25. Podstawowe układy konstrukcyjne mostów betonowych, stalowych i zespolonych.

Część II

Pyt. 47 Kształtowanie konstrukcyjne mostów belkowych i sposób analizy rusztu głównego w takich mostach.

Kształtowanie dźwigarów głównych w mostach belkowych.

Dźwigary jednoprzęsłowe. Ustroje wolnopodparte są mniej ekonomiczne od ustrojów ciągłych, maja większą wysokość, a tym samym większy ciężar własny i większe zużycie materiału. W przeciętnie skonstruowanym przęśle mostu dwudźwigarowego stosunek wysokości dźwigara do jego rozpiętości waha się między

i w mostach kolejowych, a między i w mostach drogowych. Dźwigary główne jednoprzęsłowe wykonuje się o pasach równoległych, które to uwarunkowane jest względami estetycznymi i wykonawczymi. Dla uzyskania lepszej stateczności można zmniejszyć wysokość dźwigara nad podporą.

Wprowadzenie zmienności przekroju na długości ma wpływ na wielkość ugięcia.

Dźwigary ciągle wieloprzęsłowe. Stosunek wysokości przekroju do rozpiętości przęsła wahają się w granicach

do . Korzystny efekt na wysokości przęsła można uzyskać powiększając wysokość dźwigara nad podporami. Zmianę wysokości uzyskuje się przez proste skosy o nachyleniu do , albo prowadząc pas dolny wg krzywej parabolicznej. Przy takim rozwiązaniu można uzyskać wysokość środkowego w przęśle środkowym równą jego rozpiętości. Przekroje podporowe jako bardziej sztywne przyjmują na siebie większe momenty, maleją natomiast momenty przęsłowe. Zwiększenie przekroju nad podporami wpływa korzystnie na wielkość ugięć przęseł, które maleją.

Linia wpływowa momentów w dźwigarze o stałym przekroju (ciągła) i o zmiennym przekroju (przerywana).

Sztywność belkowych przęseł mostowych

W mostach bardzo ważna sprawą jest odpowiednia sztywność konstrukcji, wyraża ją wartość strzałki ugięcia od obc. ruchomego. Dopuszczalna wartość strzałki ugięcia dla dźwigarów pełnowartościowych wynosi:

- w mostach kolejowych f_dop = rozpiętości

- w mostach drogowych f_dop = rozpiętości

Należy także pamiętać o wpływie sztywności na częstość drgań własnych, a z kolei częstość drgań własnych, drgań wymuszonych oraz własności tłumienia są parametrami, od których zależy współczynnik dynamiczny.

Ruszt jest to układ belek usztywnionych względem siebie prostopadle lub ukośnie i sztywno połączonych. Ten rodzaj konstrukcji może być analizowany na modelu płyty, jeżeli rozstawy belek są relatywnie małe w porównaniu z szerokością i długością konstrukcji.

Ruszt belkowy ze sztywna poprzecznicą.

Jeżeli ustrój belkowy jest niezbyt szeroki ( < 0.5) i posiada sztywne, gęsto rozmieszczone poprzecznicę, to można go z przybliżeniem potraktować jako ruszt belkowy przegubowy z jedną środkową poprzecznicą nieskończenie sztywną (Ip = ∞). Przy takim założeniu obciążenie zewnętrzne P działające na poprzecznicę w odległości e od środka ciężkości przekroju belek głównych, spowoduje jej przemieszczenie pionowe i obrót. Przemieszczenie pionowe tej poprzecznicy wywoła w dźwigarach głównych reakcję R_i = , gdzie n - liczba dźwigarów. Przyjmując wstępnie że I₁=I₂=...=I_n. Reakcje w dźwigarach głównych spowodowane obrotem poprzecznicy (od momentu M_s=P*e) będą spełniały równanie:

Jeżeli siła aP = 1 będzie poruszać się po poprzecznicy, to dla każdego położenia siły można wyznaczyć nacisk

Przypadający na dowolny dźwigar. Otrzymamy wtedy linię wpływu poprzecznego rozdziału obciążeń. Łatwo zauważyć, że linia wpływu będzie prostą.

