Мост представляет собой сложное транспортное сооружение, построенное для преодоления какого-либо препятствия – реки, ущелья, оврага и т. п. Для его возведения требуется провести большое количество квалифицированных инженерных расчетов. В них учитывается, что стальная конструкция моста должна выдерживать большие нагрузки. Поэтому не каждая марка металлического сплава может подойти для этой цели.
Типы стальных мостов и основные их составляющие
Данные сооружения можно классифицировать по таким признакам:
- виду транспортной нагрузки – пешеходные, автомобильные, железнодорожные, комбинированные;
- разновидности конструкции – балочные, распорные (арочные, вантовые), подвесные, комбинированные;
- длине – малые (до 25 м), средние (25–100 м) и длинные (свыше 100 м).
Основными материалами для возведения всех видов мостовых конструкций являются стальные и алюминиевые сплавы, железобетон, камень. Металл также незаменим в проектировании и строительстве виадуков, акведуков, эстакад, разводных мостов.
Конструктивные особенности
В каждом конструктивном исполнении моста есть две составляющие:
- Опорная часть – передает статическую и динамическую нагрузку всей конструкции на грунт. Опоры подразделяются на:
- концевые опорные сооружения (устои), к которым примыкают насыпи на суше;
- промежуточные (быки) – распределены по всей длине сооружения.
- Пролетное строение – располагается на опорах и перекрывает пространство между ними. Данная конструкция принимает на себя все нагрузки от движущегося транспорта и людей, передавая их на опоры.
В свою очередь, пролетные сооружения состоят из: балок, ригелей, ферм, перил, тротуаров, проезжих частей, водосливов и других элементов, индивидуально подбираемых для каждого сооружения в зависимости от его технических особенностей и методов строительства моста.
Опоры имеют три главных составляющих конструкции: фундамент, тело и оголовок. Фундамент – нижняя часть, опирающаяся на грунт. Тело – средний участок опоры, оголовок – верхняя часть, принимающая на себя нагрузки пролетного строения. Строительство мостов начинают с возведения опор, на которое уходит до половины общей стоимости сооружения.
Основные элементы конструкции моста
По каким качествам выбирается сталь для мостостроения
Конструкционные стальные сплавы, применяемые в строительстве, должны выдерживать большие нагрузки при усилиях, направленных на растяжение, сжатие и скручивание металла. При относительно небольшом весе конструкционная сталь должна обладать:
- внушительной прочностью;
- устойчивостью к внешним климатическим воздействиям;
- длительным сроком службы.
Сегодня замены такому материалу не существует. Металлоконструкции находят широкое применение в пролетных строениях. В зависимости от типа конструкции моста – балочной, подвесной, вантовой или арочной, проектировщики учитывают воздействие нагрузок. В зависимости от этого используются различные марки металлопроката.
Различные профили, изготовленные из конструкционной стали
Типы стали, используемые в мостах
По качественным характеристикам углеродистая сталь подразделяется на три группы: нормального качества, качественные и высококачественные. Металлы обычного качества распределяются по 6 категориям.
Перечисленные свойства материала зависят от процентного содержания фосфора (далее также – Р) и серы (далее также – S). Примеси фосфора являются причиной хрупкости материала, а сера придает стали такое негативное свойство, как красноломкость – образование трещин и надрывов при горячей прокатке или штамповке.
Качество сплавов зависят еще от одного параметра – степени раскисления, определяемого содержанием примеси марганца. По данному показателю сталь делится на 3 категории:
- кипящая (КП) – наиболее хрупкая, более подвержена коррозии, но в то же время самая дешевая;
- спокойная (СП) – однородная по составу, хорошо выдерживает ударные воздействия, наилучшим образом сопротивляется механическим нагрузкам;
- полуспокойная (ПС) – по однородности состава располагается между сталью КП и ПС.
Для мостовых конструкций применяют стальные сплавы разновидностей СП и ПС, в том числе низколегированные, с добавлением примесей никеля, хрома, кремния, ванадия, меди и других металлов.
