Деревянные мосты

Деревянный мост

ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ, мосты, основным материалом которых служит дерево. В настоящее время деревянные мосты строятся из сосны, лиственницы, ели. Дуб применяется преимущественно для подушек, нагелей, иногда - для свай и прогонов. Лесной материал д. б. зимней рубки, прямостойный, с небольшим числом сучьев, без круговых и радиальных трещин (морозобой, метик, отлуп), без синевы и гнили. Предпочитается так называемая рудовая сосна, т. е. выросшая на сухих песчаных холмах.

В деревянных мостах под обыкновенную дорогу ширина ездового полотна: на полевых проселочных дорогах - от 3 м; для прогона скота 4,5—6,5 м; на шоссейных дорогах 4,7—6,4 м; на дорогах важного значения и в городах до 12 м и более. Настил, образующий ездовое полотно, укладывается на поперечины; последние - на балки или т. н. прогоны, ординарные или составные. Расстояние между прогонами зависит от назначения моста, его конструкции (в связи с этим) и размеров материала. Прогоны поддерживаются опорами из свай или стоек. В мостах солидной конструкции применяется двойной настил. Верхний ряд досок настила предназначается для предохранения нижнего ряда от истирания. Толщина досок верхнего ряда 5—7 см, нижнего 8—10 см. Доски верхнего ряда укладывают или вдоль моста, или поперек, или под углом (в елку). При расположении досок вдоль моста получается более ровное, но более скользкое полотно; этот способ заслуживает предпочтения при преобладающем легковом движении; при преобладающем грузовом движении лучше укладывать доски настила поперек моста. Нижний ряд досок настила иногда делается из пластин, уложенных поперек моста, и заменяет собой поперечины.

Вместо устройства езды по дощатому настилу можно применить щебеночную кору на одиночном настиле из пластин или накатника.

Простейшим типом моста под обыкновенную дорогу является балочный мост, состоящий из опор и пролетных строений, перекрывающих пролеты (промежутки между опорами) моста. Каждая опора состоит из ряда свай, связанных поверху насадкой (горизонтальным бревном), для чего на головах свай нарубают шипы, а в насадке выдалбливают гнезда. По насадкам укладываются, как выше указано, прогоны, поперечины и настил. В простейших случаях поперечный дощатый настил прикрепляют с боков прижимными брусьями или так называемыми пажилинами, используемыми обыкновенно для установки на них перил. При значительной высоте моста или глубине воды опоры ставят реже, т. е. с большими пролетами.

Подкосная система деревянных мостов

Значительные пролеты могут вызываться также требованиями судоходства. В этих случаях применяется подкосная (фиг. 1) система, или шпренгельная (фиг. 2), или комбинированная (фиг. 3).

Шпренгельная система деревянных мостов

Наилучший угол наклона подкосов в этих системах 40—45°, от которого по местным условиям иногда приходится сильно уклоняться. Для поддержания стыков прогонов применяются под ними так называемые подбалки.

Комбинированная система деревянных мостов

В шпренгельной системе брус под прогоном, в который упираются верхние концы подкосов, называется ригелем и делается длиной около 0,4 расстояния между опорами. Ряды свай в опоре соединяются горизонтальными (продольными и поперечными) и диагональными схватками из пластин, брусьев или досок (фиг. 4).

Ряды свай в опоре соединяются горизонтальными и диагональными схватками из пластин, брусьев или досок

Арочная система (фиг. 5) позволяет перекрывать пролеты до 20—25 м и больше.

Арочная система мостов

В деревянных мостах под железную дорогу рельсы укладывают на поперечинах. Настил состоит из двух досок, уложенных между рельсами, и 4—5 досок - с одной или с обеих сторон пути. На случай схода поезда с рельсов укладывают охранные брусья. Для небольших пролетов пригодны балочная и подкосная системы. Шпренгельная система для железнодорожных мостов менее применима вследствие значительных деформаций, возможных в этой системе при большой временной нагрузке. Балочная система имеет пролеты в 2—4, реже до 6 м. При этом в соответствии с давлением на свайную опору располагают один или два ряда свай. Если высота железнодорожной насыпи превышает 8 м, ряды свай в опоре раздвигают на 1,5—2 м ось от оси и соединяют крестообразными схватками и тяжами (фиг. 6).