W schemacie obliczeniowym rusztu można też przyjąć sztywne połączenie dźwigarów z poprzecznicą. Obrót poprzecznicy spowoduje wtedy oprócz ugięcia również skręcanie dźwigarów głównych. Obrót poprzecznicy wywoła w dźwigarach głównych reakcję R₁^s oraz moment skręcający M_s wielkość tego momentu wynosi

W mostach wielodźwigarowych o dźwigarach jednościennych, posiadających małą sztywność na skręcanie w porównaniu ze sztywnością na zginanie, wpływ skręcania można pominąć. Obliczenie sił wewnętrznych w poprzecznicach skrajnych można przeprowadzić jak dla belek ciągłych opartych na podporach niepodatnych, jeżeli obc. działają na nie bezpośrednio. W ten sposób określimy siły poprzeczne i momenty w poprzecznicach środkowych. W poprzecznicach musimy także określić wielkości sił wewnętrznych wynikające z przestrzennego charakteru pracy ustroju. Rzędne lini wpływu momentu i siły poprzecznej w dowolnym przekroju poprzecznicy wyznaczyć z zależności:

a) dla siły P=1 położonej z lewej strony przekroju r

M_r = -(x-x_r)+∑n_i (b₁-x_r)

Q_r = -1+∑n_i

b) dla siły P=1 położonej z prawej strony przekroju r

M_r = ∑n_i (b₁-x_r)

Q_r = ∑n_i

Gdzie: x - mimośród siły P

x_r - odległość przekroju r od środka ciężkości przekroju poprzecznego

∑n_i - suma nacisków z lewej strony przekroju r

Ruszt żelbetowy

Częśc II

Pyt.48 Metody Realizacji belkowych mostów betonowych i ich wpływ na wytężenie i ukształtowanie obiektu mostowego

Metody realizacji tych mostów:

1. Przęsła monolityczne betonowane na miejscu budowy

2. Przęsła monolityczne prefabrykowane w całości

3. Przęsła z belek prefabrykowanych zespolonych z płytą betonowaną na miejscu

4. Przęsła montowane w całości z elementów prefabrykowanych

Ustroje o belkach:

- wolnopodpartych:

- wolnopodpartych ze wspornikami:

- ciągłych bezprzegubowych:

- ciągłych przegubowych:

- wspornikowych, złączonych z podporami i spiętych przegubowo-przesuwnie w przęśle:

- wspornikowych, złączonych z podporami i spiętych za pomocą belek swobodnie podpartych na końcach wsporników:

Kształtowanie przekroju poprzecznego mostów belkowych:

h_b belki prostokątne - dla mostów żelbetowych = 8÷12

- dla mostów sprężonych = 10÷18

Jeżeli belki dwuteowe - dla mostów żelbetowych = 10÷12

- dla mostów sprężonych = 12÷24

= 4÷5

Belki prefabrykowane 1) Płońsk 2)Poznań 3)WBS

1) 2) 3)

L_t ≤ 15÷24m

Przekroje poprzeczne monolitycznych mostów belkowych:

Rys 2. a. b. c. d - przekroje poprzeczne pełne e. f. przekroje belkowe skrzynkowe.

Ad.2

Metody wykonywania mostów o małych przęsłach L < 30m.

Przy niewielkich rozpiętościach przęseł drogowych i kolejowych, w przypadku posiadania odpowiednich środków transportowych i montażowych, można prefabrykować przęsła w całości i ustawiać je na uprzednio wykonanych podporach. Dostanie przęseł prefabrykowanych w całości na miejsce budowy ogranicza czas budowy mostu do minimum.

Ad.3

Metody wykonywania mostów o małych przęsłach L < 30m.

1. Prefabrykowanie belek lub przęseł i ich montaż.

Prefabrykacja belek lub przęseł i montaż ich na podporach charakteryzuje się bardzo szybkim tempem budowy ok. 5 do 7m dziennie i stosowana dla obiektów o niewielkiej rozpiętości. W przypadku dużych rozpiętości są stosowane belki układane w dużych rozstawach, na których betonowana jest płyta pomostowa.

