Элементы моста и статические схемы

Основные элементы моста –опоры и пролетные строения (рис.8.17).Опоры различают: береговые (устои) и промежуточные (быки). Каждая опора воспринимает нагрузку от веса пролетных строений, подвижной нагрузки, проходящей по ним, давления ветра, льда, навала судов. На устои, кроме того, действует вес насыпи подходов к мосту .

Опоры имеют фундамент с надфундаментной частью. Фундаменты возводят с описанием непосредственно на грунт или, если грунт ненадежен, на специальное искусственное основание. Материалом для опор служат бетонная, железобетонная и каменная кладки, а в редких случаях для верхней части применяют металлические конструкций. Форма и размеры опор зависят от значения и характера нагрузок, передающихся от пролетных строений, собственного веса и веса насыпи, а также
определяются условиями прохода под мостом водного потока, ледохода и местными инженерно – геологическими условиями.

В зависимости от числа перекрываемых пролетов мосты бывают однопролетными или много пролетными.

Крайние опоры, расположенные в местах сопряжения моста с насыпями дороги, называют устоями, а массивные промежуточные - быками.

Расстояние l между центрами опирания пролетного строения называют его расчетным пролетом.

Уровень воды в реках довольно сильно меняется. В летнее время, а также зимой вода обычно имеет низкий уровень, называемый уровнем меженных вод (УМВ), или уровнем межени. Весной при таянии снега, а на некоторых реках и в летнее время приток воды резко увеличивается и уровень воды повышается. Наивысший уровень воды, возможный на реке в месте мостового перехода, называют уровнем высоких вод (УВВ). Расчетный уровень высоких вол определяют по пяти вероятностям превышения расчетного паводка, устанавливаемую для мостов с учетом категории дороги.

Свободную ширину зеркала воды под мостом, измеренную по расчетному уровню высоких вод, называют отверстием моста. В однопролетном мосту отверстие равно расстоянию в свету между внутренними гранями устоев. В многопролетном мосту отверстие выражается суммой расстояний в свету между опорами отдельных пролетов (), измеренных по расчетному уровню высоких вод. Расстояние Н ₁от поверхности проезжей части на мосту до уровня меженных вод называют высотой моста, а расстояние Н от низа пролетных строений до уровня высоких вод или расчетного судоходного уровня – свободной высотой под мостом. Высота Н должна быть достаточной для безопасного пропуска высокой воды и ледохода, а на судоходных реках – для пропуска судов. Расстояние h от поверхности проезжей части на мосту до самых нижних частей пролетного строения называют строительной высотой моста.

По характеру работы пролетных строений и опор, т.е. в зависимости от статической схемы, различают балочные, рамные, арочные, висячие и комбинированные системы мостов.

Рисунок 8.17 Конструктивные элементы мостов: Конструкция пути на постоянных мостах: а) балочно-разрезной эстакадный мост; б) с мостовым полотном из брусьев; в) то же при раздельных тротуарах; г) на балласте с желе­зобетонным корытом; д) без балласта на железобетонных плитах.

Наибольшее распространение имеют балочные системы мостов (балочные мосты). В них пролетные строения в виде сплошных балок или сквозных решетчатых ферм свободно установлены на опорные части, через которые передаются все вертикальные нагрузки на опоры моста. Пролетные строения могут быть балочно-разрезными (рис8.18а) балочно-консольным и балочно-неразрезными. В балочно-разрезной системе изгиб от собственного веса и подвижной нагрузки одного пролетного строения не отражается на изгибе смежных с ним пролетов. Такие системы применяют преимущественно в малых и средних железобетонных и металлических мостах с пролетами до 33м.

В железнодорожных мостах металлические балочно-разрезные решетчатые конструкции пролетных строений распространены для пролетов от 33 до 158м. Другие разновидности балочных систем (балочно-консольные и балочно-неразрезные) отличаются от балочно-разрезных тем, что нагрузка, расположенная па одном пролетном строении, влияет и на соседние .