Если высота железнодорожной насыпи превышает 8 м, ряды свай в опоре раздвигают на 1,5—2 м ось от оси и соединяют крестообразными схватками и тяжами

Мера эта имеет целью увеличить продольную жесткость конструкции. То же назначение имеют и продольные схватки. В части моста, которая заходит в насыпь, соединяют пролеты горизонтальными схватками и подкосами, что создает как бы устой. В поперечном направлении необходимая жесткость опоры достигается забивкой подкосных свай, постановкой подкосов и схваток (фиг. 7).

В поперечном направлении необходимая жесткость опоры достигается забивкой подкосных свай, постановкой подкосов и схваток

Под каждый рельс в состав прогона назначается от 1 до 6 брусьев или бревен. В подкосной системе подкосы образуют одну или несколько промежуточных опор для прогонов, что позволяет при том же числе и тех же размерах брусьев в прогонах увеличить расстояние между опорами. Пример моста подкосной системы показан на фиг. 8.

Пример моста подкосной системы

Важным элементом деревянных мостов подкосной системы является затяжка, т. е. горизонтальный брус, или бревно, или пластина, соединяющие соседние опоры в уровне нижних концов подкосов. Назначение затяжки - принять на себя горизонтальную составляющую давления подкосов, т. н. распор. Здесь, безусловно, необходимо иметь достаточное число врубок, через которые передается горизонтальная составляющая давления подкосов на затяжку, а вертикальная составляющая - на сваи. Если грунт не допускает забивки свай, применяют ряжевые опоры или опоры на лежнях.

Выбор системы деревянных мостов (балочный, подкосный, шпренгельный, арочный) зависит преимущественно от высоты железнодорожной насыпи, глубины воды, судоходных требований, ледохода и других местных условий. Согласно утвержденным НКПС правилам, величины наименьших судоходных пролетов для деревянных мостов следующие: на реках малосудоходных (4-я категория) - 25 м, на реках со сплавом россыпью и в плотах (5-я категория) - 15 м, на реках со сплавом только россыпью (6-я категория) - 6 м. При невысоких железнодорожных насыпях уместны балочные мосты. С технической стороны балочная система, как наиболее простая и имеющая наименьшее число глубоких врубок, - наилучшая и наиболее долговечная.

Для перекрытия больших пролетов (от 20 до 40 м и более) в деревянных мостах применяют фермы. Фермы делаются из брусьев, бревен или досок. Различают системы, в которых все основные части сделаны из дерева, и системы с металлическими тяжами. К последней группе относится система Гау, а к первой группе - фермы из досок системы Тауна и Лембке. Мосты с фермами Гау под железную дорогу м. б., в зависимости от местных условий, с ездой поверху и с ездой понизу. В мостах с ездой поверху полотно моста укладывают на фермы сверху. При небольшом расстоянии между фермами (2—2,5 м) часто расположенные подрельсовые поперечины могут опираться непосредственно на фермы. Если расстояние между фермами большое, применяют тяжелые и редко положенные на фермы поперечные балки, которые поддерживают продольные балки, уложенные в расстоянии около 2 м друг от друга и служащие основанием для подрельсовых поперечин. В мостах с ездой понизу наличие тяжелых поперечных и продольных балок обязательно. На фиг. 9 показана ферма Гау с ездой поверху.

Ферма Гау с ездой поверху

Ферма состоит из верхнего и нижнего поясов, из прямых и обратных перекрещивающихся раскосов и из вертикальных железных тяжей. Места присоединения раскосов к поясам называются узлами; расстояние между узлами - панелью. Верхний пояс работает на сжатие, нижний же - на растяжение; восходящие раскосы считая от концов фермы к ее середине, являются главными и подвержены сжатию, обратные раскосы у концов фермы служат для поддержания главных сжатых раскосов против выпучивания; в середине же при проходе поезда работает то одна система раскосов, то другая, в зависимости от положения нагрузки. Для удобства пересечения раскосы одного направления делают двойными, а другого - одиночными; присоединение раскосов - посредством подушек из дуба или чугуна, впритык. Стыки поясов перекрывают металлическими планками со шпонками, стянутыми болтами. Между фермами ставят в горизонтальных плоскостях верхние и нижние и в вертикальных плоскостях - поперечные связи, составленные из перекрещивающихся диагоналей и железных болтовых стяжек. По мере увеличения пролета фермы Гау принимают более сложный вид: число систем раскосов увеличивается. В фермах Тауна как пояса, так и раскосы составлены из досок (фиг. 10).

В фермах Тауна как пояса, так и раскосы составлены из досок

Раскосы работают на растяжение и на сжатие; пояса - как обычно: верхний - на сжатие, нижний - на растяжение. Раскосы прикрепляются нагелями и болтами. Толщина досок 5—7 см, ширина 25—30 см. Нагели представляют собой дубовые цилиндры, диаметром 3—6 см. В досках высверливают дыры диаметром несколько менее диаметра нагеля. Между фермами располагают, как указано выше, поперечные и продольные связи.

Нагрузка передается на фермы продольными и поперечными балками или поперечинами, уложенными на верхние пояса. Фермы Лембке (фиг. 11) похожи по конструкции на фермы Тауна.

Фермы Лембке

Различие в том, что в фермах Лембке доски раскосов поставлены вплотную друг к другу. Получается ферма со сплошной стенкой. Стенка ферм, во избежание выпучивания раскосов, обжимается вертикальными, а при высоте ее более 2 м - кроме того, и горизонтальными брусками. Недостаток ферм Тауна и в особенности Лембке - быстрое загнивание досок. В последнее время находят применение для деревянных мостов фермы, в которых соединение частей выполнено при помощи металлических колец Тухшерера. Подобного рода фермы, в виде балки, усиленной шпренгельной системой из досок, для пролетов в 20 м применялись, между прочим, германской концессией «Мологолес».

Число ферм в железнодорожных мостах с ездой поверху - 2 или 3, в зависимости от пролета; с ездой понизу - 2. Расстояние между крайними фермами определяется из условия устойчивости пролетного строения на опрокидывание ветром и для достаточной боковой жесткости пролетного строения должно быть не менее 1/12 пролета. Коэффициент запаса на опрокидывание ≥1,40. В мостах под обыкновенную дорогу с ездой поверху число ферм и расстояние между ними зависят от ширины полотна, от перекрывающей способности поперечных балок и из экономических соображений. Наиболее употребительные расстояния 2—2,5 м. В мостах с ездой понизу расстояние между фермами обусловлено габаритом, шириной проезда. Большое расстояние между осями ферм требует особо сильных поперечных балок. Применяются шпренгельные балки. Высота ферм назначается от 1/4,5 до 1/9 длины пролета и должна быть согласована с углом наклона раскосов в 45—50°.

Вес пролетных строений с фермами Гау, спроектированных под декапод (паровоз с давлением на ось 16 т, общим весом 16x5 + 10 т), дан в табл. 1.

Вес пролетных строений с фермами Гау, спроектированных под декапод

Вес пролетных строений с фермами Тауна под ту же нагрузку дает табл. 2. Езда - поверху.

Вес пролетных строений с фермами Тауна

Вес пролетных строений с фермами Лембке, рассчитанными на нормальный поезд 1907 года (20 т на ось паровоза), приводится в табл. 3.

Вес пролетных строений с фермами Лембке

Опоры деревянных мостов с фермами делаются свайные, рамные, ряжевые или каменные. В последнем случае деревянное пролетное строение укладывается временно вместо металлического или железобетонного. Свайная опора состоит из нескольких рядов свай. Для придания устойчивости служат боковые подкосы и схватки. Ряж представляет собой ящик с вертикальными стенками и сквозным полом. Все стены ряжа образованы венцами из горизонтально уложенных бревен, скрепленных в углах врубками; верхние и нижние постели этих бревен стесаны для достижения большей плотности швов. Стенки ящика соединяют горизонтальными распорками, образующими как бы вертикальные сквозные перегородки. Для укрепления стен ряжа ставят стойки. Ряж заполняют камнем.

Для предохранения опор от действия ледохода устраивают ледорезы. Ледорез состоит из наклонно положенного на сваи бревна (ребра) и двух сходящихся к ребру под углом плоскостей. Плоскости образованы досками или брусьями, поддержанными системой стоек, подкосов и свай. Уклон ребра от 1:1 до 1:2. Этот тип ледореза называется шатровым. При слабом ледоходе и тонких быках ледорезы имеют более простую конструкцию: один ряд свай с наклонным ребром (плоские ледорезы), или кусты свай (палы).

Расчет железнодорожных деревянных мостов долговременного типа, согласно «Техническим условиям проектирования и сооружения железнодорожных деревянных мостов», производится на наиболее тяжелый состав, который может обращаться на данной линии в период предположенной работы моста, но во всяком случае на нагрузку не ниже схемы О-1925 г. в отношении схем паровоза и тендера и не ниже 7 т на п. м. в отношении вагонной нагрузки. Для расчета временных деревянных мостов на срок не свыше 3 лет принимается самый тяжелый состав, который будет фактически обращаться по мосту. Давление ветра считается равным 250 кг/м2 в отсутствии поезда и 150 кг/м2 при наличии на мосту поезда. Деревянные мосты под обыкновенную дорогу рассчитываются на нагрузку, специально установленную для этих мостов. Допускаемые напряжения для деревянных мостов даны в табл. 4.

Допускаемые напряжения для деревянных мостов

Допускаемые напряжения для железных частей в деревянных мостах: а) на растяжение в болтах, одиночных тяжах и накладках - 900 кг/см2, б)      на растяжение в тяжах при 2, 3 и 4 тяжах, работающих совместно, - 750 кг/см2, в) на растяжение тяжей со стяжными муфтами - 600 кг/см2, г) на срез заклепок и болтов 0,8x900 = 720 кг/см2. При расчете на одновременное действие вертикальной нагрузки и ветра допускаемые напряжения повышаются на 15%. Для временных сооружений - повышаются на 20%.

Сжатые части проверяются на устойчивость, причем коэффициент уменьшения допускаемого напряжения вычисляется по формуле:

Derev mosty 16

для значений l/i > 5 и < 100, и по формуле:

Derev mosty 17

для значений l/i > 100.

В этих формулах: l - длина стержня, i - радиус инерции, Е - модуль упругости дерева (Е = 110000 кг/см2 для сосны и дуба), kd - допускаемое напряжение на простое сжатие, s=5 - коэффициент надежности. Свободная длина сжатых раскосов в фермах Гау = μ·l, где

Derev mosty 18

I0 - момент инерции основного сжатого раскоса, I1 - момент инерции обратного раскоса. Прогоны рассчитываются или как свободно лежащие балки или как неразрезные. При расчете составных балок на шпонках коэффициент понижения прочности принимается равным 0,70 для двух брусьев и 0,5 для трех. Давление на опоры определяют в предположении, что прогоны разрезаны на опорах. При расчете сложных ферм, с несколькими пересечениями раскосов, допускается разложение их на простые системы с делением нагрузки на число систем. Сваи как стойки должны быть проверены на продольный изгиб. Наибольший допускаемый отказ (е) в см определяется по формуле:

Derev mosty 19

где n - число ударов в залоге, которое составляет для ручного копра 20, для машинного и парового - 10, F - площадь поперечного сечения сваи в см2, Q - вес бабы в кг, Р - расчетная нагрузка на сваю в кг, Н - высота подъема бабы в см и q - вес сваи в кг (с подбабком, если таковой применяется).

Срок службы деревянных мостов 8—15 лет. Для предохранения от загнивания применяют осмолку горячей древесной смолой, пропитку разными составами или окраску.

Примерная стоимость деревянных мостов указана в табл. 5 и 6.

Примерная стоимость деревянных мостов

Примерная стоимость деревянных мостов

Стоимость мостов под обыкновенную дорогу: небольших отверстий 9—20 руб. на м2 полотна, больших отверстий (200—300 м) - 25—50 руб. на м2 полотна (по ценам до 1914 года).

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.