Центры заклепочных отверстий наносились непосредственно разметкой или при помощи шаблонов наметкой.
При пробивке отверстий металл вблизи отверстий меняет свою структуру, поэтому диаметр пробиваемого отверстия принимался на 4 мм меньше требуемого, чтобы последующей рассверловкой удалить слой металла с нарушенной структурой. При этой рассверловке диаметр отверстия не доводился до проектного, так как при сборке не гарантировалось абсолютное совпадение отверстий в соединяемых частях (образовывалась так называемая чернота).
Чтобы обеспечить точное совпадение заклепочных отверстий в частях составных сечений и в особенности в монтажных стыках и прикреплениях, на заводе осуществлялась общая сборка пролетных строений.
Сборка производилась на стеллажах в горизонтальном положении в виде плоских систем-ферм («фасадов»), продольных связей и поперечных связей («поперечных разрезов»), причем элементы, входящие в состав различных систем, пригонялись к каждой из них в отдельности.
На сборку ветви элементов, а иногда и составляющие их части (листы и уголки) подавались порознь; с помощью диафрагм и соединительной решетки или соединительных листов формировались коробки поясов и элементы решетки ферм. В процессе сборки заклепочные отверстия рассверливались на полный диаметр и производилась вы-клепка заводских заклепок. Такая технология гарантировала точное совпадение монтажных отверстий, но требовала больших площадей на заводе для сборки и была весьма трудоемка.
Трудовые затраты на общую сборку достигали 15—20% от времени, потребного на заводское изготовление пролетного строения.
Снижения трудоемкости удалось достичь, во-первых, за счет предварительного оформления элементов в коробки с выклепкой у них всех соединительных заклепок и, во-вторых, за счет сверления монтажных отверстий с помощью специальных шаблонов-кондукторов. Кондукторы использовались как накладные, так и стационарные. Накладные кондукторы (рис. 140) удобно использовать для сверления монтажных отверстий в узловых фасонках.
Стационарные кондукторы позволяют достичь высокой производительности труда и большой точности при сверлении монтажных отверстий в стержнях ферм. В стационарном кондукторе (рис. 141) точно зафиксированы расстояния между группами монтажных отверстий, расположенных с обеих сторон обрабатываемого стержня фермы.
Полностью собранный элемент устанавливается в кондуктор на подкладки, его упирают одним торцом в неподвижный упор и после проверки правильности положения продольной оси элемента закрепляют в кондукторе винтовыми прижимами. Сверление отверстий производится сверлильными машинами, снабженными хвостовиками, которые вставляются в специальные передвижные упоры, обеспечивающие закрепление машины в горизонтальном положении.
Такой кондуктор гарантирует точное изготовление монтажных отверстий только в вертикальных пакетах элемента, поэтому в нем удобно обрабатывать элементы, имеющие Н-образную или двутавровую форму сечения, при условии, что в горизонтальном листе или стенке двутавра монтажные отверстия отсутствуют и непосредственное перекрытие стыка этих частей накладками на монтаже не предусматривается. Элементы после образования в них монтажных отверстий направляются на монтаж без общей сборки.
Изготовление кондукторов сопряжено со значительными затратами, а стационарные кондукторы требуют и больших площадей. Поэтому эффективность кондукторного метода изготовления монтажных отверстий будет тем больше, чем меньше разнотипных элементов в пролетном строении. Подчинение рисунка расположения заклепок определенному закону также важно для сокращения количества кондукторов.
Типовые проекты металлических пролетных строений железнодорожных мостов, применявшиеся до Великой Отечественной войны, оказались малоподходящими для изготовления при помощи кондукторов. Геометрические размеры элементов каждого пролетного строения были индивидуальны и не связаны с размерами элементов другого пролета, поэтому для каждого пролетного строения потребовались бы свои кондукторы. Кондукторы одного пролетного строения не могли быть использованы для другого. Изготовление большого числа кондукторов обошлось бы очень дорого. Для размещения их потребовалось бы построить и оснастить оборудованием новые цехи, которые использовались бы неэффективно, так как некоторые пролетные строения применяются сравнительно редко.
Коробчатая форма сечений элементов верхних поясов с горизонтальными листами и уголками, расположенными снаружи, требовала сложной конструкции кондукторов, а выклепка заклепок в соединительной решетке нижних поясов и раскосов не могла осуществляться на скобе, Рисунок заклепок в узлах был различен, что также не соответствовало требованиям новой технологии.
Таким образом создались предпосылки для разработки новых типовых проектов, приспособленных к новой технологии заводского изготовления.
К концу войны огромное число пролетных строений было уничтожено. Для обеспечения бесперебойной эксплуатации железных дорог нужно было в очень короткий срок изготовить и установить большое количество металлических пролетных строений. Поставка необходимого металла обеспечивалась металлургическими заводами, но выпуск пролетных строений задерживался из-за недостаточной производительности заводов металлоконструкций.
В 1944 г. Проектстальконструкцией (ПСК) были предложены проекты пролетных строений железнодорожных мостов, при разработке которых решение всех вопросов (генеральных схем, типа решеток, формы сечения элементов, конструкции узлов и стыков) было подчинено главной идее — упростить изготовление и предоставить возможность наиболее эффективного использования технологических приемов, повышающих производительность труда.
Пролетные строения ПСК (рис. 142) были разработаны для пролетов 33,0; 44,0; 55,0; 66,0; 77,0; 88,0; 99,0; 110 м и разбиты на две серии. В первой серии с пролетами 33,0—66,0 м решетка ферм принята треугольной с дополнительными стойками и подвесками; во второй серии с пролетами 77,0—110,0 м — двухрешетчатой с дополнительными полу-стойками — полуподвесками. Высота ферм для первой серии принята 8,5 м, для второй — 14,0 м. Расстояние между осями ферм в обеих сериях одинаково — 5,784 м; одинаковы ширина всех элементов (460 мм) и панель проезжей части (5,5 м). В результате продольные и поперечные балки одни и те же для обеих серий пролетных строений.
Для изготовления элементов решетки ферм всех пролетных строений требуется очень мало стационарных кондукторов, так как длины раскосов и стоек у каждой серии пролетных строений одинаковы.
Стыки поясов ферм расположены в центре узлов, в связи с чем длины поясных элементов одинаковы у всех пролетных строений.
Типы сечений элементов ферм , и их состав для всех пролетов представлены в табл. 3.
Одинаковыми в пределах каждой серии запроектированы системы продольных и поперечных связей между фермами.
Задача унификации геометрических длин элементов для всех пролетных строений решена в этих проектах весьма удачно (руководитель инж. Г. Д. Попов). Трудно представить себе большую степень стандартизации.
Можно было ожидать, что равенство высот и панелей у ферм различных пролетов приведет к значительномоу утяжелению конструкции, так как теоретически каждому пролету соответствует своя наивыгоднейшая высота и панель фермы. Однако практически вес пролетных строений ПСК оказался довольно близким весу типовых пролетных строений проектировки 1931—1934 гг. (утяжеление пролетных строений ПСК для большинства пролетов не превышало 3—7%).
Сечения всех элементов главных ферм приняты Н-образной формы. Благодаря применению крупных номеров уголков для некоторых элементов оказалось достаточно четырех уголков и соединительного листа между ними. Развитие сечений производилось добавлением вертикальных листов без изменения ширины элемента (460 мм).
Н-образная форма сечения очень удобна для изготовления: отпадает необходимость в соединительных решетках и диафрагмах, отсутствуют мелкие элементы, клепка полностью осуществляется на скобе, а в случае отсутствия вертикальных листов к минимуму сводится работа по сверлению заклепочных отверстий, определяемая количеством телодыр (рис. 143).
В результате проведенной стандартизации длин и сечений элементов резко уменьшилось количество разнотипных элементов, из которых формируются обе серии пролетных строений. Оказалось возможным одни и те же элементы использовать для разных пролетов (см. рис. 142).
Рисунок заклепок, характеризуемый величиной их шага, размером дорожек и расстоянием от центра узла до первого ряда заклепок, а также углом наклона осей прикрепляемых элементов во всех узлах каждой серии одинаков (рис. 144).
Узловые фасонки отличаются размерами, но при наложении их друг на друга все дыры совпадают. Накладной кондуктор, изготовленный для самой большой фасонки, используется и для всех остальных. Лишние дыры при сверлении пропускаются. В итоге сокращается количество необходимых накладных кондукторов.
С целью проверки кондукторов на заводе предусматривалась контрольная сборка лишь каждого пятого пролетного строения.
Конструкция узлов ферм очень проста. В центре узла Н2 пролетного строения l = 66 мм (рис. 145) устроен стык элементов пояса, перекрытый только вертикальными накладками. Площадь накладок соответствует рабочей площади наиболее сильного из стыкуемых элементов, включая и площадь его горизонтального листа. В качестве стыковых накладок учтены узловые фасонки в пределах высоты пояса и два уголка 200x120x12, которые служат для прикрепления фасонки нижних продольных связей.