В арочных мостах (рис.8.18б) опорные реакции, вызываемые
вертикальной нагрузкой, действуют на опоры наклонно и могут
быть разложены на вертикальные и горизонтальные составляющие. Горизонтальные составляющие Н опорных реакций арки называют
распором. Арка под действием вертикальной нагрузки работает на сжатие и изгиб. Распор арки передается опорами или может быть воспринять – затяжкой.

В рамных мостах (рис.8.18 в) пролетные строения и опоры жестко связаны между собой и составляют единую конструкцию.

Рисунок 8.18 Основные расчетные схемы мостов: а – балочная, б – арочная, в – рамная,

г – висячая, д – комбинированная

При действии вертикальной нагрузки опорам и фундаментам рамных мостов передаются, кроме сжимающих усилий, также довольно значительные изгибающие моменты. В ряде рамных систем под действием вертикальной нагрузки возникает также распор Н.

В висячих мостах (рис.8.18 г) пространство между опорами перекрывается стальными канатами (или вантами), работающими на растяжение и поддерживающими балку жесткости, в уровне которой расположена проезжая часть. Канаты (ванты) передают своими концами наклонные усилия, воспринимаемые специальными анкерными опорами или балкой жесткости моста.

Кроме перечисленных, в мостах встречаются и другие статические схемы. Так, например, в деревянных мостах применяют подкосную систему, представляющую собой балку, подпертую подкосами. В металлических и железобетонных мостах встречаются различного рода комбинированные системы, в виде сочетания простейших, например балочной и арочной (рис. 8.18 д). Комбинированные системы могут быть разнообразными и часто имеют технико-экономические преимущества по сравнению с простыми статическими системами мостов.

Пространственная жесткости вантовых пролетных строений обеспечивается в основном жесткостью конструкций, поддерживаемых вантами. Объединение в пролетных строения с балками жесткости балок и проезжей части в единую систему, обладающую высокой крутильной жесткостью, обеспечивает повышение пространственной жесткости и пролетного строения в целом.

Основные достоинства вантовых мостов – легкость несущих конструкций.

Рисунок 8.19 Схемы вантовых мостов с балками жесткости и вантами: закрепленными в различных точках по высоте пилона: а – через р. Рейн в Дюссельдорфе (ФРГ, 1996г.); б – то же, в Кельне (ФРГ, 1959г.)

Пилоны обеспечивают передачу нагрузки от кабеля па фундаменты, они могут быть выполнены стальными или железобетонными. Конструктивные схемы пилонов достаточно многообразны А - образные (б, в, г), П - образные (д, е), U – образные (ж), одностоечные (а) и другие.

Висячими называют мосты, в которых главными несущими элементами служат цепи, кабели или ванты, работающие па растяжение и сделанные из стали высокой прочности.

Рисунок 8.20 Формы пилонов висячих и вантовых мостов

Наибольший по пролету висячий мост Веррацано - Нерроуз, построенный в 1964г. в Нью-Йорке, перекрывает своим средним пролетом 1300м. При имеющихся прочностях современных канатов величины перекрываемых висячей системой пролетов можно довести примерно до 1500м.

Цепь или кабель, а также Байтовые фермы закрепляют на вершинах пилонов и удерживают оттяжками, концы которых закрепляют в грунте, кладке устоев или на концах балок жесткости пролетного строения.

Очертание кабеля (цепи) висячих мостов обычно делают близким к параболическому.

К цепи, кабелю или узлам вантовых ферм подвешивают конструкцию, несущую проезжаю часть моста.

