Общие сведения. Материал мостов

Дерево — естественный, широко распространенный строительный материал со сравнительно высокими прочностными характеристиками при небольшой плотности. Оно хорошо обрабатывается, что позволяет создавать из него различные типы строительных конструкций. Дерево как строительный материал для мостов используется давно.

В прошлом деревянные мосты были наиболее распространенными. В 1839 году начато строительство Варшаво-Венской железной дороги, а в 1843 г. — Петербургско-Московской, ныне Октябрьской железной дороги. Все мосты на этих дорогах, за небольшим исключением, были деревянные. Особенно значительных размеров достигали мосты желез­ной дороги Петербург-Москва, которые были со сквозными деревян­ными фермами больших пролетов. Тип этих ферм был предложен еще И.П. Кулибиным. В 1820—1840-х гг. в США были предложены балоч­ные системы с пролетными строениями в виде «ферм Таунс и Гау».

Теоретическому исследованию и практическому применению этих систем посвятил начало своей деятельности крупнейший русский инже­нер Д.И. Журавский (1821—1891). За отсутствием каких-либо методов расчета подобных систем Журавский предложил свой оригинальный способ. Одновременно ему пришлось провести огромную работу по ис­следованию сопротивления дерева сжатию, растяжению, скалыванию, смятию, конструируя сложные испытательные машины. Он впервые ус­тановил и объяснил явление косого изгиба, дал точные расчеты каса­тельных напряжений и работы шпонок. Даже теперь безмерно удивляет то, что один человек мог проделать такую огромную работу по исследо­ванию строительных свойств дерева. Его многораскосные неразрезные фермы были сооружены на дороге Петербург-Москва, на Военно-Гру­зинской дороге через Дарьяльское ущелье. Предложенные им башен-181

ные опоры высотой до 50 м считались рекордными в мире и стали об­разцами, оказавшими влияние на формы первых башенных опор из ме­талла.

Выбор системы и конструкции деревянного моста зависит от вели­чины пролетов, вертикальной планировки строительной высоты, рас­четной временной нагрузки, а также от местных условий (рис. 8.1).

При пересечении небольших рек и оврагов и при устройстве путе­проводов применяется простая балочная система. Простейшей балоч­ной системой могут быть перекрыты пролеты от 8 до 10 м, а при приме­нении составных или клееных балок от 16 до 24 м. В однопролетных балочных мостах обычно пролеты составляют от 4 до 6 м; при меньших пролетах целесообразно устраивать железобетонные трубы. Подкосные системы мостов широко применялись для пролетов от 8—10 до 20 м. Строительство таких мостов требует высококвалифицированных плот­ничных работ. Для перекрытия пролетов от 16—20 до 40—50 м приме­няются балочные пролетные строения с решетчатыми фермами различ­ных видов. Наиболее часто такие пролеты перекрываются пролетными фермами Гау—Журавского из круглого леса или реже из брусьев со стой­ками в виде металлических тяжей. Для большей надежности и увеличе­ния срока службы как нижний пояс, так и верхний могут быть изготов­лены металлическими. Фермы Гау—Журавского можно монтировать из

Рис. 8.1. Различные виды деревянных пролетных строений: а — простая балочная система; б — подкосная система; в — ферма Гау—Жу-равского; г — дощатая ферма на гвоздевых соединениях; д — комбинированная система — решетчатая ферма; 1 — расчетный пролет

блоков заводского изготовления. Применяются также мосты с дощаты­ми фермами на гвоздевых соединениях.

Деревянные мосты обладают рядом достоинств, к которым относят­ся: простота заготовки и обработки древесины, возможность использо­вания для постройки местных лесных материалов, быстрота постройки, малая строительная стоимость. К недостаткам деревянных мостов отно­сятся: низкая долговечность в связи с возможностью загнивания древе­сины, изменение объема при усушке, что приводит к расстройству со­единений, возгораемость. Деревянные мосты, не защищенные от загни­вания, рассматриваются как временные со сроком службы около 10 лет.

Продолжительность срока службы деревянных мостов может быть значительно увеличена (до 30—50 лет) путем повышения качества изго­товления конструкций, защиты древесины от гниения и улучшения те­кущего содержания моста. Разработаны эффективные способы защиты древесины от гниения и возгорания. В результате обработки древесины с использованием синтетических смол получаются практически новые строительные материалы (бакелизированная фанера, древесные слоис­тые пластики), которые имеют по сравнению с древесиной более высо­кие прочностные характеристики, повышенную долговечность, высо­кую стойкость против атмосферных воздействий и др. Это дает воз­можность использовать дерево для долговременных сооружений, в том числе и для мостов. Применение атмосферостойких, водостойких и биостойких синтетических клеев — фенольных, резорциновых и фе-нольно-резорциновых, обеспечивающих прочное долговечное соедине­ние элементов, дает возможность создавать простые и надежные клее­ные мостовые конструкции. Для склеивания древесины с металлом ис­пользуются эпоксидные клеи.

