеты показали, что мосты обладают высокой водопропускной способностью. Максимальный расход воды, обеспечиваемый ими в безнапорном режиме, составляет от 13,3 до 185 м3/с соответственно для пролетов от 4 до 12 м (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Гидравлические характеристики арочных засыпных мостов

Расчетный пролет Lp, м

Стрелка

/, м

Наименьшая высота насыпи, м

Наибольший расчетный расход воды, Qpma м3

Подпертая глубина, м

Скорость воды на выходе, м/с

при Х

4,0

2,0

2,8

12-13

2,1

4,4

5,6

2,32

3,0

15-20

6,0

2,25

3,1

25-35

3,4

5,5

6,4

4,2

5,0

25-35

8,8

5,8

6,7

68-109

9,44

3,3

4,2

68-109

4,8

7,0

12,0

4,0

4,9

115-185

5,3

7,9

Для увеличения расхода воды арочные мосты могут применяться в многопролетном варианте (рис. 4.10).

Арочный засыпной мост в трехпролетном варианте (размеры даны в миллиметрах)

Рис. 4.10. Арочный засыпной мост в трехпролетном варианте (размеры даны в миллиметрах)

Расчетные предпосылки были проверены испытаниями фрагментов арочных мостов, изготовленных в натуральную величину.

В Вологде на заводе «Вологдазаводстройконструкция» был изготовлен арочный элемент расчетным пролетом 9,44 м и шириной 1 м и испытан на статическую нагрузку 64 т, которая соответствовала расчетной нагрузке при высоте засыпки над замком 0,5 м. Во время испытаний арка находилась в вертикальном положении. В качестве испытательной нагрузки использовали бетонные блоки. Арку загружали ступенями по 8 т (четыре блока) и несимметрично относительно вертикальной оси арки: от пят к середине (замку) (рис. 4.11). Таким образом имитировали засыпку арки грунтом. Вследствие того, что испытательная нагрузка была смещена к замку, она создавала более невыгодные изгибающие моменты в сечениях (75 тм), чем в реальных мостах во время эксплуатации (70,1 тм).

Схема испытаний арочного элемента пролетом 9,44 м (размеры даны в миллиметрах)

Рис. 4.11. Схема испытаний арочного элемента пролетом 9,44 м (размеры даны в миллиметрах)

Вертикальный упругий прогиб арки в замке при полной нагрузке 64 тс составил 14,85 мм, или 63% от допускаемого СНиПом. Максимальные прогибы в левой и правой четвертях пролета составили соответственно 8,92 и 6,38 мм. В процессе ступенчатого загружения, например, левой части пролета, прогиб в правой части принимал обратный знак. Через 42 ч после нахождения арки под максимальной нагрузкой вертикальный прогиб в замке вырос на 4,25 мм. Прогиб является функцией ползучести бетона арки и пластических деформаций в замке.

Фрагменты арок во время испытаний

Рис. 4.12. Фрагменты арок во время испытаний

Максимальные опытные сжимающие напряжения на нижней фибре арки в четверти пролета составили 41 и 46 кгс/см2 (по расчету — 50 кгс/ см2), максимальные растягивающие напряжения на верхней фибре 30 кгс/ см2 (по расчету — 27 кгс/см2).

Два фрагмента арочного пролетного строения длиной 12 м были испытаны на полигоне Мостоотряда-121 в г. Ульяновске. Арки испытывали в горизонтальном положении заключенными в раму, которая состояла из тяг, объединяющих арки, и затяжек, воспринимающих распор (рис. 4.12).

Общая нагрузка на арки составила 357 тс при расчетной нагрузке в стадии эксплуатации 205 тс. При этом перегруз составил 74%. Работа всех приборов показала, что материал арок работал во всех диапазонах нагрузок в упругой стадии.

Все измеренные во время испытаний напряжения оказались сжимающими и не превышающими 65 кгс/см2. Наибольший замеренный прогиб в четверти пролета арки составил 7 мм, в замке — 6,3 мм.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >