что такое ортотропная плита моста
Ортотропные плиты автодорожных мостов
Страницы работы
Содержание работы
ОРТОТРОПНЫЕ ПЛИТЫ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНСТРУКЦИИ
В последние десятилетия в конструкциях автодорожных мостов для уменьшения их собственного веса широко применяется металлический настил, одновременно служащий в качестве проезжей части передающей временную нагрузку на главные несущие элементы, развитого верхнего пояса основной несущей конструкции, верхних и (или) нижних продольных связей. Такой настил состоит из листа, к которому с одной стороны приварена система продольных и поперечных ребер жесткости, в результате чего образуется достаточно жесткая ортотропная плита (рис. 1).
Рис. 1. Принципиальная конструкция коробчатого пролетного строения
с ортотропной плитой проезжей части и нижней ребристой плитой
1 – ортотропная плита; 2 – главная балка; 3 – связи между коробками; 4 – домкратная балка;
5 – связи меду балками; 6 – нижняя ребристая плита; 7 – поперечное ребро
В большинстве случаев металлический настил состоит из нескольких плит по длине и ширине пролетного строения моста (см. рис. 1). Горизонтальные листы плит, их продольные и поперечные ребра жесткости соединены сваркой или высокопрочными болтами (в отдельных проектах, с целью исключения монтажной сварки, не только ребра, но и листы настила между собой и с поясами балок соединены болтами).
В пролетных строениях в качестве ребер плит используют полосы (рис. 2) или профили – двутавровые балки, сварные или полученные при разрезке двутавров тавры, уголки, бульбо-профили, гнутые профили (трапецеидальные, треугольные, прямоугольные), разрезанные вдоль и целые швеллеры, сварные замкнутые профили и т.п. (рис. 3 и 4). Здесь следует отметить, что опыт изготовления на заводах плит с продольными ребрами различного профиля показал, что полосовые ребра с точки зрения технологичности их производства предпочтительнее, поэтому практически все изготовленные за последние годы рядовые плиты имеют полосовые продольные и тавровые поперечные ребра жесткости.
Рис. 2. Монтажная секция ортотропной плиты унифицированной конструкции
с продольными ребрами полосового сечения
Рис. 3. Монтажная секция ортотропной плиты
с продольными ребрами коробчатого сечения (мост через Волгу в Ульяновске)
Рис. 3. Монтажная секция проезжей части
с продольными и поперечными ребрами плиты таврового сечения
(балка жесткости вантового моста через Неву в Санкт-Петербурге)
Следует отметить, что лист настила плит работает под распределенной покрытием местной нагрузкой как пластинка-мембрана, опертая на продольные ребра. Продольные ребра работают совместно с листом настила в качестве элементов проезжей части, преимущественно на изгиб от местной нагрузки, и в составе балки жесткости преимущественно на осевые силы. Элементы ортотропных плит рассчитывают на местные вертикальные нагрузки, а полученные усилия суммируют с усилиями от работы плиты в составе балки жесткости. Действительная работа ортотропной плиты под местной нагрузкой имеет ярко-выраженный пространственный характер.
С учетом того, что удельный вес ортотропных плит в объеме производства некоторых заводов достигает 25%, проектными организациями и заводами по изготовлению мостовых конструкций проведена унификация параметров плит, позволяющая повысить оснащенность технологического процесса их изготовления и уменьшить количество переналадок заводских кондукторов.
Ниже представлены некоторые утвержденные к применению параметры рядовых плит:
1. Ширина листа настила – 2480 мм (в обоснованных случаях одна из плит между главными балками может быть принята меньшей ширины);
2. Минимальная толщина листа настила определяемая не прочностью, а жесткостью, для обеспечения трещиностойкости дорожного покрытия – 12 мм (в обоснованных случаях возможно увеличение толщины настильного листа отдельных поперечных рядов ортотропных плит до 14, 16, 20 мм с изменением толщины в монтажных стыках). Во всех случаях, упругие прогибы листа должны быть не более 1/300´а – пролета, равного расстоянию между линиями опирания настила на продольные ребра;
3. Длина листа настила – 10 500 мм;
4. Длина продольных ребер жесткости – 10300 мм;
5. Расстояние по осям продольных ребер жесткости – 300 мм; 350 мм. Этот размер принимается единым для всех плит пролетного строения;
6. Высота полосовых продольных ребер жесткости – 180мм;
7. Толщина полосовых продольных ребер жесткости – 14 мм (в обоснованных случаях при толщине настильного листа до 20 мм толщина продольных ребер жесткости может быть равной толщине настильного листа);
8. Высота тавровых поперечных ребер жесткости – 640 мм; 720 мм; 800 мм (в обоснованных случаях высота тавровых ребер жесткости может быть увеличена на значение, кратное 80 мм). Этот размер принимается единым для всех плит пролетного строения;
9. Расстояние между тавровыми поперечными ребрами жесткости – 3000 мм, 3500 мм. Этот размер принимается единым для всех плит пролетного строения;
10. Монтажные соединения – настильные листы на сварке, продольные и поперечные ребра жесткости на высокопрочных болтах.
