Балочные пролетные строения с решетчатыми главными фермами используют намного шире при строительстве железнодорожных мостов, чем автодорожных. Подчас это единственно возможное решение. Точно установить границы рационального применения решетчатых пролетных строений сложно, так как они зависят от многих факторов. Во всяком случае, в малых пролетах (до 30…40 м) решетчатые фермы нецелесообразны, поскольку трудоемкость и стоимость их изготовления существенно выше, чем балок со сплошной стенкой. В автодорожных мостах решетчатые фермы при длине пролетов до 200 м почти полностью вытеснены сплошностенчатыми балками.
В пролетных строениях с решетчатыми главными фермами вместо листа стенки устроена дискретная решетка, элементы которой вместе с поясами должны образовывать геометрически неизменяемую конструкцию (рис. 7.1). В фермах при узловой передаче нагрузки все элементы работают преимуществен но на осевые силы, что позволяет полнее использовать прочностные свойства материала, в чем их несомненное достоинство. В мостах любого назначения балочные решетчатые про летные строения могут быть paзрезными, неразрезными, консольными, с ездой поверху и понизу Разрезное строение однопутного железнодорожного моста с ездой поверху состоит из двух главных ферм, объединенных в пространственную конструкцию системой продольных и поперечных связей. Число главных ферм в автодорожных мостах может быть более двух. Связи выполняют ту же роль, что и в сплошностенчатых балках.
Перечислим основные параметры пролетного строения: расчетный пролет lp; высота h1 ферм, измеряемая между геометрическими осями поясов фермы; расстояние между центрами смежных узлов ездового пояса фермы d, называемое панелью фермы; угол наклона α раскосов к вертикали; расстояние между осями главных ферм В (рис.7.2). Ездовым поясом называется пояс фермы, расположенный в уровне передачи временной подвижной нагрузки на главные фермы. Панель длиной d обычно совпадает с панелью ферм продольных связей.
Согласно принятой в нашей стране модульной системе длину пролета lp, как правило, назначают кратной 11 м в железнодорожных мостах и 21 м (10,5 м) в автодорожных.
В принципе, длина d панели фермы может быть выбрана произвольной (желательно иметь только регулярную решетку фермы). Следует учитывать, что три компоновочных параметра фермы взаимосвязаны, а именно: d = h1*tg α. При заданной высоте фермы длина панели фермы должна быть такой, чтобы обеспечивать приемлемый по конструктивной компоновке узла фермы угол α в пределах от 30° до 50°.
Высота фермы при езде поверху определяется требованиями обеспечения вертикальной жесткости и экономичности. Наименьшая металлоемкость пролетного строения в железнодорожных мостах достигается при высоте ферм (1/5…1/7)lр. Однако при езде поверху фермы обычно делают более низкими — высотой (1/7…1/9)lр.
В автодорожных мостах принимают h1 равной (1/8…1/12)lр для разрезной и (1/1()…1/14)lр для неразрезной системы. В городских условиях высота и конфигурация ферм подчиняются архитектурным требованиям. Назначение высоты ферм, кроме того, продиктовано соображениями унификации и стандартизации, условиями заводского изготовления металлоконструкций, их транспортировки и монтажа.
Расстояние В между осями главных ферм поперек моста, подобно сплошностенчатым пролетным строениям, определяется конструкцией мостового полотна, поперечной устойчивостью пролетного строения, его горизонтальной жесткостью и экономическими соображениями.
Поперечная устойчивость пролетного строения может быть увеличена снижением высоты фермы с переменной высотой h2 над опорами или устройством опорных частей, воспринимающих отрицательные опорные реакции. По требованиям горизонтальной жесткости рекомендуется назначать расстояние между фермами с ездой поверху не менее (1/16…1/20)lр.
При безбалластном мостовом полотне и расстоянии между осями ферм более 2…2,2 м при езде поверху необходимо устраивать балочную клетку проезжей части (рис. 7.3). В этом случае нагрузка от подвижного состава передается через мостовое полотно на продольные балки, которые передают нагрузку через поперечные балки в узлы ездового пояса главных ферм.
Пролетное строение с ездой поверху без балочной клетки проще и легче, чем с клеткой, но его верхние ездовые пояса работают на осевое сжатие с местным изгибом при внеузловом приложении нагрузки, чти требует снизить длину панели или увеличить сечения верхних поясов и массу главных ферм.