Примеры маркировки стальных сплавов
Как выбрать сталь для строительства моста
Мосты относятся к строительным конструкциям наиболее высокой степени надежности. Они работают в тяжелых условиях, испытывая постоянные динамические нагрузки на открытом воздухе. Поэтому к стальному металлопрокату предъявляются повышенные требования к вязкости при нагрузках ударного характера, выносливости по отношению к возникающим напряжениям, устойчивости к воздействию низких температур и коррозии.
Высоки также требования к хладостойкости металлов. Например, для северных регионов, где средняя температура самых холодных суток в году опускается до 50°C и ниже, выбираются сплавы, которые сохраняют свои характеристики при Tmin ниже 50°C. Для умеренного климатического пояса требования к хладостойкости, естественно, ниже.
При расчете дизайн-проекта стального моста учитывают такие характеристики сплавов, как наименьшие пределы прочности на растяжение и текучесть (кгс/мм или МПа, 1 кгс/мм = 10 Мпа), а также наименьшее относительное удлинение (%). Выбираются профили листового, углового, двутаврового, швеллерного и другого проката.
Распространенные марки стали для мостостроения
По своим характеристикам для пролетных строений, имеющих сварные соединения, наилучшим образом подходит качественная малоуглеродистая сталь 16Д (аналог – М16С). Кроме нее, для производства балок пролетных строений, а также других конструкционных элементов, используются еще несколько марок металлопроката (см. таблицу).
Для изготовления пролетных строений используются балки различных профилей
Низколегированный стальной прокат 14Г2АФД и 15Г2АФДт применяют при строительстве всех типов мостовых сооружений, кроме железнодорожных. Низколегированные, с добавками никеля и хрома, сплавы 15ХСНД и 10ХСНД более универсальны и могут использоваться во всех разновидностях мостов.
На тех участках, где в несущих конструкциях допускается отсутствие сварных соединений, можно применять другие марки металлопроката (см. табл.).
Технические условия
Требования к процентному содержанию химических элементов, прочностным характеристикам, размерам и другим параметрам высококачественных строительных материалов определяются государственными стандартами. Согласно требований ГОСТ 6713-91, для металлопроката 15ХСНД и 10ХСНД, используемого в мостостроении, допускается следующее процентное содержание вредных примесей:
- для применения в умеренных климатических широтах – до 0,035 % P и S;
- для использования в северных регионах страны – до 0,030 % S и до 0,025% P.
Металлопрокат этих марок, в зависимости от наличия и способа дополнительной высокотемпературной обработки, выпускается в трех модификациях. Для строительных конструкций с высокой степенью надежности используют стали с минимальной текучестью от 23 до 75 кгс/мм. Чтобы получить значение в Мпа, необходимо этот показатель умножить на 10. Разработаны также ТУ для использования сплавов классов С45–С80, которые широко применяются в мостостроении за рубежом.
Угловой металлопрокат марки СтЗпс2 используется при изготовлении ограждающих конструкций тротуаров. Для изготовления высокопрочных болтов используется прокат марки 40Х, с прочностным запасом на растяжение до 50 кгс/мм, на срез – до 40 кгс/мм. Технические условия соответствуют требованиям ГОСТ 4543-71.
Для производства каждой марки металлопроката выработаны техническим условия
Стальные балки мостов автодорожного типа в северных широтах, используемые в несущих элементах мостовых полотен пролетных конструкций, допускается изготавливать из сталей 10Г2С1Д, 10Г2С1, 09Г2СД, 09Г2С, 09Г2 и 14Г2. Технические условия нормируют количество добавок и примесей, прочность и текучесть при растяжении и изгибе, а также показатели вязкости при температуре -20 °С.
В заключение хочется отметить – при использовании в строительстве стальных балочных мостов металлопроката более высокой прочности улучшаются весовые характеристики конструкций, снижаются затраты на транспортировку и монтажные работы, а также на изготовление опор, закладку фундаментов и защиту от коррозии. Однако при этом растут трудозатраты на изготовление высокопрочных стальных сплавов, что в конечном итоге сказывается на величине их стоимости.
Остались вопросы? Обращайтесь