Отказ от перекрытия стыка горизонтального листа накладками вызван стремлением упростить заводское изготовление элементов, так как для сверления монтажных отверстий в горизонтальном листе потребовалось бы значительное усложнение стационарного кондуктора.
Непрямое перекрытие стыкуемых в узле элементов вызывает местные перенапряжения в отдельных частях соединения. Исследования, выполненные ЦНИИ МПС на эксплуатируемых мостах, показали, что максимальные фибровые напряжения в сечениях в 1,5—2 раза превышают осевые. Повышение напряжений наблюдается в вертикальных пакетах и горизонтальных соединительных листах вблизи стыка. В горизонтальных листах обнаружены значительные поперечные напряжения, обратные по знаку осевым (сжимающие при растянутых поясах). Такое явление не наблюдалось в конструкциях с прямым перекрытием стыков. Для уменьшения концентрации напряжений обрывы горизонтальных листов у стыка сделаны с выкружками. Однако эта мера не достигла цели и в дальнейшем от нее отказались.
При очень высоких местных напряжениях, когда фибровые напряжения превышают предел текучести, возникает опасность наклепа металла и снижения грузоподъемности конструкции. Если фибровые напряжения и не достигают предела текучести, то их концентрация понижает вибрационную прочность пролетного строения. Поэтому следует стремиться к обеспечению более равномерной работы частей в стыках.
Различное число заклепок в прикреплениях обоих раскосов не вызывает осложнений при сверлении отверстий в фасонках и не требует особого кондуктора, так как рисунок заклепок одинаков.
Н-образная форма сечений поясов определила положение фасонок продольных связей, которые помещены в уровне горизонтального листа поясов.
Для сокращения размеров фасонки диагонали связей центрированы на риску заклепок в горизонтальной полке поясных уголков.
Уголки прикрепления фасонок связей работают на отрыв головок и размалковывание, что может вызвать ослабление работы связей и уменьшение жесткости пролетного строения в горизонтальной плоскости.
В узле В1, к которому примыкает опорный раскос (рис. 146), для увеличения жесткости узловых фасонок поставлены вертикальная и горизонтальная диафрагмы, расположенные в плоскости подвески и на продолжении элемента пояса. Расстояние от центра узла до первого ряда заклепок прикрепления раскосов такое же, как в узле Н2 (442 мм), что при соответственно одинаковом расстоянии между рядами заклепок позволяет сверлить отверстия по тому же кондуктору, что и в фасонках узла Н2.
Конструкция опорного узла Н0 ясна из чертежа (рис. 147). Предусмотрена необходимость приторцовки узловых фасонок к опорному листу.
Главные фермы пролетных строений первой серии объединены верхними и нижними продольными связями крестовой системы и поперечными связями, расположенными в плоскости всех подвесок. Конструкция всех поперечных связей одинакова (рис. 148).
Портальные рамы в плоскости крайних раскосов отсутствуют. Это упростило изготовление связей, но изменило обычную передачу горизонтальных сил с верхних продольных связей. При наличии портальных рам в плоскости крайних раскосов верхние продольные связи можно рассматривать как горизонтальную ферму, опирающуюся по концам на жесткие опоры. При отсутствии портальных рам горизонтальные, силы от ветра с верхней, половины главных ферм передаются вниз на нижние горизонтальные связи в плоскости каждой подвески. Роль верхних продольных связей существенно понижается. Жесткость пролетного строения в горизонтальной плоскости уменьшается, что подтверждено результатами испытаний пролетных строений, проведенных ЦНИИ МПС.
Проезжая часть в проектах ПСК состоит из продольных и поперечных балок одинаковой высоты (рис. 149). Для повышения эксплуатационных качеств продольные балки снабжены верхним горизонтальным листом. В нижнем поясе для сокращения клепки лист не поставлен. Сечение получилось несимметричным. Можно было уменьшить калибр верхних уголков, но это привело бы к нежелательной разнотипности поясных уголков.
Прикрепление продольных балок к поперечным сделано проще, чем в типовых пролетных строениях 1931—1934 гг. Уголки прикрепления поставлены без прокладок в пределах свободной стенки вертикального листа поперечной балки. Вертикальный лист продольной балки косо обрезан вверху и внизу для пропуска поясов поперечной балки. Нижняя «рыбка» выполнена из парных уголков, что лучше отвечает условиям работы на сжатие, а при навесной сборке позволяет непосредственно опереть на нее конец продольной балки. Однако «рыбки», выполненные из уголков, вызвали неудобства при продольной надвижке пролетных строений, которая осуществляется с устройством верхних накаточных путей под продольными балками.
Отказ от прокладок под уголками прикрепления, помимо упрощения всей конструкции, улучшает условия сборки балок. При наличии прокладок длина продольной балки зависит от допусков в толще проката трех элементов: двух прокладок и вертикального листа, что при кондукторном изготовлении балок приводит к затруднениям в процессе монтажа.
При сравнении двух способов прикрепления продольной балки к поперечной, относящихся к пролетным строениям ПСК и типовым 1931—1934 гг., при условии, что балки рассчитаны на одинаковый момент и перерезывающую силу, оказывается, что вес частей прикрепления в пролетных строениях ПСК получается в 1,5 раза меньше, чем в типовых.
Продольные балки соединены в плоскости верхних поясов продольными связями треугольной системы, а в середине пролета — поперечными полураскосными связями (рис. 150).
Сокращение свободной длины диагоналей нижних продольных связей главных ферм в вертикальной плоскости и возможность продольных перемещений балок относительно диагоналей при деформациях поясов обеспечиваются прикреплением диагоналей к вертикальной фасонке поперечных связей балок.
Чтобы фасонка могла изгибаться при перемещениях балок относительно диагоналей главных ферм, нижней распорке поперечных связей придано повышенное положение.
Тормозные связи поставлены у средней поперечной балки (рис. 151, а). Горизонтальная фасонка 1 в узле пересечения диагоналей продольных связей ферм принята увеличенных размеров; к ней приклепаны элементы тормозных связей 2, передающие тормозные усилия с продольных балок на диагонали продольных связей главных ферм (рис. 151,6). Нижние «рыбки» 3 здесь выполнены из листов, и они одновременно служат фасонками для прикрепления тормозных связей.
Прикрепление поперечной балки к ферме (рис. 152) выполнено без развития высоты балки вблизи фермы. Уголки прикрепления расположены выше пояса и прикреплены через узловую фасонку к стойке. Для увеличения фронта размещения заклепок уголки протянуты несколько выше верха поперечной балки. Крайние поперечные балки снабжены парными уголками жесткости в местах установки домкратов. Торцы этих уголков пригоняются к горизонтальным полкам нижних поясных уголков поперечной балки.
Расположение фасонки продольных связей определило уровень низа поперечной балки (рис. 153).
В пролетных строениях второй серии сложная статически неопределимая решетка ферм применена с целью сокращения свободной длины элементов Н-образного сечения, отличающегося повышенной гибкостью относительно горизонтальной оси. Следовательно, выбор системы решетки ферм оказался подчиненным типу сечений ее элементов.
Фермы объединены верхними и нижними продольными связями крестовой системы и поперечными крестовыми связями, расположенными в плоскостях всех стоек (рис. 154).
Так же, как и в первой серии, поперечные связи выполнены однотипными, без выделения портальных и промежуточных. Однако наличие поперечных связей в плоскости опорных стоек несколько улучшает условия передачи усилий от верхних продольных связей на опоры моста по сравнению с первой серией и повышает жесткость пролетного строения в горизонтальной плоскости. Вместе с тем при одинаковой жесткости опорных и промежуточных поперечных связей утрачивается ясность в передаче усилий с верхних продольных/ связей на опоры.
Производительность заводов при изготовлении пролетных строений ПСК оказалась почти в 2 раза выше, чем при изготовлении типовых пролетных строений 1931—1934 гг. В результате этого на протяжении более чем 10 лет после окончания войны на железных дорогах применялись почти исключительно пролетные строения ПСК. Однако они не утверждались МПС в качестве типовых. Причина — в пониженных эксплуатационных качествах этих пролетных строений по сравнению с типовыми 1931—1934 гг.
Недостатки клепаных пролетных строений ПСК:
- 1. Подверженность корытообразных поясов засорению и опасность быстрого их ржавления.
- 2. Наличие в узлах непрокрашиваемых щелей и зазоров, в которых также возможно развитие ржавчины.
- 3. Снижение вибрационной прочности стыков поясных элементов, обусловленное непрямым их перекрытием и наличием высоких фибровых напряжений.
- 4. Уменьшение горизонтальной жесткости пролетных строений.
- 5. Усложнение надзора за пролетными строениями вследствие увеличения количества узловых сопряжений и применения соединений, работающих на отрыв головок заклепок.
- 6. Мелкоблочность и большой объем монтажной клепки при большой толщине склепываемых пакетов.
- 7. Несоответствие расчетных пролетов у ряда пролетных строений типовым размерам, принятым при старых проектировках, что затрудняло использование пролетных строений ПСК при замене старых пролетных строений и при строительстве вторых путей.
- 8. Увеличение расхода металла для большинства пролетов.