» » Вертикальные и горизонтальные нагрузки на опоры

Вертикальные и горизонтальные нагрузки на опоры

23.04.2016

На работу мостовой конструкции при воздействии вертикальных нагрузок в значительной степени не влияют ни вид опирания, ни тип выбранных опорных частей. Отрицательной стороной этого является пренебрежение проблемой устройства опорных частей.
Влияние реактивного момента опорных частей на изменение вертикальных опорных реакций всегда невелико, поэтому им пренебрегают. Как правило, это относится и к влиянию опорного момента над опорной частью. Если этот опорный момент равен нулю (концевая опорная часть), то противодействующие моменты опорной части (стаканообразной, армированной эластомерной, скольжения) незначительно уменьшают концевой расчетный пролет. Тогда также оправдано пренебрежение реактивным моментом при расчете пролетного строения. Точные исследования с помощью теории дисков потребовали бы по сравнению с полученным эффектом неоправданно высоких затрат на выполнение расчетов.
Другой проблемой точного расчета является вертикальная податливость эластомерных опорных частей. Все другие опорные части, включая стаканообразные, являются жесткими по отношению к вертикальной нагрузке. Мосты с эластомерными опорными частями следовало бы рассчитывать как балки на упругих опорах с учетом статически нелинейных, зависящих от температуры и времени характеристик упругости. Необходим ли такой трудоемкий расчет?
Рассмотрим, например, условия для высоких мостов через долины. Опоры их могут иметь высоту 100 м и испытывать значительное вертикальное давление величиной до 45 кгс/см2; модуль упругости опор 300 000 кгс/см2. В этом случае средние деформации сжатия опоры будут
Δl = εl = 0,15*10-3l = 15 мм.

Ползучесть увеличивает это значение минимум до 4 см. При полной полезной нагрузке такие деформации сжатия будут в армированной эластомерной опорной части толщиной около 1,50 м. Такие высокие опорные части еще не применяли. Если высокие мосты через долины не рассчитывают как балки на упругих опорах, то не следует применять этот расчет и для неразрезных балок на эластомерных опорных частях. Пренебрежение упругостью опорных частей в отдельных случаях может быть недопустимым, например в трехпролетных балках с относительно большим средним пролетом, когда вся постоянная нагрузка практически передается на две промежуточные опоры, а на устои в основном действуют опорные реакции от подвижной нагрузки. Податливость опор приводит тогда к увеличению моментов в пролете, которое зависит от жесткости пролетного строения. В таком случае рекомендуется возможно точнее определять деформации сжатия выбранного типа опорных частей от постоянной нагрузки и учитывать их в расчете в качестве «постоянной нагрузки». В противном случае из соображений надежности сжатие должны учитывать для момента в пролете и, напротив, не принимать во внимание для опорного момента, что в общем неэкономично и нелогично.
Следует заметить также, что разность осадок грунтового основания значительно больше, чем сжатие резиновых опорных частей.
В продольном направлении прямых мостов обычно действуют три вида горизонтальных сил: силы торможения и ускорения от подвижной нагрузки; вынужденные усилия от продольных деформаций пролетного строения в плоскости опорных частей; компоненты от вертикальной нагрузки вследствие косины или кручения пролетного строения, опорных частей или опор. Все эти воздействия нежелательны, поэтому стремятся их уменьшить. Величина этих сил и распределение в сооружении зависит в значительной степени от опирания и типа опорных частей. Величина тормозных сил, являющихся внешними усилиями, задается нормами. Если сооружение не может их воспринять, неизбежно его повреждение. Поэтому в нормах ДИН 1072 оценка этих сил принята с запасом.
Перемещения опорных частей обусловлены продольными деформациями пролетного строения и условиями жесткости. Если известно расположение неподвижной точки (например, на устое), то расчет очень прост, так как перемещения отдельных опорных частей при допущении бесконечно жесткого пролетного строения не связаны с условиями упругости и определяются только удалением от неподвижной точки. Более трудоемок расчет, когда применяют деформирующиеся опорные части, а также при расположении неподвижной опорной части на гибкой опоре моста или при установке нескольких неподвижных опорных частей на смежных опорах. В этом случае неподвижную точку определяют в зависимости от условий упругости. Расчет для случая применения деформирующихся опорных частей приведен в работе.
При применении катковых опорных частей и опорных частей скольжения, в том числе при установке неподвижных опорных частей на гибких опорах, неподвижную точку, как правило, с достаточным приближением считают находящейся у неподвижной опорной части. В отдельных случаях производят приближенный расчет — сравнение перемещений у верха опоры с неподвижной опорной частью от суммарных (односторонних) усилий с расчетными перемещениями подвижных опорных частей. Если полученные смещения у верха опоры, например, меньше 1/10 средних перемещений всех подвижных опорных частей, то принимают, что неподвижная точка и неподвижная опорная часть идентичны.
Продольные деформации пролетного строения могут происходить от предварительного напряжения, ползучести, усадки и расширения, от температуры, собственного веса, подвижной нагрузки, деформаций грунтового основания.
Влияние собственного веса и подвижной нагрузки в податливых мостах проявляется в виде поворота пролетного строения над опорами. Небольшое вращение могут вызывать также предварительные напряжения, ползучесть и неравномерное распределение температуры, однако этими деформациями обычно можно пренебречь.
Перемещение вследствие поворота определяют по формуле
Δlφ = φr

где φ — угол поворота пролетного строения и r — расстояние между перемещающейся точкой опорной части и центром вращения пролетного строения (рис. 2.1).
Вертикальные и горизонтальные нагрузки на опоры

При подвижных опорных частях этот центр вращения находится в точке пересечения оси опоры с осью, проходящей через центр тяжести пролетного строения. Если опорная часть расположена в центре тяжести, то эта составляющая отсутствует В сравнении с другими деформациями такое продольное перемещение часто пренебрежительно мало. Особое значение оно может иметь для условий смазывания опорных частей скольжения. У неподвижной опорной части, как правило, наблюдается вынужденный поворот относительно точки на уровне опорной части, поэтому следует дополнительно учитывать смещение над этой опорной частью:
Δlφ = φr + φFφF,

где φF и rF — соответствующие значения для неподвижной опорной части (см. рис. 2.1).
Смещения от предварительного напряжения происходят кратковременно, перемещения от ползучести и усадки затухают примерно через 4 года до пренебрежительно малых значений. Если эти перемещения учитывают в расчете как имеющие большое значение, то могут быть предусмотрены регулируемые опорные части.
Перемещения от воздействия температуры в течение всего срока службы сооружения повторяются с ежедневным и ежегодным ритмами.
Усилия в продольном направлении для опорных частей скольжения и катковых опорных частей не зависят от перемещений, в то время как для деформирующихся и неподвижных опорных частей, расположенных, например, на нескольких опорах, реактивные силы пропорциональны величине перемещений.
Для катковых опорных частей и опорных частей скольжения реактивная сила зависит от вертикальной нагрузки
H = μV.

Коэффициент трения μ не является постоянной величиной. При возрастании нагрузки он увеличивается для катковых опорных частей и уменьшается для опорных частей скольжения. При опорных частях скольжения для упрощения расчета в запас принимают, что сила H имеет постоянную величину, соответствующую максимальным напряжениям смятия:
H = (μ zul σ) F.

В поперечном направлении действуют следующие горизонтальные нагрузки: ветровая нагрузка, вынужденные усилия от продольных деформаций, составляющие вертикальной нагрузки вследствие косины, центробежные силы и боковые удары (в железнодорожных мостах).
Условия воздействия сил от продольных деформаций и составляющих вертикальной нагрузки вследствие косины такие же, что и в продольном направлении моста.
Восприятие ветровой нагрузки в больших мостах может быть проблематичным, если положенные в основу расчета нормативные величины очень высоки. В мостах длиной в несколько сотен метров, на которые действует значительная ветровая нагрузка, нельзя осуществить относительно свободное опирание (с применением только двух опорных частей, которые могут воспринимать усилия в поперечном направлении). С другой стороны, маловероятно, чтобы расчетная ветровая нагрузка при урагане действовала одновременно по всей длине моста.
Допущение постоянной ветровой нагрузки в поперечном направлении и распределение усилий в несущей конструкции мостов через долины с опорами различной высоты, особенно имеющих переменное поперечное сечение, может потребовать трудоемкого расчета с применением ЭВМ. Такой расчет нецелесообразен. Поэтому ветровую нагрузку распределяют на отдельные опоры без учета упругости пролетного строения и опор. Можно несколько повысить точность расчета, если уменьшить нагрузку на более высокие опоры за счет увеличения нагрузки на более низкие. В больших мостах часто применяют специальные опорные части, воспринимающие ветровую нагрузку.