Пролетные строения висячих мостов чаща всего осуществляют по трехпролетной схеме. Большим преимуществом висячих мостов служит удобство монтажа пролетных строений. После сооружения устоев и промежуточных опор устраивают подвесной рабочий мостик, который используют при формировании и укладке основного кабеля. Несущий кабель закрепляют в концевых опорах и па промежуточных опорах пилонов. В процессе монтажа пролетного строения к кабелю последовательно присоединяют блоки балки или фермы жесткости, что позволяет избежать устройства подмостей, загромождающих пролет и стесняющих судоходство. Балки или фермы жесткости, поддерживающие проезжую часть, соединяют с кабелем при помощи подвесок.

Воспринимая вес элементов пролетного строения, несущая конструкция получает предварительное натяжение, что увеличивает общую жесткость пролетного строения, снижает его прогибы при воздействии временной нагрузки. Исходное очертание Кабеля определяется выбором взаимного расположения опорных точек, размером стрелы провисания и распределением усилий от собственного веса, воспринимаемых кабелем. Современные висячие, мосты с кабелем позволяют перекрывать пролеты до 3000м.

Висячие мосты делают преимущественно под автодорожную нагрузку Висячие мосты, предназначенные для пропуска железной дороги, встречаются редко. Это объясняется тем, что вследствие высоких напряжений в основных несущих элементах висячие мосты дают под временной нагрузкой большие деформации, как правило, недопустимые для железнодорожных мостов.

Благодаря сравнительной легкости отдельных элементов и удобству навесной сборки висячие мосты имеют существенные преимущества по условиям возведения при переходах через многоводные реки с быстрым течением, горные лощины и в других случаях.

Недостатки висячих мостов заключаются в меньшей их жесткости по сравнению с другими системами и большей восприимчивости к нарастанию колебаний под действием ритмической нагрузки, например толпы людей идущих в ногу.

Висячие мост очень восприимчивы к боковому ветру, если они начинают раскачиваться из стороны в сторону, то легко разрушаются около дюжины висячих мостов рухнули по этой причине.

В 1940г обвалился пятый тогда по величине висячий мост через пролив Тэкома-Нэроуз в американском штате Вашингтон (рис.8.21).

К 7 ноября он находился эксплуатации всего лишь четыре месяца. Дул сильный боковой ветер и вдруг 800-метровая проезжая часть главного пролета стала раскачиваться все сильнее и сильнее. Автомобиль, переезжавший мост в этот момент, был отброшен к перилам ограждения.

От все усиливавшихся колебаний лопнули тросы, и все сооружение с ужасающим грохотом рухнуло в бездну.

Крушение моста через Тэкома – Нэуроуз

Ферма коробчатой конструкции восстановленного моста Тэкома - Нэуроуз

Рисунок 8.21 Крушения и восстановления моста

Эта катастрофа послужила уроком для ин­женеров-мостовиков. Вскоре в Америке стали строить крутильно-жесткие (не под­верженные колебаниям) фермы коробча­той конструкции. В Европе же, после мно­гочисленных опытов в аэродинамической трубе, где имитировали давление ветра на модель конструкции, решили делать в теле мостов горизонтальные отверстия, чтобы устранить причину колебаний – завихре­ния воздуха возле преграды.

Рисунок 8.22 Схемы большепролетных висячих мостов (выполненные и проекты): а – один из первых проектов моста между Сицилией и Италией; б – над рекой Хамбер в Англии; в – над проливом Акаши в Японии; г – над рекой Нарроу в США; д – через Босфор у Истамбула между Европой и Азией; е – над рекой Тео в Португалии; ж – над рекой Северн возле Бристоля в Англии

Катастрофа Такомского моста пролетом 854м (1940г) послужила причиной тщательного исследования аэродинамической устойчивости, результатами которого стала теория сопротивления висячих конструкций мостов ветровым воздействиям. Были внесены конструктивные изменения в проекты мостов.

При использовании висячих конструкций мостов могут быть перекрыты пролеты 2000м и более. На рис.8.22 показаны схемы построенных и проектных решений наиболее крупных мостов [23].