Belki prefabrykowane z betonu zbrojonego lub sprężonego , ustawione w odpowiednich odstępach na podporach, mogą służyć równocześnie do oparcia deskowania płyty pomostu betonowanej na miejscu. Między prefabrykatami belkowymi powstaje nieprzesuwne połączenie dzięki przyczepności betonu oraz odpowiednim strzemionom, wysuniętym z belek. Przez wykonanie płyty pomostu, a niekiedy i części przekroju belek podłużnych i poprzecznych na miejscu budowy zmniejsza się poważnie ciężar prefabrykatów w porównaniu do rozwiązań składanych w całości z prefabrykatów. Występuje tu bardzo dobra współpraca płyty betonowej z belką prefabrykowaną, ponieważ oboje podlegają pełzaniu i skurczowi. Dzięki pełzaniu silniej obciążonego prefabrykatu płyta i tak przejmuje na siebie część naprężeń od obc. stałego.

A) Mosty belkowe jednoprzęsłowe

W rozwiązaniach mostów jednoprzęsłowych znajdują ustroje belkowe bez wsporników lub ze wspornikami. Dźwigary te opiera się na podporach swobodnie lub łączy się przegubowo. Jednoprzęsłowe belki bez wsporników wymagają stosowania przyczółków na połączeniu z nasypem drogowym, natomiast dźwigary belkowe ze wspornikami o dużym wysięgu, wpuszczonymi w nasyp, znajdują zastosowanie w mostach drogowych. Wielkość wsporników belek ograniczona jest dopuszczalnymi ugięciami przęsła pod działaniem obc. ruchomych jak również wymagania dotyczące znaku i wielkości momentów zginających na środkowym odcinku przęsła. W porównaniu do belek wolno podpartych wysokość belek wspornikowych w środku przęsła może być mniejsza. W rozwiązaniach z betonu sprężonego, gdy ugięcie i warunki techniczne na to pozwalają, obiera się takie długie wsporniki, przy których w przęśle powstają zawsze momenty jednego znaku (ujemne).

B) Mosty belkowe wieloprzęsłowe

Mosty wieloprzęsłowe można projektować jako układy złożone z dźwigarów belkowych jednoprzęsłowych lub jako belki ciągłe i ciągłe przegubowe. Belki ciągłe z betonu zbrojonego znalazły zastosowanie przy rozpiętościach do 35÷40m, natomiast przy średnich rozpiętościach głównie stosujemy rozwiązania belkowe z betonu sprężonego do około 500m. Przy prefabrykacji odcinkami i sprężeniu, naprężenia skurczowe przy znacznej długości nie są groźne. Istnieją tez wystarczające środki zapewniające swobodę przesuwu ustroju na skutek zmian temperatury, skurczu i pełzania od obc. ruchomych. W mostach o dużej rozpiętości przeguby mogą być elementem pożądanym, gdyż odpowiednie ich rozmieszczenie pozwala na wprowadzenie korekty do obwiedni momentów zginających. Obecność przegubów przy betonowaniu rozgranicza sekcje betonowania i zmniejsza skurcz betonu. Z wyżej wymienionych względów belki ciągłe przegubowe znajdują często zastosowanie w mostach o dużej rozpiętości, zwykle połączeniu z nawisowym sposobem wykonania.

II.49. Tężniki w mostach stalowych

Tężniki łączą konstrukcję przestrzenną mostu w jedną całość. Tężniki przenoszą siły od parcia wiatru, bocznych uderzeń taboru, hamowania i siły odśrodkowej. Ponadto przeciwdziałają one wyboczeniu pasów ściskanych.