Подготовлено с использованием материалов:
Мамлин Г.А. Изготовление конструкций стальных мостов. – М.: Транспорт, 1976. – 360 с.
Преимущества ортотропных плит, их конструкция, типы, элементы и их размеры
Коробчатые пролетные строения с ортотропной плитой (металлическая плита проезжей части) отличаются высокой заводской готовностью, снижением расхода металла, значительным повышением вертикальной, горизонтальной и особенно крутильной жесткости, а также упрощением транспортирования и монтажа.
Автодорожные мосты коробчатого типа с ортотропной плитой проезжей части получили широкое распространение благодаря названным выше преимуществам для пролетов более 60-80м.
В поперечном сечении, в зависимости от ширины моста, устраивают 1-2 коробки шириной по 4-5м и высотой 1:20-1:30 пролета.
Рис.147. Поперечные сечения пролетных строений с коробчатыми главными балками (ортотропная плита).
Ортотропную плиту покрывают асфальтобетоном с полимерными добавками толщиной около 5см, толщина верхнего стального листа составляет 12-14мм, стенок продольных ребер 8-10мм, поперечных 12мм.
Рис.148. Типы продольных ребер металлических ортотропных плит:
а – открытого типа; б – закрытого типа
1-ребра из полосы, 2-из полосы с бульбой, 3-из тавра, 4-изшвеллера, 5-из уголка, 6-из двутавра, 7- квадратного, 8- полукруглого, 9- трапециедального, 10- треугольного (V-образного) сечения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Характер работы и конструкция сталежелезобетонных пролетных строений.
2. Соединительные элементы. Гибкие и жесткие арматурные упоры. Болтовые соединения и металлические закладные части.
3. Преимущества ортотропных плит, их конструкция, типы, элементы и их размеры.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Ортотропная пластина
Содержание
Происхождение термина
сказка
Ортотропная пластина была легче, чем уже известные конструкции. Это сэкономило строительные материалы и вес, и можно было построить особенно тонкие мосты с большими пролетами.
Для общего применения конструкция с ортотропными плитами настила была заменена мостами с бетонными балками, которые могут быть построены более экономично, поскольку больше не требуются дорогостоящие сварочные работы. Кроме того, при необходимости бетонные мосты могут быть построены на месте без сборных деталей. Ортотропные балки настила теперь используются только для мостов, где вес играет решающую роль, таких как подвижные мосты или длинные вантовые и подвесные мосты.
Строение и функции конструкции
Ортотропная пластина состоит из накладки, приваренных снизу продольных ребер и поперечин.
Крышка
Продольные ребра
Первоначально использовались I, L и T профили, в которых покровный лист и продольное ребро не образовывали замкнутой полости. Эти конструкции более мягкие на кручение по сравнению с конструкциями с закрытыми продольными ребрами, но их легче рассчитать. Кроме того, нижняя сторона крышки менее хорошо защищена от коррозии, поскольку большая площадь подвергается воздействию воздуха по сравнению с ортотропными пластинами с закрытыми профилями.
Поперечины
Поперечные перемычки, с одной стороны, поддерживают защитную пластину в поперечном направлении, но вместе с продольными ребрами также образуют решетку, повышающую прочность пластины.
Приложения
Ортотропные плиты настила также используются в мостах, где вес играет очень важную роль, таких как подвижные мосты или длинные вантовые и подвесные мосты. По сравнению с конструкциями из чистого бетона, ортотропные плиты могут сэкономить до четверти веса таких мостов, поскольку как балки проезжей части, так и несущие части легче.
Ортотропные плиты также могут использоваться для усиления существующих мостов путем замены существующего бетонного настила ортотропной плитой.