Быстрота сооружения деревянных мостов дает возможность эффек­тивно применять их при строительстве железных и автомобильных до­рог в отдаленных лесных районах, что позволяет снизить строительную стоимость и повысить темпы строительства.

Временные деревянные мосты используют при восстановлении же­лезных дорог, на временных обходах на период строительства или ре­конструкции постоянного моста, на подъездных путях.

Деревянные мосты, применяемые в качестве постоянных долгосроч­ных сооружений, надежно защищают от гниения (антисептированием) и от возгорания. Мосты должны иметь необходимый резерв грузоподъ­емности с учетом роста нагрузок.

Конструкции деревянных мостов должны удовлетворять индустри­альным способам их изготовления и сооружения. Для деревянных мос­тов под железную дорогу применяют хвойные и лиственные породы де­ревьев. Лучшими породами для изготовления основных элементов счи­таются сосна и лиственница; ель и пихта применяются в отдельных случаях при соответствующем обосновании. Дуб, ясень, бук и граб ис­пользуются для ответственных мелких деталей и соединений. Элементы моста изготавливаются из бревен или пиломатериалов. Бревна более долговечны благодаря наиболее прочным и устойчивым от загнивания наружным слоям. Но бревна имеют естественную конусность, что за­трудняет использование их для индустриальных способов изготовления мостовых конструкций.

В современных мостах индустриального изготовления применяется пиленый лес, обработанный антисептиками. Все материалы для мостов должны удовлетворять требованиям ГОСТов. Влажность древесины к моменту ее использования должна быть: 25 % для бревен, 20 % для пи­ломатериалов, 15 % для деталей соединений, для клееных конструкций — 12 %. Для элементов, расположенных ниже уровня меженных вод, и свай влажность не ограничивается. Для изготовления конструкций де­ревянных мостов используется круглый и пиленый лес различных сече­ний и размеров. Круглые стволы деревьев диаметром не менее 14 см в верхнем отрубе, очищенные от сучьев и коры, называются бревнами. Установлена стандартная длина бревен от 3 м до 7,5 м с градацией в 0,25 м. Бревна, отесанные на два канта, называются лежнями, а распи­ленные на две половины вдоль оси ствола — пластинами. Тонкий круг­лый лес толщиной от 8 до 15 см называется жердями.

Пиленый лес делится на два вида: брусья и доски. Брусья в попереч­ном сечении имеют квадратную или прямоугольную форму. К строи­тельным брусьям относятся пиломатериалы, имеющие ширину и тол­щину более 10 см. Длина брусьев колеблется от 6,5 до 9,5 м с градацией по 0,25 м. Доской считается пиломатериал, у которого ширина превос­ходит толщину в два и более раза. Доски делятся на короткие длиной от 2 до 3,25 м, средние — от 4 до 6,5 м и длинные — от 6,75 до 15 м. Тол­щина досок бывает от 13 до 60 мм, ширина от 8 до 25 см. В мостах наи­более употребительны доски толщиной от 2,5 до 4 см.

Для свай деревянных мостов используются бревна диаметром от 22 до 32 см, длиной 6,5 и 8,5 м, а также длиной 10—16 м с градацией через 1 м.

Для других элементов, кроме свай, наименьший диаметр круглых бревен равен 20 см применение пиленого леса уменьшает затраты на обработку древесины и облегчает производство работ. Для элементов деревянных мостов (кроме перил и охранных брусьев) наименьшие раз­меры поперечных сечений составляют 18×18, а для связей — 10×10 см.

Защита древесины от гниения. Древесные гнили и окраски (синева, краснина и др.) вызываются различными грибками — от безвредных (пле­сени) до сильных разрушителей древесины. Грибок состоит из тонких (0,004 мм) нитей (гифов). Большинство грибков развиваются при влаж­ности от 22 до 60 %, при меньшей влажности грибки не развиваются. При высокой влажности (под водой) древесина не гниет, так как жизне­деятельность грибков прекращается от недостатка кислорода. Темпера­тура ниже 0 °С приостанавливает рост грибков, но не убивает их; темпе­ратура выше 60 С губительна для большинства грибков. Грибки разви­ваются при температуре от +3 до +44 °С, наиболее интенсивное гниение наблюдается при температуре от + 18 до +30 °С. Жаркий и сухой, а также холодный климат не благоприятствуют развитию дереворазрушающих грибков. Для предохранения элементов деревянных мостов от загнивания и удлинения сроков их службы производится антисептическая обработка древесины, которая выполняется способом глубокой пропитки или диф­фузионным способом.

Глубокая пропитка древесины применяется при строительстве новых деревянных мостов. Она производится под давлением в заводских усло­виях при массовом изготовлении деревянных мостовых конструкций. Для глубокой пропитки употребляют маслянистые антисептики: креозотовое масло в чистом виде или в смеси с мазутом, антраценовое масло и др.

При диффузионном способе деревянные части моста на месте строи­тельства покрывают антисептической пастой. Наиболее употребительной пастой является технический фтористый натрий, приготовленный на би­тумной клеевой основе.