Tężniki dzielą się na (w zależności od kierunku, w jakim stężenia przekazują siły:

1. podłużne czyli wiatrownice (dolne i górne)

2. poprzeczne

W zależności od występujących elementów stężeń rozróżniamy następujące układy stężeń:

1. w mostach z jazdą górą:

a) wiatrownice górne i dolne b)wiatrownice górne c)stężenia poprzeczne d) wiatrownice górne i dolne

ramy podporowe stężenia poprzeczne wiatrownice dolne stężenia poprzeczne

2. w mostach jazdą dolną:
   

a) wiatrownice górne i dolne b)wiatrownice górne c)wiatrownice górne d) wiatrownice dolne

ramy podporowe stężenia poprzeczne (tylko w części pasów górnych) stężenia poprzeczne

i dolne oraz stężenia poprzeczne w postaci sztywnych ram

Wiatrownice - stężenia podłużne

Stężenia podłużne pracują głównie na działanie parcia wiatru (tężniki wiatrowe - wiatrownice) i siły powodujące hamowanie taboru na moście (tężniki hamowne). Są one z reguły kratowe i usytuowane są w poziomych płaszczyznach dolnych i górnych pasów dźwigarów głównych.

W mostach z jazdą górną o pomoście z blach nieckowych, stalowej płyty ortotropowej lub płyty żelbetowej, pomost taki zastępuje układ wiatrownice górnych.

Przykłady umieszczenia wiatrownic w kratownicach:

Kształt kraty wiatrownic:

Stosuje się kraty podwójne a) - najczęściej w mostach kolejowych jako wiatrownice dolne. Tu często w skrajnym polu przechodzi się w układ półprzekątny K, co ułatwia konstrukcje węzłów zerowych i ich konserwację. W kracie podwójnej X z dodatkowymi słupkami i kracie K d), e) należy zachować odstęp poprzecznic dwa razy mniejszy, niż odstęp dźwigarów głównych. Kraty typu rombowego b), c), f) są używane na górne wiatrownice (w przypadku f) następuje skrócenie prętów ściskanych). Stosuje się także kratownicę z kratą litery W z drugorzędowymi prętami g). Pręty powinny być sztywne i nie dopuszcza się stosowanie samych płaskowników.

Kraty podwójne kratownic liczymy w ten sposób, że krzyżulce sprawdzamy na rozciąganie na całą siłę i na ściskanie na siły poprzecznej (podzielonej przez cos odpowiedniego kąta).

Tężniki poprzeczne:

Połączenia poprzeczne wraz z elementami pomostu biorą udział w wyrównaniu nierówności obciążenia (przeciążenia) dźwigarów głównych, będących efektem mimośrodowego działania obciążeń pionowych i poziomych. Stężenia poprzeczne (kratowe lub pełnościenne) sytuowane są w płaszczyznach pionowych lub nachylonych we wszystkich węzłach dźwigarów głównych (pod poprzecznicami, w węzłach dźwigarów kratowych ). Szczególną rolę spełniają tężenia poprzeczne usytuowane w płaszczyznach podparć dźwigarów głównych na łożyskach - ramy podporowe, które wraz ze stężeniami podłużnymi zamykają wszystkie płaszczyzny ograniczające konstrukcje przęsła, zapewniając jej geometryczną niezmienność.

Kształt tężników poprzecznych :

Kształtuje się je jako kraty (rys 1) oraz ramy otwarte (rys 2), lub zamknięte (rys 3). Jeżeli są to ramy otwarte, czyli tzw. półramy, to muszą one mieć odpowiednio silne słupki i poprzecznice.

Wiatrownice liczymy jako poziome dźwigary kratowe.

Tężniki hamowne:

Tężniki hamowne mają na celu przeniesienie sił hamowania z jezdni, tj. z podłużnic na dźwigary główne (i dalej na łożyska), nie dopuszczając do zginania poprzecznic. Są one potrzebne w mostach posiadających jezdnie, a ponadto w mostach kolejowych jednotorowych o rozpiętości od 25m i od 15m w mostach dwutorowych z jezdnią otwartą. Najczęściej tężniki hamowne dajemy w połowie rozpiętości. Przy przerwie jezdni, z uwagi na większą rozpiętość korzystne jest dawać dwa tężniki hamowne: w i w rozpiętości.

Na rysunku podano kilka kształtów siatki tężnika hamownego.

---