Рекомендации Рекомендации по проектированию стальных ортотропных плит проезжей части автодорожных мостов
всесоюзный НАУ чно-ИсслЕдоВАТЕльский институт транспортного СТРОИТЕЛЬСТВА
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТАЛЬНЫХ ОРТОТРОПНЫХ ПЛИТ
ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
МОСКВА 1968
III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ПЛИТЕ ОТ РАБОТЫ ЕЕ НА ИЗГИБЕ МЕЖДУ ГЛАВНЫМИ БАЛКАМИ
IV определение; усилий в плите От совместной РАБОТЫ ЕЕ С ГЛАВНЫМИ БАЛКАМИ
V. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Действительная, несущая способность ортотропных плит, определенная с учетом пластической, работы материала, значительно превышает установленную в предположении только упругой работы, что обусловлено перераспределением усилий между элементами конструкций и мембранным эффектом.
В лаборатории металлических мостов ЦНИИСа проведены теоретические и экспериментальные исследования с разработкой предложений по конструкциям, методам расчета, технология изготовления и области применения стальных автодорожных пролетных строений (открытого и коробчатого сечения) с ортотропной плитой проезжей части. Предложения получили положительную оценку Технического управления Минтрансстроя и рекомендованы к исполнению проектным и строительным организациям. На основании этих предложений инж. А.С. Платонов под руководством канд. тeхн. наук Н.Н. Стрелецкого составил настоящие рекомендации.
Замечания просьба направлять по адресу: Москва, И-329, игарский пр.,2, Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства (ЦНИИС), отделение искусственных сооружений.
ЗАМ. ДИРЕКТОРА ИНСТИТУТА (А. СМОЛЬЯНИНОВ)
РУКОВОДИТЕЛЬ ОТДЕЛЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ (К. СИЛИН)
2. Ортотропная проезжая часть эффективна в малых пролетах разводных мостов, а также в некоторых специальных конструкциях и при наличии особых условий.
3. При изготовлении и монтаже секций стальных ортотропных плит следует руководствоваться требованиям главы СНиП III-В.5-62 «Металлические конструкции. Правила изготовления, монтажа и приемки».
4. Выбор защитноездового покрытия по стальному листу, детали его конструкции и технологии укладки должны быть в каждом конкретной случае согласованы с МАДИ и Ленинградским филиалом Союздорнии. Следует учитывать также рекомендации [ 3].
5. При соблюдении конструктивных предложений настоящих рекомендаций разрешается не производить расчеты выносливости стальных ортотропных плит впредь до уточнения основных принципов расчетов выносливости автодорожных мостов.
II. Конструирование
6. С точки зрения экономии стали предпочтительна одноярусная конструкция ортотропной плиты проезжей части, состоящая из покрывающего листа, ортогонально подкрепленного в одной уровне, продольными ребрами и поперечными балками (рис. 1, а).
Рис 1. Типы ортотропной проезжей части:
7. Двухъярусное расположение продольных ребер и поперечных балок (рис. 1, б) менее выгодно (увеличивается расход металла) по сравнению с одноярусным, но более эффективно при изготовлении и монтажу конструкций.
8. Конструкцию плиты из сравнительно легких и жестких панелей (щитов), окаймленных уголками или другими элементами и опирающихся на пояса главных балок и узлы ферм поперечных связей, рекомендуется применять лишь в сборно-разборных мостах и при строительстве в труднодоступных районах.
10. Для эффективного использования автоматической сварки разрешается отступать от оптимальных расстояний между поперечными балками, если это экономически оправдано. При этом следует учитывать, что увеличение расстояния между поперечными балками вдвое, против оптимального, утяжеляет плиту примерно на 6%.
11. Минимальная толщина покрывающего листа назначается из условий трещиностойкости защитнозадавого покрытия по графику (рис. 2.)
Рис. 3. Продольные ребра коробчатого поперечного сечения.
13. можно применять следующие виды ребер открытого поперечного сечения (расположены в порядке уменьшения степени эффективности): сварные тавры, неравнобокие уголки, простые полосовые ребра.
14. Продольные ребра в виде тавров, получаемых разрезкой прокатных двутавров, и из судовых профилей (например, бульбы) могут применяться при условии стыкования сварной с полным проваром.
15. Продольные ребра из целых прокатных двутавров и швеллеров запрещены п. 483 технических условий СН 200-62 м, кроме того, экономически нецелесообразны.
16. Поперечные балки проектируют открытого поперечного сечения (сварные тавры или двутавры). Их вертикальная жесткость значительно превышает жесткость продольных ребер. Высоту поперечной балки принимают равной 1/8 ÷ 1/12 ее пролета.
18. Заводские соединения в секциях стальных отротропных плит должны быть только сварными.
19. Монтажные стыки покрывающего листа (продольные и поперечные) выполняются преимущественно сварными встык с применением подкладных полос. механически обработанные кромки сопрягаемых листов должны строго в пределах допусков соответствовать друг к другу. Подгонка кромок по месту допускается только в порядке исключения.
20. При большой длине монтажных секций, если не удается выдержать допуски на геометрическое очертание кромок, в виде исключения листы могут иметь продольные стыки на высокопрочных болтах (с отверстиями увеличенного диаметра) или клепаные (с рассверловкой отверстия при монтаже).
21. В одноярусных конструкциях продольные ребра пропускаются без стыков сквозь вырезы, предусматриваемые в стенках поперечных балок, и привариваются к ним на заводе валиковыми швами (рис. 4). Стык продольных ребер (как правило монтажный) назначается в пролете между поперечными балкам, желательно вблизи нулевой точки-эпюры моментов, и выполняется обычно сварным.
22. Для сварных стыков продольных ребер в панели рекомендуются следующие решения:
а) стык стыковыми швами. Заводские поясные швы сварных продольных ребер в этом случае не доводят до стыкового сечения. их доваривают при монтаже после выполнения стыковых швов. Стык покрывающего листа предусматривается со вставкой, после стыкования продольных ребер;
б) стык на накладках, привариваемых валиковыми швами. Горизонтальный лист при этом стыкуется в том же сечении одним стыковым швом (без вставки).
Рис. 4. Пересечение продольных ребер со стенкой поперечной балки (выкужки обязательны):
23. Простая приварка угловыми швами торцов продольных ребер к стенкам поперечных балок не допускается в связи с повышенной концентрацией напряжений.
24. В двухъярусных и щитовых конструкциях продольные ребра присоединяются к поясам поперечных и главных балок или ферм высокопрочными болтами.
25. Фланцевые продольные и поперечные стыки жестких щитовых секций выполняются на высокопрочных болтах. Обязательна шпаклевка зазоров между сопрягаемыми фланцевыми элементами.
26 Монтажные стыки поперечных балок и присоединения поперечных балок к ребрам жесткости или фасовкам главных балок или ферм целесообразны на высокопрочных болтах.
III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ПЛИТЕ ОТ РАБОТЫ ЕЕ НА ИЗГИБЕ МЕЖДУ ГЛАВНЫМИ БАЛКАМИ
Рекомендуется несколько вариантов расчета, отличающихся методикой, трудоемкостью и точностью. Выбор варианта зависит от конкретных условий. Даже наиболее простой из них (построение поверхностей влияния с помощью графиков) имеет более высокую точность, чем приближенные плоскостные расчеты, которые практиковались до последнего времени нашими проектными организациями.
Метод отротропной плиты
27. Метод основан на сведении фактической системы к условной континуальной, упругие свойства которой в ортогональных направлениях различны
Дифференциальное уравнение изгиба континуальной плиты толщиной t имеет вид [ 6]
— действительная жесткость при кручении;
30. На стадии проектного задания поверхности влияния изгибающих моментов mx m и mym в ортогональных направлениях континуальной плиты могут быть построены в зависимости от η/l и ξ/l по графикам рис. 5 и 6. Используя формулы преобразования координат, можно определить ординаты поверхностей влияния и для случаев, когда Вх ≠ В 1 у.
31. При данных Вх и B 1 у ≠ Вх преобразования выполняются по формулам:
Рис. 5. Поверхности влияния изгибающего момента mxm в ортотропной плите, свободно опертой по двум сторонам:
Рис. 6. Поверхности влияния изгибающего момента m у m в ортотропной плите, свободно опертой по двум сторонам:
32. На стадии рабочего проектирования более точным расчет, ортотропной плиты может бить получен решением дифференциального уравнения изгиба в конечных разностях [ 1]. Шаг сетки выбирается так, чтобы соответствующие поперечные ряды её узлов совпадали с осями поперечных балок (это условие, необязательно, но оно упрощает и уточняет расчет). Система линейных уравнений имеет ленточную, симметричную относительно главной диагонали матрицу и решается на ЭЦВМ.
Метод ростверка (балочной клетки)
33. Метод расчета, разработанный Гомбергов [ 5], основан на решении ростверка, состоящего из продольных неразрезных балок (ребер), опирающихся на бесконечно большое количество упруго-податливых опор, которыми является поперечные балки с жесткими опорами.
34. Расчет дает приемлемую точность и рекомендуется как на стадии проектного задания, так и для рабочего проектирования. Учитывается жесткость на кручение продольных ребер. Построение поверхностей влияния искомых величин (прогибов, нагибающих и крутящих моментов, поперечных сил и др.) производится по формулам и таблицам [ 5]. Применения ЭЦВМ не требуется.
35. При расчленении плиты на балочную клетку ширина листа, совместно работающего с продольными ребрами и поперечными балками, принимается равной соответственно расстояний между продольными ребрами и поперечными балкам.
36. В продольном направлении вполне достаточно рассматривать пять пролетов продольных ребер, т.е. ростверк с четырьмя промежуточными поперечными балками. Количество продольных ребер может быть любым.
37. При необходимости учета крутильной жесткости продольных ребер (ортотропная плита с продольными ребрами коробчатого поперечного сеченая) формула для построения необходимых поверхностей влияния, а также ссылки на соответствующие таблицы даны в ч. 4, гл. В, стр. 56 [ 5].
39. Для пользования таблицами Гомберга в качестве исходных данных необходимо знать жесткость ростверка:
I и I т в пределах длины l должны быть постоянны.
Метод строгого пространственного расчёта
40. Пространственный расчет ортотропных плит проезжей части, наиболее сложный, но вместе с тем точный и универсальный, рекомендуется выполнять по программе МП-3 для ЭЦВМ БЭСМ-2М [ 4]. При этом учитывается жесткость на кручение продольных ребер. Плита членится на элементы, следующие при деформациях законам теории упругости для тонких пластин и не подчиняющиеся гипотезе плоских сечений.
41. Поперечные балки и покрывающий лист плиты рассматриваются как шарнирно опертые на главные балки. Моменты защемления, имеющиеся в действительности в этих шарнирах, принимаются за внешнюю нагрузку и берутся из общего расчета пролетного строения.
42. Описание программы МП-3, правила пользования ею и примеры расчета приведены в работе [ 4].
IV определение; усилий в плите От совместной РАБОТЫ ЕЕ С ГЛАВНЫМИ БАЛКАМИ
43. Усилия и напряжения в покрывающем листе ортотропной плиты в продольных ребрах от совместной работы с главными балками или фермами можно определить, если включить их в состав соответствующих поясов главных балок или ферм. Неравномерность распределения усилий и напряжений по ширине плиты в отступление от гипотезы плоских сечений обязательно должна учитываться у промежуточных опор неразрезных и консольных сплошных главных балок и у узлов сквозных главных ферм. Эта неравномерность может быть получена при общем пространственном расчете пролетного строения по программе МП-3 для БЭСМ-2М [ 4].
V. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ
45. Предельное состояние по прочности для стальных ортотропных плит проезжей части при обеспечении гарантий от хрупкого разрушения является предельным состоянием по развитию пластических деформаций, чрезмерная величина которых вызывает расстройства, трещины и иные повреждения в защитноездовом покрытии, а также недопустимо увеличивает динамику пропускаемого транспорта и ухудшает его управляемость.
46. За предельную остаточную деформацию ΔОСТ принимается остаточный прогиб продольных ребер, равный 1/3000 расстояния между поперечными балками.
47. Места стальной ортотропной плиты в сечениях неразрезного пролетного строения над промежуточной опорой и серединой центрального пролета, требующие обязательного вычисления напряжений для проверки прочности, показаны на рис. 7. Нужно проверять прочность во всех характерных сечениях (включая сечения изменения размеров элементов), определяемых по эпюрам напряжений и материалов.
48. Прочность растянутой нижней фибры продольного ребра (в точках А) следует проверять по формулам:
Ширина листа, работающего совместно с продольным ребром, принимается равной расстоянию между продольными ребрами.
Рис. 7. опасные места (точки А, Б, В) ортотропной плиты проезжей части неразрезного пролётного строения.
Ширина листа, работавшего совместно c поперечной балкой, принимается при проверке прочности равной 0,2 пролета поперечной балки.
50. Формула проверки прочности горизонтального ласта (точка А, б, В в зонах как растягивающих, так и сжимающих продольных усилий от совместной работы с главными балками) имеет вид
Если материал нижней фабры продольных ребер использован не полностью, величина m определяется линейной интерполяцией, а при:
Кроме того, необходимо соблюдение условий:
51. Проверять прочность листа, работающего на местную нагрузку между двумя соседними продольными ребрами, не требуется. Минимальная толщина листа принимается по п. 11 (см. рис. 2).
ЛИТЕРАТУРА
2. Скрябина Т.А. Расчет неразрезных ортотропных плит на неподатливых и упругих опорах. Там же.
3. Технические рекомендации по строительству дорожных покрытии на металлических настилах мостов в условиях Северо-Западной части СССР. Изд. ленинградского финала Союздорнии. Л., 1965.