ТЕМА 6 ДЪГОВИ И РАМКОВИ НОСЕЩИ КОНСТРУКЦИИ НА МОСТОВЕ Д-р инж. Лазар Димитров Георгиев Гл. ас. в Катедра Транспортни съоръжения,
1. ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА. Дъговите и рамковите конструкции са по-сложни системи, които пренасят товарите до опорните точки предимно чрез работа на натиск на елементите си. В добавка към него може да има огъващи моменти и напречни сили. Конструкциите им са опрени неподвижно в опорите и при натоварване с вертикални товари се получават освен вертикални реакции и хоризонтални (РАСПОР). Распорът изисква хоризонтално неотместваема опора, защото ако се получи отместване се появяват допълнителни огъващи моменти и ефективността на тези системи намалява. За да се осъществи неподатливо опиране се изисква здрав терен и/или добро фундиране.
2. ДЪГОВИ КОНСТРУКЦИИ ЗА ДЪРВЕНИ МОСТОВЕ. Дъговите конструкции се използват за широк диапазон от подпорни разстояния L=20-80m. В сравнение с гредовите конструкции при дъговите се разходва по-малко материал, но поради по-сложната им форма те изискват по-голям разход на труд и специализирано оборудване за производство. По тази причина те са ефективни за по-големи подпорни разстояния. Понякога дъговите системи се предпочитат заради естетичната им форма (например в зони на отдих, паркова обстановка, около етнографски обекти).
2.1. Дъгови мостови конструкции конструктивни схеми.
2.1. Дъгови мостови конструкции конструктивни схеми.
Триставен дървен дъгов мост от лепени блокове над река Bednja близо до Ivanec, Хърватско. Отвор L=23,80m, стрелка f=5,02m визуализация, 2008г.
3D FEM (тридименсионален модел на мостовата конструкция реализиран със софтуер базиран на МКЕ) 3D FEM (тридименсионален модел на мостовата конструкция реализиран със софтуер базиран на МКЕ) премествания от {permanent} + {combine_harvester} + {pedestrians}+{lateral wind} Триставен дървен дъгов мост от лепени блокове над река Bednja близо до Ivanec, Хърватско. Отвор L=23,80m, стрелка f=5,02m визуализация, 2008г.
Дървен дъгов мост с отвор L=40m. Дъгите лежат в наклонени равнини, леко събрани в ключа. Примерът е от финландската практика.
Триставна дъга с лепено дървесинно напречно сечение: Daleråsen Bridge crossing E 134, Drammen, Norway (2001).
Триставна дъга с лепено дървесинно напречно сечение: САЩ.
Триставна дъга с лепено дървесинно напречно сечение: отвор 40 m (132 ft). Обща дължина на моста 55 m (180 ft) широчина 8.4 m (27.5 ft). Стойност на проекта: $1,001,000. Military Road Bridge, Herkimer and Oneida Counties, NY, USA
Двуставна дъга. Отвор 69 m (227 ft), широчина 4.25 m (14 ft). Височина на конструкцията в средата 11 m (36' 2-1/2") над пътната конструкция. Tar River Trail Bridge, Rocky Mount, NC, USA
Отвор 32m, R=22m, Пътна конструкция от напречно напрегнати талпи с широчина 3,5m, окачена за главната дъга, Ставна връзка между дъгата и опорите, Bågbro över E18, Hägernäs
Пример за запъната дъга. Мост на Леонардо да Винчи пешеходен мост на път E18, Nygårdskrysset in Ås municipality, близо до Oslo, Norway, 2001г. Обща дължина 109,2m, отвор на средната дъга 40m. Запъването на опорите се реализира чрез стоманени пръти, влизащи в отвори в края и анкерирани чрез лепилен състав.
външна дъга осигурява пространствената устойчивост Стоманен опорен елемент на пътната конструкция външна дъга осигурява пространствената устойчивост Средна дъга поема вертикалните товари Мост на Леонардо да Винчи пешеходен мост на път E18, Nygårdskrysset in Ås municipality, близо до Oslo, Norway, 2001г.
Пример за запъната дъга. Мост на Леонардо да Винчи пешеходен мост на път E18, Nygårdskrysset in Ås municipality, близо до Oslo, Norway, 2001г. Изработване на напречното сечение на дъга от моста CAD-CAM. Повърхнината на всяка от стените е разделена на мрежа от точки 150х1150мм и координтите им се задават на свързана с компютър обработваща машина (CAGM computer aided grinding machine)
Ако дъгата има достатъчно голяма стрелка, укрепването и срещу загуба на устойчивост извън равнината става чрез надлъжна укрепителна връзка и портали в двата края. Ако височината на пътния габарит достига до ключа на дъгата или излиза над него такова укрепване е невъзможно. Тогава дъгата се изпълнява със сечение разтеглено по хоризонталния размер за да има по-голям инерционен момент спрямо вертикалната ос. Той се определя така, че дъгата да получи устойчивост извън равнината си при изкълчвателна дължина равна на отвора. Затова е необходимо да се предвиди и такова опиране което да е ставно в равнината и кораво извън равнината.
Друг възможен начин на укрепване е ако се заменят меките метални окачвачи с корави от дърво и се вкарат в рамкова система. Полурамката е образувана от окачвача и прътовата напречна греда. Горният й пояс е двуделен и обхваща окачвача, а долният, както и диагоналите са стоманени. За вертикали служат надлъжни греди, които са едновременно елементи на пътната конструкция и на главната система.
Напречната укрепваща полурамка е образувана от стоманобетонова пътна плоча и два меки окачвача разположени в наклонени равнини.
Характерен детайл е ставната връзка на дъговите елементи. Показани са възможни изпълнения на стави в ключа и при петата. Ставите се изпълняват от стоманени части, които може да са ляти (на фигурата) или заварени. Стремежът е елементите да са максимално унифицирани за да бъдат произведени с минимални изменения в леярските форми.
Пример за става в ключа на дъга, с напречно сечение от четири лепени греди(glulaminated beams), залепени една с друга.
Пример за става в ключа на дъга от Tynset Bridge, Norway, 2001.
Пример за става в опората на дъга, с напречно сечение от лепени греди(glulaminated beams) Tynset Bridge, Norway, 2001.
Пример за става в опората на дъги, с напречно сечение от лепени греди(glulaminated beams) Tynset Bridge, Norway, 2001.
Стоманени болтове Клечковидни съединители от стомана и от твърда дървесина.
Tynset Bridge, Norway, 2001.
Tynset Bridge, Norway, 2001.
Детайл на връзка на прътов стоманен окачвач към главната дъга. Tynset Bridge, Norway, 2001. Детайл на снаждане на горен пояс от прътовата главна дъга, диагонали и елемент от ПВВ в един възел.
Друг характерен детайл е този на връзката на стойката с дъгата. Показано е кораво свързване между тях, при което се виждат и елементи на надлъжната укрепителна връзка. Стойката предава усилието си чрез две стоманени плочи поставени в жлебове и стегнати с болтове. Жлебовете в дъгата се правят в отделните й дъски преди залепването им една за друга в пакет, защото жлебът е дълбок и тесен и няма друг начин за изпълнението му. На фигурата се вижда вертикал от надлъжната укрепителна връзка и възловата плоча за опънни диагонали от кръстообразна схема.
3. РАМКОВИ КОНСТРУКЦИИ ЗА ДЪРВЕНИ МОСТОВЕ По очертанието си рамковите мостове грубо наподобяват дъговите, при което дъгата е заменена с полигон от три прави елемента. Излизането от дъговата линия води до увеличаване на огъващите моменти, респективно увеличаване на сеченията, но за сметка на това технологията на производство и монтаж се опростява. Прилагат за отвори 20-30m, но при триотворни схеми пълната дължина на конструкцията може да достигне 60-70m. Рамковите елементи могат да са с постоянно или променливо по височина сечение. Във втория случай въпреки усложняването на производствената технология се получават по-естетични конструкции, а разходът на материал намалява. Изпълнението е от лепени блокове.
Използва се комбинация от прави и огънати елементи, удачно съчетани според големината на огъващите моменти и наличните нормални усилия.
Снимката на конструкцията по описаната схема е показана на фиг.6.7. Отворът е 28m, гредите и ригелите на рамката са със сечения 22/110сm. Съоръжението се намира в Япония.
Пътен мост в Ikast, Denmark, 2001г. Състои се от две секции с широчина по 3,5м. и дължина 55м. Височина на напречното сечение 2м., Тегло на моста 55 тона.
Схемата е триотворна, със значителна дължина и за по благоприятно разпределение на огъващите моменти наклонените стойки са V образни. Вътрешните стойки са натиснати и са захванати към ригела ставно. Така в тях остава да действа само осово усилие и те са относително тънки. Външните стойки според положението на полезния товар могат да бъдат да бъдат както натиснати, така и опънати. Връзките им в двата края трябва да позволяват двупосочно натоварване. Средната част на ригела е с повишена височина на сечението заради по-големите огъващи моменти и наличните натискови усилия. Смяната на височината е подходящо избрана при включването на стойката за да се получи чело за предаване на натиска.
В долната си част стойките имат общо опорно устройство
Схемата представлява рамка с променлива височина на сечението на ригела. Сечението е най-високо в местата с максимални огъващи моменти. Наклонените стойки са ставно свързани в двата си края и са натоварени само на натиск. Има високи естетически качества и се предпочита при пресичане на автомагистрали с по-големи широчини.
Тънките натиснати стойки осигуряват напречната коравина на конструкцията, затова следва да се укрепят с напречна връзка. Възможно е обаче в напречната равнина стойките да се конструират така, че сами да осигуряват необходимата коравина.
4. ПОДКОСНО РИГЕЛНИ СИСТЕМИ Подкосно ригелните системи по начин на работа са сходни с дъговите и рамковите системи, но за разлика от тях нямат корави възли. Те се изпълняват от монолитна дървесина и за тяхното производство не е необходимо сложно технологично оборудване. Прилагат се за отвори 15-20m.
Детайл на възел от подкосно-ригелна система
Литература: [1] Eнчо Дулевски, Дървени мостове, Лекционен курс, www.uacg.bg [2] Handbook 1 Timber structures, Educational Materials for Designing and Testing of Timber Structures - TEMTIS, Leonardo da Vinci Pilot Project, CZ/06/B/F/PP/168007, First Edition 2008 [3] Handbook 2 Design of Timber Structures According to EC5, Educational Materials for Designing and Testing of Timber Structures - TEMTIS, Leonardo da Vinci Pilot Project, CZ/06/B/F/PP/168007, First Edition 2008 [4] Jack Porteous, Abdy Kermani, Structural Timber Design to Eurocode 5, Blackwell Publishing Ltd ISBN: 978-14051-4638-8, 2007 [5] Tormod Dyken, Otto Kleppe, The Norwegian Approach To Modern Timber Bridge Design, www.balticroads.org [6] Miljenko Haiman, New Timber Bridges In Croatia, http://bib.irb.hr/datoteka/496355.117p.pdf, 2008 [7] Tynset Bridge, NORDIC ROAD & TRANSPORT RESEARCH NO. 1 2002 [8] Tormod Dyken, Leonardo da Vinci Bridge a Piece of Applied Art, NORDIC ROAD & TRANSPORT RESEARCH NO. 3 2003 [9] Anders Carlsson, Mónica Lucas Romero, Influence of Butt Joints on Stress Laminated Timber Bridge Decks, Master s Thesis 2010:137, Chalmers University Of Technology, Göteborg, Sweden, 2010 [10] Jacob Hellgren, Ludwig Lundberg, Finite Element Modelling of Local Interlaminar Slip in Stress- Laminated-Timber Bridges, Master s Thesis 2011:13, Chalmers University Of Technology, Göteborg, Sweden, 2011 [i1] http://folk.ntnu.no/bell/