Усложнение системы подвесок в висячих мостах направлено на повышение жесткости и уменьшение величин изгибающих моментов в балке жесткости, так как в подобных мостах невыгодным для балки жесткости является загружение временной нагрузкой на длине 0,4-0,5 главного пролета. Такое загружение вызывает S – образный изгиб балки и появления разнозначного изгибающего момента в балке.

Недавно построен новый висячий мост через Мессинский пролив в Италии, пролет которого достигает 3300м. Некоторые сведения о параметрах этого моста:

- общая длина моста 3660м

- длина среднего пролета 3300м

- высота пилона 376м

- общая длина кабеля между анкерами 5300м

- диаметр кабеля (2x2=4шт.) 1,24м

- количество канатов в кабеле 88шт

- количество проволок в канате 504шт

- диаметр проволоки 5,38мм

- вес кабеля 1,00т/м

- общий вес всех канатов и кабелей 166000т

Представляют интерес некоторые расчетные данные моста. Прогиб под действием подвижной нагрузки достигает 9,9м и боковое смещение в середине пролета 2,5м, расчетная критическая скорость ветра 270км/час.

На (рис.8.23)приведен график, отражающий рост максимальных величин пролетов мостов простроенных в последние годы [23].

Рисунок 8.23 Величины пролетов и год ввода в эксплуатацию крупнейших висячих мостов: 1 – Мессинский пролив; 2 – Акаши, Япония; 3 – Большой Белт, Дания; 4 – Хамбер, Халл, Канада, 1981; 5 – Верразано Нарроу, Нью-Йорк, США, 1964; 6 – Золотые ворота, США, 1937; 7 – Майнами Байзан Зето, Япония; 8 – Джордж Вашингтон, Нью-Йорк, США, 1931

Не мало ответственным и сложным являются поперечные сечения пролетных строений висячих и вантовых мостов (рис.8.24). На (рис.8.24) приведена форма поперечного сечения моста. В проекте отмечено, что в противоположность Европейским нормам движение по мосту предполагается левосторонним для обеспечения замедления скорости. Кроме того, тяжелый грузовой транспорт планируется направить ближе к середине профиля.

Поперечное сечение, включающее три полости позволяет по мнению авторов, значительно повысить стабильность по отношению к флаттеру и с помощью внешних ветровых обтекателей уменьшить ветровое давление на 34%.

Рисунок 8.24 Поперечные сечения пролетных строений вантовых и висячих мостов:

а – поперечное сечение моста через Мессинский пролив в Италии; б – поперечное сечения моста Верразано-Нарроу, Нью-Йорк, США

В 2000 году японской фирмой в Семипалатинске сдан в эксплуатацию автодорожный висячий мост через р. Иртыш. Схема пролетов L=720+2,15+4,42=218м. это самый большой мост на сегодня в центральной Азии.

Дальнейшей ступенью развития висячих мостов стало не увеличение пролетов, а применение вантовых конструк­ций в комбинации с железо-бетонной проезжей частью, чем достигается общая жесткость конструкции пролет­ного строения при значительной экономии металла. В 1963г через Днепр в Киеве по проекту инженеров А.С. Гольдштейна и В.И. Кириенко построен вантовый гаванский мост с общим надрусловым отверстием 275,7м, состоящим из трех пролетов: среднего 144м и двух крайних по 65,85м. Их разграничивают два П – образных пилона, удерживающих ванты. Высота пилонов над проезжей частью 27м, полная высота (от воды) 1142м. При ясно выраженном конструктивном облике в его архитектуре сказалась недора-ботка пропорций в соотношениях сечений стоек пилонов и балки жест­окости, тяжелой верхней части пилона со сплошной высокой распорной стенкой и угловыми надстройками. Продуманностью в этом отношении могла быть достигнута 3 гармония инженерного сооружения и городской архи­тектуры. Другой вантовый мост через реку Даугаву в Риге был построен не с двумя пилонами, как обычно, а с одним – под несомненным влиянием Северинского моста через Рейн в Кёльне, построенного еще в 1959г.

Поиск по сайту: