→ Разрушение зданий

Висячие мосты

Висячие мосты

В середине 1976 г. в Японии был сдан в эксплуатацию самый большой из современных висячих мостов. После строительства моста между островами Хонсю и Кюсю, объявленного рекордсменом азиатского континента, и еще нескольких событий такого рода специалисты заговорили о висячих мостах как об одной из интереснейших областей техники, у которой едва ли не самая драматичная история.

Остановимся немного на искусственно раздуваемом межнациональном соперничестве и конъюнктурных амбициях, которые в развитых капиталистических странах часто накладывают свой отпечаток на развитие техники. Займем позицию беспристрастного наблюдателя. Однако в случае висячих мостов нам вряд ли это удастся, потому что история этой области строительства неминуемо вызовет у нас всевозможные эмоции. Несмотря на свой невероятно тонкий ажурный силуэт, они легко и естественно преодолевают огромные расстояния, как будто для них не существует законов гравитации. По эстетическому воздействию этот род мостов уникален: нет другого технического сооружения, где конструкция, демонстрируемая в столь чистом, первичном виде, вызывала бы такое впечатляющее ощущение мощи, легкости и изящества. И если мосты вообще являются наиболее ограниченной формой симбиоза техники и искусства, то висячие мосты - вершина этого симбиоза.

Висячие мосты строились еще первобытными людьми: их строят и сейчас некоторые полудикие племена, обитающие в джунглях Амазонки. В принципе это антитеза арочных конструкций. Их напряженное состояние тоже является безмоментным, но только на базе растягивающего усилия. Это предопределяет и единственно применимый для цепей и канатов материал – сталь. Равновесная форма провисшей дуги весьма изменчива, склонна к самоадаптации в условиях каждой новой конфигурации нагрузок. Арочным конструкциям такая гибкость недоступна, поэтому и их безмоментное состояние возможно только при строго определенной нагрузке. Висячие конструкции реагируют на изменение нагрузки изменением линий своих очертаний, что обеспечивает постоянное и абсолютно чистое безмоментное состояние. Но это имеет и другую сторону медали: такие вариации висячей равновесной формы связаны с деформациями путевого полотна. Поэтому висячие системы в чистом виде в мостовых конструкциях практически не встречаются. Цепи всегда сочетаются с жесткой конструкцией на уровне мостового полотна, которая воспринимает как определенные поперечные силы, так и определенные изгибающие моменты (вследствие ограничения свободных деформаций).

Материал висячей дуги, будь то лиана, веревка, цепь или стальной канат, работает в режиме постоянного растяжения. Именно по этой причине наиболее рационально используется все сечение элемента. Каждый грамм, каждый квадратный сантиметр материала может быть полностью вовлечен в работу по восприятию нагрузки и ее передаче береговым опорам. Этим обусловлена большая легкость висячих мостов, благодаря которой они (и только они) в состоянии преодолевать “за один раз”, без промежуточных опор огромные расстояния. В случаях очень глубоких и очень широких препятствий, когда возведение каких бы то ни было промежуточных опор сложно, дорого, а часто и невозможно, висячий мост оказывается единственно возможным решением.

Большие или меньшие висячие мосты есть во всех странах мира. В последние годы дорожно-строительный “бум” в Японии привел к необходимости замены паромного сообщения между некоторыми островами мостовыми связями, а определенные особенности в рельефе дна обусловили неизбежность применения висячих систем. Классической страной висячих мостов, однако, считаются Соединенные Штаты. Грандиозные каньоны на крайнем западе, широкие полноводные реки и глубокие проливы Тихоокеанского побережья служат объективной предпосылкой расцвета висячих систем именно в этом районе земного шара.

В течение первого десятилетия минувшего века в США были построены шесть первых больших мостов с пролетами до 72 м, выполненные с применением кованых железных цепей. Один из них мост на р. Меримей, просуществовал целых сто лет. Над Ниагарой возник мост с пролетом 252 м, а в 1848 г. на р. Огайо – мост с пролетом 336 м.^Девятнадцатью годами позже был построен Бруклинский мост в Нью-Йорке,который “сразу” преодолел 487 м. Вместо цепей давно уже стали применять стальные канаты, а пролеты продолжали расти со средними темпами 10 м в год, достигнув в 1931 г. максимальной величины 1068 м (мост на р. Хад-сон, Нью-Йорк). Через четыре года над проливом Золотые Ворота у Сан-Франциско началось строительство исключительно большого для этого времени сооружения, или, как его называли, моста века. Один из моментов его строительства запечатлен двумя очевидцами - советскими писателями Ильей Ильфом и Евгением Петровым, находившимися тогда в Калифорнии.

“Мистер Адаме показал рукой на сооружение, представляющееся издали протянутыми через залив проводами. Так вот оно, всемирное чудо техники - знаменитый висячий мост!

Чем ближе подходил к нему паром, тем грандиознее казался мост. Паром проходил мимо поднимавшегося из воды пилона. Он был широк и высок, как “Генерал Шерман”. С высоты его наш паром казался, вероятно, таким маленьким, как человек на дне Гранд-Каньона. Пилон до половины был выкрашен серебристой алюминиевой краской. Другая половина была еще покрыта суриком.

Благодаря любезности строителей моста мы получили возможность осмотреть работы. Мы сели в военный катер, который поджидал нас в гавани, и отправились на островок Йерба-Буэна, расположенный на середине залива.

Сейчас кончают сплетать стальной канат, на котором повиснет мост. Его толщина около метра в диаметре. Это он-то показался над тонкими проводами, когда мы подъезжали к Сан-Франциско. Трос, который на наших глазах сплетали в воздухе движущиеся станки, напоминал Гулливера, каждый волосок которого был прикреплен лилипутами к колышкам. Повисший над заливом трос снабжен предохранительной проволочной сеткой, по которой ходят рабочие. Мы отважились совершить вдоль троса небольшое путешествие. Чувствуешь себя там, словно на крыше небоскреба, только с той разницей, что под ногами нет ничего, кроме тонкой проволочной сеточки, сквозь которую видны волны залива. Дует сильный ветер”.

Это сооружение с центральным пролетом в 1280 м в течение 27 лет оставалось единственным в своем роде. Только в 1965 г. его рекорд на 30 м “перекрыл” мост Верозано, построенный у входа в нью-йоркский порт. А еще через десять лет мировой рекорд перекочевал за Тихий океан, в Японию (может быть, ненадолго).

Мало кто знает, что история висячих мостов, в сущности, представляет собой длинную вереницу катастроф. В истории техники нет другого примера, чтобы конструктивное решение завоевывало свое право на жизнь при столь противоречивых обстоятельствах и было оплачено столь дорогой ценой.

В 1864 и 1889 гг. жертвами ветра стали два моста на Ниагаре. В США только за период с 1876 по 1888 г. рухнул 251 мост. Большинство из этих больших и маленьких мостов были висячими. Один из первых документированных примеров катастрофы датируется 1854 г., когда во время сильного ветра разрушился 336-метровый мост на р. Огайо близ Уилинга. “В течение нескольких минут, - писал один из очевидцев, - мы с тревогой наблюдали за мостом, который напоминал качку корабля во время шторма. Внезапно мост поднялся почти до высоты пилонов, потом резко опустился; огромная конструкция сильно изогнулась, почти перевернувшись, и с ужасным грохотом рухнула с головокружительной высоты в реку”.

Динамическая устойчивость висячих мостов – их слабая сторона. Легкость гибкость, будучи их неоспоримым преимуществом, во время сильного ветра превращается в серьезный недостаток. Часто мост оказывается в роли качающейся и прыгающей корабельной палубы. Отсутствие жесткой конструкции и нужных килограммов превращает сооружение в игрушку для мощных порывов ветра. Стабилизация достигается с помощью балок жесткости, находящихся под путевым полотном, а чаще сами перила моста трансформируются в силовую конструкцию. Однако на протяжении десятилетий их роль была недостаточно ясна, и в тех случаях, когда они ставились, конструкторы делали это чисто интуитивно.

Особенно трагическими событиями было отмечено английское мостостроение тех лет. За относительно короткое время последовал целый ряд катастроф с висячими мостами над Менайским проливом, на р. Ту-ид, у города Монтро и снова над Менайским проливом. Во Франции висячие мосты были надолго запрещены как опасные и прочные конструкции после трагического случая на р. Майенн близ Анже, когда под действием сильного ветра и маршировавших по путевому полотну войск внезапно обрушился мост такой конструкции и в результате катастрофы погибли 226 человек. Египетский мост в Петербурге, превратившийся в инженерный курьез, тоже представлял собой висячую конструкцию.

В 1936 г. в Нью-Йорке был построен мост Уайтстоунбридж пролетом 702 м и очень экономичной балкой жесткости. Его высота (1/200 пролета) оказалась недостаточно большой, и в конструкции возникли опасные вибрации. В инженерных кругах США стали распространяться страшные слухи об этом мосте. Еще более страшные вещи говорились о пресловутом Такомском мосте, который в то время только еще был построен. Его балка жесткости составляла лишь 1/300 пролета (средний пролет 854 м), и поведение конструкции тоже вызывало сомнения. Но о последующих событиях мы расскажем, когда придет время...

Анализ происшествия с Такомским мостом дал исследователям больше, чем практический опыт всех предыдущих десятилетий. В настоящее время испытания модели моста в аэродинамической трубе являются’ обязательной фазой для каждого будущего висячего моста. Но висячие системы в мостостроении имеют и серьезных противников в инженерном мире. Существует несколько крупных проектов: второго моста над Босфором, мостов над Мессинским проливом и над Гибралтаром. Если их технико-экономическое обоснование будет убедительным, вероятно, некоторые из них будут построены. По-видимому, у висячих мостов есть будущее, однако не следует забывать об их далеко не безоблачном прошлом.

Строительство вантовых мостов

Впоследние годы в России было построено несколько вантовых металлических мостов: через р. Неву в г. Санкт-Петербургепо проекту Гипростроймоста с пролетом 382 м, через р. Обь в г. Сургуте, с однопилонной схемой с пролетом 408 м, в г. Москве в районе Серебряного Бора

соригинальным пилоном арочного типа. Закончено строительство моста черезпроливБосфорВосточныйвг. Владивостокеспролетом1104 м.

Выдающиеся мосты вантовой системы построены во Франции и других странах Западной Европы, а также в Юго–ВосточнойАзии (Китай, Вьетнам, Малайзия).

Вантовые мосты были разработаны и внедрены около 50 лет назад в ФРГ. По своей статической работе они представляют собой неразрезные балки, усиленные вантами. Вантовые системы аэродинамически более устойчивы, чем висячие. Общие деформации пролетного вантового строения происходят с участием продольных деформаций вант, в то время как в висячих мостах деформации происходят за счет изменения формы кабеля. Таким образом, при колебаниях висячих мостов диссипация энергии колебаний значительно меньше, чем в вантовых мостах, и их аэродинамическая устойчивость значительно ниже. Кроме этого, ванты из набора отдельных канатов более технологичны, чем кабели висячих мостов.

Для вантовых ферм применяют:

Витые канаты из оцинкованной проволоки;

Канаты из параллельных проволок (они имеют стабильные модули деформации);

Ванты конструкции фирмы Фрейсине из семипроволочных ка-

Витые канаты возможно применять при малых пролетах вантовых мостов 100…400 м из-занизкого модуля деформации (до

1,2×106 кгс/см2).

Ванты из параллельных проволок применяли в СССР, в частности при строительстве моста через р. Днепр в г. Киеве. Достоинством таких вант является высокий и стабильный модуль деформаций.

Ванты из канатов системы фирмы «Фрейссине» нашли преимущественное применение во многих странах мира (рис. 9.2), по этой технологии построены сотни мостов. Конструкция вант (рис. 9.2, б) формируется из «монострендов» (рис. 9.2, в), в состав которых входит семипроволочный канат из оцинкованной проволоки с двойной антикоррозийной защитной оболочкой. «Моностренды» поставляют с завода на строительную площадку в полностью готовом виде. На концах вант располагается анкерно-опорнаяконструкция, в которой канаты анкеруют с помощью конусных анкеров. Концевые участки канатов располагают в защитном коробе, заполненномантикоррозийнымсоставом(рис. 9.2, а).

Расчетный срок службы вант составляет 100 лет, однако, по мнению строителей, ванты могут прослужить и 500 лет.

Балки жесткости вантовых мостов по материалу могут быть стальными, сталежелезобетонными и железобетонные (рис. 9.3).

Стальные балки жесткости (рис. 5.3, а,б) имеют преимущества по весу для больших пролетов. Однако при плохо обтекаемой аэродинамической форме может возникнуть аэроупругая неустойчивость под действием ветра. Поэтому для больших пролетов стальным балкам жесткости необходимо придавать хорошо обтекаемую форму (см. рис. 9.3, б). Они имеют легкую несущую проезжую часть из сварных ортотропных (ортогональноанизотропных) плит. Верхний (покрывающий) лист толщиной не менее 12...14 мм, продольные ребра простейшего плоского типа, приваренные с шагом поперек пролета 300...400 мм. Продольные ребра имеют пролет 2...5 м. Основным достоинством плоских продольных ребер является простота заводского изготовления и монтажных стыков. Закрытые ребра лучше работают на сжатие, однако они значительно сложнее в изготовленииимонтаже, априэксплуатациинемогутбытьпокрашеныизнутри.