При езде поверху существенно снижается объем кладки опор. Однако большая строительная высота пролетных строений, определяющая при перекрытии судоходных пролетов общую высоту моста и подходов к нему, является существенным недостатком. Поэтому в русловых пролетах чаще всего используют пролетные строения с ездой понизу, имеющие значительно меньшую строительную высоту.
В пролетных строениях с ездой понизу обычно исключают концевые стойки и примыкающие к ним элементы верхних поясов, т.к. они не работают на вертикальную нагрузку. Очертание контура ферм по фасаду приобретает форму трапеции (рис. 7.4).
Пролетное строение с ездой понизу под однопутную железную дорогу формируется из двух главных ферм, соединенных верхними и нижними продольными связями по поясам, промежуточными и опорными поперечными связями. Расстояние между осями ферм здесь приходится увеличивать до 5,6…5,8 м, чтобы фермы размещались вне пределов габарита приближения строений. При больших пролетах это расстояние также определяется поперечной устойчивостью и горизонтальной жесткостью, которые в большинстве случаев удовлетворяются при расстоянии между фермами (1/20…1/25)lр.
Экономически выгодная высота ферм данного типа составляет в железнодорожных мостах (1/5…1/7)lр, в автодорожных (1/6…1/10)lр. По условиям размещения верхних продольных и поперечных связей, а также контактной подвески электрифицированных линий за пределами габарита приближения строений (рис. 7.5) минимальная высота ферм составляет 8…8,5 м. Высота может быть увеличена, исходя из условий обеспечения вертикальной жесткости пролетного строения, унификации размеров серии пролетных строений, эстетических и иных соображений.
В случае, когда экономически выгодная высота главных ферм оказывается недостаточной для установки верхних продольных связей, применяют пролетные строения открытого типа, подобные сплошностенчатым пролетным строениям с ездой понизу. В них отсутствующие верхние продольные связи заменяются жесткими полурамами, формируемыми из поперечных балок, стоек и подвесок главных ферм. Верхние пояса открытых пролетных строений работают в неблагоприятных условиях — как сжатые стержни, закрепленные от поперечных смещений податливыми связями в местах установки полурам. При недостаточной жесткости полурам случались обрушения пролетных строений в результате потери устойчивости сжатыми поясами ферм.
В пролетных строениях с ездой понизу увеличиваются длины элементов продольных связей и усложняется устройство поперечных связей, выполняемых в виде рам со сквозными или сплошностенчатыми ригелями. Горизонтальную нагрузку ферма верхних продольных связей передает через опорные поперечные связи на опорные части. Поэтому опорные поперечные связи несут значительно большую нагрузку, нежели промежуточные связи, и выполняются в виде жестких портальных рам, размещаемых в плоскостях крайних (портальных) раскосов. Поперечная нагрузка с нижних продольных связей передается непосредственно на опорные части.
При езде понизу также устраивается проезжая часть в виде балочной клетки, в которой продольные балки объединяют в пространственную конструкцию собственной системой связей, а поперечные прикрепляют в узлах нижних поясов ферм.
Расположение балок проезжей части пролетных строений с ездой поверху и понизу возможно в одном уровне при одинаковой (рис. 7.6, а) и разной (рис. 7.6, 6) высотах продольных и поперечных балок, а также в разных уровнях, так называемое этажное расположение (рис. 7.6, в).
Одноуровневое расположение балок обеспечивает минимальную строительную высоту пролетного строения и упрощает конструкцию узла их соединения. В двухпутных железнодорожных и в автодорожных мостах число продольных балок, как правило, превышает две, а поперечные балки, несущие намного большие нагрузки, получаются большей высоты, нежели продольные балки. В этом случае применяют тип балочной клетки, изображенный на рис. 7.6, б.
Проезжая часть с этажным расположением балок (см. рис. 7.6, в) имеет простой узел сопряжения балок. Однако такое решение не только увеличивает строительную высоту, но и имеет ряд существенных эксплуатационных недостатков: быстрое расстройство заклепок или болтов в сопряжении балок, изгиб и появление усталостных повреждений верхних поясов поперечных балок. Поэтому в современных пролетных строениях таких конструкций стараются избегать.