Поперечные ребра, служащие опорами для продольных, имеют, как правило, двутавровое сечение, в котором верхним поясом служит покрывающий лист ортотропной плиты.

Поставляемые заводами плиты могут иметь продольное и поперечное членение, которое предпочтительнее по объему монтажных соединений.

Лист настила монтируют на стыковой сварке. Большие длины швов и их нижнее положение позволяют широко применять автоматическую сварку под слоем флюса. При толщинах листа 12 мм и более применяется V-образнаяразделка листа.

Первый этап сварки иногда выполняют вручную по меднофлюсовой подкладке, что дает возможность выполнения последующих проходок автоматом.

Для стыкования ребер из-замалой их протяженности невозможно применение автоматической сварки, поэтому используют стыки на высокопрочных болтах. При замкнутых ребрах применение болтовых соединений невозможно и монтажные стыки делают сварными с помощью ручной сварки, которая не поддается дефектоскопии.

Основные схемы сборки вантовых пролетных строений со стальными балками жесткости:

Схема 1. Навесная сборка с минимальным количеством временных опор (рис. 9.4, г).

Схема 2 . Продольная надвижка балок жесткости с аванбеком и шпренгелем (рис. 9.4, а, в).

Схема 3. Сборка на временных опорах (см. рис. 9.4, г).

При железобетонных балках жесткости в вантовых мостах снижается динамическая составляющая от действия ветра и под-

вижной нагрузки. Предварительно напряженные балки жесткости применяют при пролетах до 400…500 м во многих странах, например, во Вьетнаме. При больших пролетах применение железобетона в балках жесткости становится нецелесообразным.

Наиболее часто железобетонную балку жесткости вантовых мостов возводят методом навесного бетонирования (рис. 9.4, б).

9.3. Монтаж висячих мостов

Интенсивное строительство висячих мостов началось с 1860 г. в США, где для кабелей начали применять высокопрочную проволоку, а известный инженер Д, Роблинг (John Roebling) изобрел метод прядения кабеля (Aerial-Spinningmethod).

Впоследние десятилетия в области строительства висячих мостов в мировом мостостроении достигнуты большие успехи. В частности, построен мост Акаши в Японии (Akashi-KaikyoBridge), который соединяет острова Хонсю и Сикоку. Главный пролет моста 1991 м, полная длина моста 3911 м. В Китае построен висячий мост через р. Янцзы с пролетом 1500 м, а также через пролив в г. Гонконге.

ВРоссии висячие мосты строят неоправданно мало. Уже существующие возводились либо из архитектурных соображений, либо под пешеходное движение (Крымский мост в г. Москве по проекту профессора К.К. Якобсона, пешеходный мост через р. Десну в г. Брянске по проекту Г.М. Яновского и др.).

Недостатком висячих мостов является их значительная гибкость и аэродинамическая неустойчивость. За время, которое прошло после катастрофы в 1940 г. Такомского моста, в США проводились значительные исследования моделей в аэродинамических трубах, по результатам которых были разработаны рациональные аэродинамически устойчивые геометрические формы поперечных сечений балок жесткости, повышена жесткостьконструкцийпролетныхстроенийнакручение(рис. 9.5).

Схемы висячих мостов по фасадам могут быть:

1) однопролетными с прямыми оттяжками, заделанными в анкерных опорах или в скале;

2) трехпролетными с крайними пролетами, подвешенными к кабелю;

3) многопролетными.

Висячие мосты из-запониженной жесткости строят преимущественно под автомобильную или только под пешеходную нагрузку. Если вантовые мосты могут иметь железобетонные балки жесткости, то висячие мосты строят только со стальными балками жесткости.

Рис. 9.4. Схемы возведения вантовых систем: а - метод продольной надвижки

Балки жесткости могут иметь поперечное сечение:

1)из двух главных балок, по которым устроена ортотропная плита для пролетов до 100 м;

2)из двух главных ферм с ортотропной верхней плитой с мощными продольными верхними и нижними связями, поперечными связями (рис. 9.5, а);

3)коробчатую балку жесткости хорошо обтекаемой формы

(рис. 9.5, б).

Пилоны висячих мостов по конструкции аналогичны пилонам вантовых и могут быть стальными или железобетонными. Кабели закрепляют в массивных анкерных массивных опорах, которые воспринимают сдвигающие и отрывающие вертикально направленные вверх силы.

Кабели монтируют «методом прядения» из параллельных оцинкованных проволок диаметром 5…7 мм, защищенных оцинковкой. Кабели висячих мостов малых пролетов до 100 м (мост через р. Десну в г. Брянске) сформированы из витых канатов заводского изготовления из оцинкованныхпроволок, которыеимеютменьшийобщиймодульдеформации.

В последние годы кабели монтируют из заготовленных на заводах пучков из параллельных проволок (Prefabricated Parallel Wire Strand method).

Кабели висячих мостов больших пролетов защищают от коррозии обмоткой оцинкованной проволокой с последующей окраской; в последнее время применяются полиэтиленовые рубашки.

Вскрытие кабеля Бруклинского моста в г. Нью-Йоркепоказало идеальное их состояние после более, чем столетней эксплуатации (незначительнаякоррозияобнаружена лишьвместахрасположенияподвесок).

Последовательность строительства

При строительстве внеклассных висячих мостов в подготовительный период проводят комплексные изыскания и исследования, разрабатывают проект моста. Конструкция висячего моста обладает значительной гибкостью и поэтому обязательным этапом стало проведение исследований моделей в аэродинамических трубах. Для уникальных мостов строят специальные трубы «пограничного слоя», в рабочей части которых воспроизводят особенности ландшафта и режима местных ветров. Главным результатом аэродинамических исследований является разработка геометрической формы балки жесткости (см. рис. 9.5).

Строительство висячего моста проводится по стадиям:

1)возведение анкерных (береговых) опор;

2)возведение фундаментов под пилоны и монтаж пилонов;

3)монтаж временных висячих подмостей для проведения монтажных работ по возведению несущего кабеля из параллельных проволок;

4)монтаж балки жесткости и подвесок.

Сложность монтажных работ заключается в необходимости перекрытия больших пролетов с расположением конструкций на

очень большой высоте, с пониженной жесткостью конструкций, необходимостью проведения искусственного регулирования в процессе монтажа (подтяжки подвесок).

Анкерные опоры воспринимают значительные сдвигающие и отрывающие усилия. Они имеют массивную конструкцию и должны быть надежно заделаны в грунт. В их конструкции в специальных доступных для осмотра камерах располагают специальные анкерные устройства для несущих кабелей моста. В этих камерах для уникальных мостов предусмотрены помещения, где расположены приборы для проведения мониторинга состояния конструкций в процессе эксплуатации и фиксации амплитуд колебаний сооружения.

В зависимости от геологического строения фундаменты анкер-

ных опор могут быть свайными на забивных сваях , на буровых сваях , на опускных колодцах или в виде замкнутой стены в грунте .

Глубина заложения подошвы фундаментов доходит при неблагоприятных геологических условиях до 60 м. При значительном обводнении грунтов применяется глубинное замораживание.

Фундаменты под пилоны могут иметь конструкцию аналогичную анкерным опорам. При большой глубине за рубежом используют опускные колодцы, подаваемые к месту опускания на плаву. Они могут иметь круглое или прямоугольное сечение, снизу имеются ножи. Тело кессона имеет двойные стенки, которые объединены сквозными связями. Кессоны изготавливают вблизи от строительной площадки, транспортируют на место опускания, закрепляют с помощью якорей. Далее проводится опускание колодца и подводное бетонирование внутренней полости. После укладки подводного бетона (underwater concrete) бетонируется верхняя плита. Так, кессон моста Akashi в Японии имеет диаметр 80 м и заложен на глубину 60 м. При бетонировании используют специальные бетонные заводы, расположенные на баржах. При бетонировании подводным способом применяют бетонолитные трубы, которыми подают бетон в отдельные отсеки между двойными стенками. Внутреннее ядро бетонируют на полное сечение с подачей смеси одновременно через большое количество бетонолитных труб. Используют цемент с низкой экзотермией. Бетонирование проводится непрерывно со скоростью 5 см/ч. Для верхней покрывающей плиты в сложных условиях (мосты через морские проливы) используют фибробетон и полимерные добавки

для исключения карбонизации. Верхняя поверхность плиты покрывается также полимерным материалом против карбонизации.

Монтаж пилонов. Основными трудностями монтажа являются:

Обеспечение точности изготовления и монтажа;

Колебания конструкции под действием ветра;

Необходимость обеспечения безопасности и скорости монтажа.

Впроцессе сборки необходимо обеспечивать точность по длине элементов ±1 мм, перпендикулярность 1/10000. Подавление колебаний осуществляют с помощь специальных гасителей, проводя предварительные испытания в аэродинамической трубе.

Для висячих мостов малых пролетов сборку пилонов можно провести в горизонтальном положении, а затем поднять конструкцию в проектное положение поворотом.

Монтаж кабелей. Существуют два метода монтажа кабелей из параллельных проволок висячих мостов больших пролетов:

Метод «прядения» кабеля из отдельных проволок (AerialSpinning method);

Метод монтажа из предварительно заготовленных канатов из па-

раллельных проволок (Prefabricated Parallel Wire Strand method).

Прядение кабелей имеет 150-летнююисторию и заключается в протяжке проволок с помощью специального прядильного колеса. Для прядения вначале устраивают рабочие подмости на вспомогательных канатах, подвешиваемых на пилонах. Эти подмости располагают по очертанию несущих кабелей, но несколько ниже их. Затем вдоль оси каждого кабеля подвешивают бесконечный канат для перемещения прядильных колес (рис. 9.6).

На анкерных опорах располагают бухты с проволокой. Между анкерными башмаками кабеля на устоях протягивают направляющую проволоку, регулируют ее длину и положение в пролетах. По ней уже без регулировки укладываются все последующие проволоки. Затем работы проводят по стадиям:

1.Конец проволоки с барабана обводят вокруг прядильного колеса и закрепляют конец на устое (эта операция одновременно проводится на обоих берегах).

2.Бесконечный канат тянет навстречу друг другу по две или более проволоки.

3.Когда прядильные колеса доходят до устоев, канат останавливают, проволоку снимают с колес и надевают на анкерный башмак.

4.Циклы прядения продолжают до момента, когда будет уложено расчетное количество проволок для образования пряди. Все смонтированные проволоки подтягивают и выравнивают с направляющей проволокой.

5.Все пряди объединяют в один кабель с помощью специального кольцевого пресса.

Метод монтажа из заранее приготовленных прядей более эффективен. При этом используется проволока оцинкованная с пределом прочности 1800 Н/мм2.

Монтаж балок жесткости осуществляют по схеме, зависящей от конструкции моста, пролета, режима реки и других факторов. В первую очередь монтируют подвески. Для пролетов до 100 м и небольшой глубине воды балку жесткости собирают на сплошных подмостях или временных опорах. При больших пролетах применяют навесную сборку.

При навесной сборке порядок монтажа балки жесткости выбирают таким, при котором деформации несущих кабелей по мере возрастания нагрузки в течение всей сборки будут иметь наименьшую величину. С этой целью сборку ведут от середины к концам пролета или с концов к середине.

Для больших пролетов балку жесткости целесообразно монтировать крупными блоками с подачей их на плаву. В мировой практике мостостроения стала популярной схема навесного монтажа, впервые примененная для Севернского висячего моста в Великобритании. Балка жесткости хорошо обтекаемой формы (рис. 9.5, б) сварной ортотропной конструкции разделяется на отдельные блоки длиной около 20 м.

На первой стадии на сборочной площадке на берегу из плоских элементовосуществляютукрупнительнуюсбокублоковбалкижесткости.

На второй стадии блоки балки жесткости герметизируют специальными заглушками в диафрагмах и подают к месту монтажа с помощью буксиров.

На третьей стадии методом навесной сборки специальными подъемниками блоки устанавливают в проектное положение.

Этот метод был использован при строительстве висячего моста через р. Иртыш в Казахстане с главным пролетом 750 м. Работы по строительству были выполнены японской фирмой в1998-2000гг.

Список литературы

Страница 2 из 6

Висячие мосты простейших типов известны в странах Европы, Азии, Африки и Америки со времени возникновения устойчивой сети дорог, развития торговли и обмена. Идея использования висячей конструкции при устройстве мостовых переходов закономерно возникала на определенном уровне развития производительных сил на разных континентах и у разных народов. В центральной Азии и на Кавказе при переходах через горные реки строили узкие висячие мосты без перил (рис. 7.3). В Южной Америке, по свидетельству Гумбольдта, для перехода через реку использовали мосты на канатах, сплетенных из растительных волокон, прикрепленных к вершинам деревьев. Металлические цепные висячие мосты начали строить в Англии в эпоху промышленной революции с 40-х годов XVIII в.

Рис. 7.3 - Висячий мост в Центральной Азии

Конструктивные схемы висячих мостов позволяют, как правило, создавать сооружения, обладающие большой архитектурной выразительностью, благодаря четкому выделению несущей конструкции и ее опорных точек. Такие мосты хорошо «читаются» на фоне городской застройки. Они неоднократно возводились в ряде крупных городов Европы и Америки. В нашей стране при реализации плана реконструкции Москвы в 1936 г. через р. Москву по проекту инж. Б. П. Константинова построен висячий мост, получивший название Крымского по древнему названию существовавшего здесь брода. Крымский мост имеет отдельно стоящие пилоны при рекордной ширине проезда (см. рис. 7.1 в предыдущей лекции). Такое решение потребовало специальных динамических расчетов, подтвердивших надежность сооружения. Мост весьма успешно эксплуатируется до настоящего времени и является одним из красивейших мостов Москвы.

Первый из мостов, центральный пролет которого превышает километровый рубеж, построен в Сан-Франциско в 1937 г. через пролив Золотые Ворота. Глубина пролива по оси перехода, достигающая 115 м, а также особые условия судоходства у входа в гавань крупнейшего порта тихоокеанского побережья США продиктовали выбор висячей схемы сооружения. Вес каждого из пилонов, выполненных в основном из углеродистой стали, составлял 220 000 кН. В верхней части пилонов на длине 60 м применена более прочная кремнистая сталь. Поперечное сечение пилона - ячеистое, развитое вдоль и поперек моста (рис. 7.4). Форма поперечного сечения позволяет легко изменять по высоте площадь и момент инерции в соответствии с требованиями расчета и характером силовых воздействий на пилон. Площадь поперечного сечения пилона в верхней части 25 100 см 2 , в нижней, у основания - 48 600 см 2 . Кабели заделаны в массивы из бетона объемом по 24 500 м 3 , опирающиеся на скальное основание. Несущий кабель состоит из 61 пряди по 452 проволоки в каждой и имеет диаметр 921 мм. Расстояние между фермами жесткости 27, 42 м. Ширина проезжей части 18,28 м рассчитана на шесть полос автомобильного движения с тротуарами по 3,35 м. Интенсивность постоянной нагрузки в среднем пролете 321 кН/м и в боковых - 302 кН/м, а временной для всего моста - 595 кН/м, т. е. постоянная нагрузка превосходит временную примерно в 5,4 раза.

Рис. 7.4 - Поперечные сечения пилонов мостов: а - Золотые Ворота; б - Веррацано-Нерроуз

Мост через пролив Золотые Ворота сдан в эксплуатацию за 3 года до Такомской катастрофы и имеет не совсем благоприятное отношение ширины к центральному пролету. Сооружение в целом чувствительно к ветру и отнесено к недостаточно устойчивым.

При сооружении во Франции Танкарвильского моста через р. Сену на автомобильной дороге Гавр-Руан, открытого для движения в 1959 г., была реализована идея надежной связи между кабелем и верхним поясом фермы жесткости в середине пролета (рис. 7.5). Такая связь при условии закрепления фермы жесткости от горизонтальных перемещений на одной из опор сильно затрудняет развитие наиболее опасных кососимметричных форм колебаний пролетного строения и повышает аэродинамическую устойчивость пролетного строения. При выборе конструкции пролетного строения были приняты меры для уменьшения ее лобового сопротивления при боковом ветре. Конструкция проезжей части в виде тонкой плиты расположена на балках, прикрепленных к узлам жесткости. Сквозная конструкция для ветрового потока значительно меньшее препятствие, чем балка жесткости со сплошной стенкой Такомского моста.

Рис. 7.5 - Танкарвильский мост, 1959 г

Массивный устой в левобережной пойме р. Сены оказался необходимым в связи с обеспечением подмостового габарита. Выход скальных пород на правом берегу позволил отказаться от устройства дорогостоящего устоя и заанкерить кабели непосредственно в скале в наклонных штольнях.

В ноябре 1964 г. в США был сдан в эксплуатацию один из крупнейших в мире висячих мостов в устье р. Гудзон у входа в Нью-Йоркскую гавань, названный по имени итальянского мореплавателя Джиованни да Веррацано, впервые исследовавшего в 1524 г. гавань, на берегах которой впоследствии возник Нью-Йорк. Мост построен на скоростной автостраде в Нью-Йорке вместо ранее существовавшей паромной переправы. Пропускная способность моста, рассчитанного на 12 полос движения, составляет 48 млн. автомобилей в год (рис. 7.6). Центральный пролет моста 1300 м, общая длина с подходами 4178,5 м, а висячей части 2040 м. Каждый из четырех несущих кабелей, расположенных попарно, имеет диаметр 915 мм и сформирован из 61 проволочной пряди, составленной из 428 параллельных стальных проволок диаметром по 5 мм с пределом прочности 1580 МПа. Разрывное усилие для кабеля достигает 1 000 000 кН, Мощные стальные рамы обеспечивают неизменность контура формы жесткости. Железобетонная плита проезжей части вместе с системой продольных балок и связей и неизменяемыми боковыми гранями ферм скомпанована в замкнутую пространственную конструкцию трубчатого типа, обладающую высокой жесткостью при кручении. Верхняя и нижняя проезжие части разделены продольными барьерами на две половины для трех полос движения, каждая из которых имеет ширину 3,75 м. Проезжая часть имеет 2%-ный уклон от середины главного пролета к устоям.

Рис. 7.6 - Мост Веррацано-Нерроуз, 1964 г.

Общая масса несущих кабелей - 31787 т; расход высокопрочной стали на сооружение висячей части моста составляет 108 840 т, на подходы - 18140 т. Расход арматурной стали на висячую часть моста - 21 768 т. и на подходы 9070 т, бетона соответственно - 459 000 и 84 150 м 3 .

По сравнению с мостом Золотые Ворота нагрузка на кабели возросла на 75%, что вызвано утяжелением конструкции проезжей части и увеличением числа полос движения транспорта. Повышение уровня натяжения несущих кабелей существенно увеличило жесткость пролетного строения. Допустимые напряжения для кабелей 600 МПа.

Каждая из подвесок образована четырьмя парами стальных канатов диаметром по 56 мм. Пара подвесок образует петлю, огибающую укрепленный на кабеле стальной хомут, стянутый болтами. С учетом места расположения моста большое внимание было уделено выбору конструктивных форм и архитектуре моста. Удачна форма стальных пилонов, имеющих спокойный силуэт без лишних деталей, что подчеркивает грандиозные масштабы сооружения.

Интересен самый большой в мире висячий мост под двухъярусную совмещенную езду, построенный в 1966 г. в Лиссабоне через р. Тахо. Особое внимание в его конструкции уделено сейсмостойкости сооружения, поскольку Лиссабон расположен в тектонически активной зоне побережья Атлантического океана и неоднократно подвергался сильным землетрясениям. Расчетную схему моста проверяли на возможное воздействие землетрясения путем решения на ЭВМ соответствующей динамической задачи о кинематическом возбуждении колебаний с определением инерционных сил и внутренних усилий в системе.

При этом в расчете была использована реальная запись одного из сильных землетрясений, наблюдавшегося в Калифорнии.

Мост предназначен для пропуска двухпутной железной дороги и шести полос автомобильного движения, причем ввод сооружения в эксплуатацию был предусмотрен в две очереди. Строительство первой очереди предназначено для пропуска 20 000 авт./сут. по четырем полосам движения (рис. 7.7 и 7.8, а). Вторая очередь обеспечит расширение верхнего проезда до шести полос и прокладку двухпутной железнодорожной колеи (рис. 7.7 и 7.8, б). В связи с возрастанием расчетной временной нагрузки висячее пролетное строение должно быть усилено за счет устройства системы дополнительного кабеля и прямолинейных вант, поддерживающих узлы фермы жесткости. Стальные конструкции моста при этом не потребуют усиления, так как они изготовлены из высокопрочной-легированной стали с пределом прочности до 950 МПа. Заводские стыки конструкций пилонов выполнены на заклепках, а балок жесткости - на сварке. Все монтажные стыки - на высокопрочных болтах.

Рис 7.7 - Левая (а) и правая (б) части моста Тахо. 1966 г.: № 1-7 номера опоры моста

Рис. 7.8 - Поперечный разрез фермы жесткости моста Тахо

Представляют интерес также некоторые технико-экономические данные моста.

Расстояние между устоями - 2277,64 м, между кабелями -23,5 м. Высота подмостового габарита - 70,1 м (см. рис. 7.7 и рис. 7.8). Каждый кабель сформирован из 87 проволочных прядей по 304 оцинкованных проволоки диаметром 4,9 мм. Дополнительный кабель предусмотрен из 20 тросов диаметром по 67 мм; длинные ванты вставлены из 12 таких же тросов.

Фундаментами пилонов служат опускные колодцы (рис. 7.9), при этом основание опоры № 3 под южным пилоном заложено на рекордной глубине -- 79,3 м ниже уровня воды. Высота пилонов над водой - 190,5 м. Расход материалов на мост - 72600 т стали и 263000 м 3 бетона.

Рис. 7.9 - Промежуточные опоры № 4 и 5 (см. рис. 7.7)

Один из наиболее совершенных и перспективных типов висячих мостов - мосты с наклонными подвесками . В ЦНИИпроектстальконструкции в 1972 - 1973 гг. запроектирован висячий трубопровод с нагонными подвесками и главным пролетом 390 м для перехода через р. Амударью на газопроводной магистрали Бухара-Урал, а в 1974 г. построен висячий трубопровод с пролетом 680 м тоже через р. Амударью.

Выдающиеся по своим техническим данным мосты с наклонными подвесками построены в Англии. Первые аэродинамические испытания были начаты английской Национальной физической лабораторией в связи с разработкой проектов Фортского и Севернского мостов, последний из которых построен по схеме с наклонными подвесками и открыт для движения в 1965 г.

Основные конструктивные решения, примененные в проекте Севернского моста, были впоследствии использованы при строительстве мостов через проливы Босфор и Хамбер. Балки жесткости этих мостов имеют хорошо обтекаемую форму поперечного сечения и представляют собой замкнутые металлические коробки малой высоты, присоединенные к кабелям при помощи наклонных подвесок, образующих жесткую решетчатую конструкцию. Мост через пролив Босфор (рис. 7.10) сдан в эксплуатацию в октябре 1973 г. и предназначен для пропуска шести полос автомобильного движения. Общая стоимость его составила 36 млн. долл. Мост расположен в сейсмической зоне и рассчитан на сейсмическое воздействие, эквивалентное ускорению 0,1 g.

Рис. 7.10 - Висячий металлический мост через пролив Босфор

Мост, в к-ром основной несущей конструкцией является гибкий элемент - кабель (проволочный кабель, стальные канаты, шарнирная цепь), а проезжая часть к нему подвешена. Висячие мосты бывают чаще всего трехпролетные.

Для того чтобы уменьшить деформацию проезжей части при движении нагрузки, в висячих мостах применяют фермы или балки жесткости, роль к-рых возрастает с уменьшением пролета, т. к. при значительных пролетах постоянная нагрузка (собственный вес кабеля, подвесок и проезжей части) настолько велика, по сравнению с подвижной нагрузкой, что перемещения последней мало влияют на форму кабеля. Концы кабеля на берегах заделываются в анкерные массивы, иногда составляющие одно целое с устоями. При наличии скалистых берегов анкеры могут быть заложены непосредственно в скале. Иногда кабели соединяются по концам с балкой жесткости, образуя т. н. висячее пролетное строение с воспринятым распором. Кабели висячих мостов проходят через сооруженные на опорах моста металлич. или железобетонные башни (пилоны), высота к-рых зависит от принятого отношения стрелы провеса кабеля к пролету (обычно 1:8-1:10). С увеличением этого отношения уменьшается усилие в кабеле и возрастает жесткость пролетного строения, но высота пилонов, а следовательно, и стоимость при этом увеличиваются.

Строительство висячих мостов на автомобильных дорогах экономически целесообразно при пролетах свыше 300 м. Пролеты крупнейших В. м. превышают 1000 м - мост через пролив Золотые Ворота в Сан-Франциско пролетом 1281 м (см. Металлический мост). В 1960 начато сооружение В. м. через пролив Нэрроус в Нью-Йорке со средним пролетом 1300 м. Пролеты В. м. в Европе также возрастают. В 1960 в Англии начато стр-во двух висячих мостов с центральными пролетами ок. 1000 м. При существующих сортах стали максим, практически возможный пролет прибл. равен 3000 м. Однако с увеличением пролетов висячего моста уменьшается отношение ширины моста и высоты балки жесткости к длине пролета, вследствие чего ухудшаются аэродинамич. свойства моста-способность сопротивляться действию ветра. Известно неск. случаев разрушения В.м.в 19в.; в 1940 при ветре, скорость к-рого составляла лишь V, от расчетной, вновь построенный Такомский мост (США) разрушился от колебаний.

Этот мост при среднем пролете 854 м имел ширину всего 11,9 м, а высоту балки жесткости 2,44 м. После этого случая во мн. странах и, в частности, в СССР были проведены большие аналитические и эксперимент, исследования аэродинамич. устойчивости В. м., в результате к-рых нек-рые существующие мосты были усилены, а жесткость вновь сооружаемых мостов значительно увеличена.

Вследствие того, что висячие мосты, как правило, строятся через большие реки или морские проливы, при очень большой глубине воды, наличии приливов и отливов, штормовых ветров, интенсивном судоходстве, требующем высоты до 65 ж, сооружение таких мостов (особенно опор) сложно.

Монтаж висячих мостов начинается с пилонов. Стальные пилоны, высота к-рых достигает 210 м, а вес 20 тыс. т, обычно собираются ползучим подъемным краном, поднимающимся по пилону по мере его возведения. Способ монтажа кабелей зависит от их конструкции. Существуют 2 типа конструкции кабеля. Кабель первого типа образуется из стальных канатов заводского изготовления. Каждый канат при помощи подвесной дороги протягивается от анкера одного берега через оба пилона к анкеру другого берега, где и закрепляется. После подвески всех канатов они объединяются хомутами в кабель. Кабель второго типа, применяемый в больших американских висячих мостов, прядут на месте работ из стальной холоднотянутой проволоки толщ. ок. 5 мм с пределом прочности до 200 кг/мм2. Петли из такой проволоки при помощи канатной дороги попеременно протягиваются с одного берега на другой и объединяются в пряди, образующие кабель, к-рый при помощи спец. машины обматывается тонкой проволокой. Каждый из двух кабелей висячего моста через пролив Золотые Ворота диаметром 914 мм был образован из 61 пряди по 452 проволоки в каждой и весил 9500 т. Средняя скорость прядения кабеля составляла 768 т в месяц. После окончания монтажа кабелей к ним подвешиваются подвески, балки жесткости и проезжая часть. К висячим мостам относятся вантовые мосты , система ферм к-рых обеспечивает работу всех элементов на растяжение, а также балочно-вантовые мосты

Лит .: Передерий Г . П ., Курс мостов , т . 1-3, 6 изд ., М ., 1944-51; Steinman D. В ., A practical treatise on suspension bridges, N.Y.-L., 1929.

РЕФЕРАТ

по дисциплине: "Конструкции инженерных сооружений"

на тему: ВИСЯЧИЕ МОСТЫ

Введение 3

1. Краткий исторический очерк развития висячих и вантовых мостов 5

2. Стальная радуга мостов 8

3. Особенности архитектуры металлических мостов. 12

4. Особенности архитектуры железобетонных мостов 13 Список использованной литературы 16

Введение

Висячие конструкции - строительные конструкции, в которых основные элементы, несущие нагрузку, например, тросы, кабели, цепи, сетки, листовые мембраны и т.п., испытывают только растягивающие усилия. Работа висячих конструкций на растяжение позволяет полностью использовать механические свойства высокопрочных материалов (стальной проволоки, капроновых нитей и др.), а незначительный вес их даёт возможность перекрывать сооружения с наибольшими пролётами. Висячие конструкции сравнительно просты в монтаже, надёжны в эксплуатации, отличаются архитектурной выразительностью. Недостатками висячих конструкций являются наличие распоров и большой деформативности под действием местной нагрузки. Для восприятия распоров устраиваются анкерные фундаменты или так называемые контурные конструкции (кольца, опоясывающие по периметру висячих конструкций). Уменьшение деформативности висячих конструкций достигается введением стабилизирующих элементов - оттяжек, раскосов, балок жёсткости, дополнительных поясов, а также приданием висячим конструкциям формы, допускающей предварительное напряжение. Геометрически неизменяемые висячие конструкции, выполненные из прямолинейных элементов (вантов), называются вантовыми. Висячие конструкции могут быть плоскими и пространственными. Простейший вид плоской висячей конструкции - закрепленный на опорах трос с подвешенными к нему элементами, воспринимающими местную нагрузку. Современные плоские висячие конструкции применяются главным образом в висячих мостах, висячих покрытиях, канатных дорогах, подвесных переходах трубопроводов (рис. 1) и т.п.

Висячий мост - мост, в котором основная несущая конструкция выполнена из гибких элементов (кабелей, канатов, цепей и др.), работающих на растяжение, а проезжая часть подвешена. В современных висячих мостах широко применяют проволочные кабели и канаты из высокопрочной стали с пределом прочности 2-2,5 Гн/м 2 (200-250 кгс/мм 2), что существенно снижает собственный вес моста и позволяет перекрывать большие пролёты. Наряду с этим висячие мосты имеют малую жёсткость вследствие того, что при движении временной нагрузки по мосту кабель (цепь) изменяет свою геометрическую форму, вызывая большие прогибы пролётного строения. Для уменьшения прогибов висячие мосты усиливают в уровне их проезжей части продольными балками или фермами жесткости, распределяющими временную нагрузку и уменьшающими деформацию кабеля. Висячие мосты, в которых проезжая часть поддерживается геометрически неизменяемой висячей формой из прямолинейных канатов - вантов, называются вантовыми. Висячие системы применяют главным образом для автодорожных и городских мостов(рис. 1 ). Крупнейший висячий мост, сооружённый в 1965 при входе в нью-йоркскую бухту Веррацано (США), имеет средний пролёт длиной 1298 м (рис. 2 ).

Рисунок 1. Пешеходный висячий мост через р. Днепр в Киеве. 1956-1957г.

Рисунок 2.Висячий мост в бухте Веррацано. 1965г

Краткий исторический очерк развития висячих и вантовых мостов

Идея применения гибких растянутых элементов растительного происхождения (лианы, бамбук) для перекрытия рек и ущелий возникла, очевидно, на заре человеческого общества. Достаточно достоверные исторические данные свидетельствуют о постройке таких мостов в Древнем Египте, Юго-Восточной Азии, Центральной и Южной Америке.

Переход от примитивных конструкций висячих мостов к современным системам относится к XVII-XVIII вв и связан с именами Веррантиуса (Испания), Пойе (Франция) и Финлея (Англия), который получил на свою висячую систему патент.

Первый период развития висячих мостов, относящийся к XVIII в., представлен небольшими цепными мостиками:

· 1741 г., Англия, р.Тисе, пролет L= 21 м,

· 1785 г., Германия, р. Лаан, пролет L = 38 м,

· 1796 г., США, L = 29 м и другие.

Второй период - XIX в. - характерен широким внедрением новых материалов (чугуна, стали), что дало мощный импульс развитию висячих мостов.

К 1809 г. в Америке было построено около 40 висячих мостов. В 1814 г. в Лондоне сооружен пешеходный мостик пролетом 32 м, цепи которого составлены из плоских звеньев, соединенных болтами. В 1816 г. впервые цепь была заменена проволочным кабелем.

1820 г., Англия, р. Твид, L = 110 м - первый висячий мост под экипажную езду.

1834 г., в г. Фрейбурге французскими инженерами построен один из выдающихся мостов Европы пролетом 265 м. Мост чрезвычайно живописен, он буквально парит над горной долиной.

1883 г., США, Нью-Йорк, Бруклинский мост, L = 486 м, позволил почти вдвое увеличить мировой рекорд по величине пролета. Пример подлинно монументального сооружения: эффект контраста массивных каменных пилонов и ажурной паутины кабелей, вант, подвесок (три плоскости). Наверное, самый популярный мост у поэтов, художников, писателей - достаточно вспомнить стихотворение В.В. Маяковского "Бруклинский мост".

1895 г., Англия, р. Темза - Тауэрский мост-замок, L = 63 м, - своего рода символ Лондона, его достопримечательность, характерной особенностью которой является сочетание среднего разводного пролетного строения и двух боковых - висячих.

Третий период - нынешний век - характерен бурным развитием висячих мостов, использованием достижений науки и техники.

1903 г., США, г. Нью-Йорк, Вильямсбургский мост, L = 488 м.

1930 г., США, г. Детройт, L = 564 м, первый висячий мост, вышедший на первое место среди всех систем мостов по длине пролета, превзойдя Квебекский мост пролетом 548 м (металлическая консольно-подвесная ферма).

1931 г., США, р. Гудзон, L= 1067 м - первый мост, превзошедший километровый пролет, окончательно закрепивший превосходство висячих систем.

1937 г., США, г. Сан-Франциско, мост Золотые Ворота, L = 1280 м, предмет национальной гордости американцев (на праздновании 50-летия моста в 1987 г. собралось 150 000 человек), получил много призов за красоту, особый эффект от оранжевого кабеля на фоне голубого океана.

1965 г., США, г. Нью-Йорк, мост "Верразано-Нерроуз", L = 1298 м - последний американский мировой рекорд, оставшийся рекордом Америки.

1981 г., Великобритания, пролив Хамбер, L = 1410 м.

Первые висячие мосты в России построены в Петербурге в 1820-1830-е гг.:

1823 г., пешеходный мостик в Екатерингофском парке пролетом 15,2 м;

1824 г., Пантелеймоновский мост через р. Фонтанку у Летнего сада, L = 40 м (разобран в 1905 г. после разрушения соседнего Египетского моста при проходе кавалерийского отряда).

Некоторые пешеходные висячие мостики того периода сохранились до сих пор: Почтамтский (через Мойку), Банковский и Львиный (через канал Грибоедова).

1836 г., г. Брест-Литовск, первый в России висячий мост на проволочных канатах, L = 89 м.

1847 г., г. Киев, р. Днепр, четырехпролетный мост, L = 134 м, разрушен белополяками в 1920 г.

В XX в. на территории СССР построен ряд висячих мостов весьма больших пролетов под трубопроводы (р. Амударья, L = 660 м; р. Днепр, L = 720 м) и временный мост пролетом 874 м через Волгу под конвейерную линию при строительстве ГЭС.

Таблица 1. Самые большие висячие мосты мировой практики

Некоторые сведения о первых вантовых мостах: 1817 г., Англия, пешеходный мост, L = 33,5 м. 1868 г., г. Прага, р. Влтава, L = 146 м, вантовая ферма. 1909 г., Франция, мост Кассагне, L = 156 м, построен инженером Жискляром.

Большое внимание строительству мостов с вантовыми фермами уделялось в 1930-1940 гг. в СССР (р. Магана, L = 80м; р. Сурхоб, L = 120 м; р. Нарын, L = 132 м; р. Заревшан, L = 145 м).

Общие сведения о самых больших висячих мостах мировой практики, в том числе строящихся, приведены в таблице 1.

Стальная радуга мостов

За свою многовековую историю человек постоянно стремился облегчить для себя преодоление водных преград. Усилия инженерной мысли привели к изобретению мостов, конструктивные решения которых постоянно усовершенствовались и становились разнообразнее. Так появились балочные, арочные, рамные, консольные, комбинированные, наплавные и разводные мосты. Особый тип представляют собой висячие мосты. Схема их строения позволяет наиболее легко перекрывать большие пролеты и существенно снижает собственный вес моста.

В классических висячих мостах основные несущие конструкции выполнены из гибких элементов, это могут быть канаты, стальные тросы, цепи или другие подвесные конструкции. Будучи прикрепленными к установленным по берегам пилонам, гибкие несущие элементы поддерживают полотно моста. Однако под действием нагрузки они растягиваются, что уменьшает жесткость моста. Для избежания прогибов современные висячие мосты усиливают в уровне их проезжей части продольными балками или фермами жесткости, распределяющими временную нагрузку и исключающими деформацию проложенных кабелей.

Существует также разновидность висячих мостов, в которых проезжая часть поддерживается фермой из прямолинейных канатов – вантов, по названию которых они получили название – вантовые. В современных вантовых мостах используются стальные, а в отдельных случаях и железобетонные балки жёсткости, поддерживаемые наклонными вантами и опирающиеся на пилоны. Вантовые мосты достаточно легки, по сравнению с арочными, экономичны и находят все большее применение на автомобильных дорогах для перекрытия пролетов, достигающих 300 м.

В России существует не очень много висячих мостов. В Петербурге подобная конструктивная схема была использована при строительстве небольших мостов через Мойку и Фонтанку: Екатерингофского, Египетского, Почтамтского, Банковского, Львиного и др.
Самым же известным российским висячим мостом является Крымский мост через Москва-реку. Свое название мост унаследовал от когда-то существовавшего на месте моста Крымского брода, через который переправлялись татары при набегах на Москву. Построенный в 1938 г., общей длиной в 688 м, он в то время вошел в первую шестерку мостов Европы по длине речного пролета – 168 м. Тип конструкции, который использовали инженер Б. П. Константинов и архитектор А. В. Власов при проектировании Крымского моста, очень редко встречается в мировой практике. Его пилоны стоят отдельно и поверху не соединены. Несмотря на то, что вес металлических конструкций Крымского моста достигает 10 тыс. т, мост кажется очень легким и ажурным. И хотя Крымский мост уже стал одной из визитных карточек нашей столицы, он, с пролетом менее 700 м, в мировой табели о рангах занимает более чем скромное место.

В 1997 г. в Японии между островами Авадзи и Хонсю был построен мост Акаши-Кайкио, который дважды вошел в книгу рекордов Гиннеса, как самый длинный подвесной мост, длина только одного его пролета составляет 1991 м, и как самый высокий мост, так как его пилоны поднимаются на 297 м, что выше девяностоэтажного дома. Общая же протяженность этого уникального трехпролетного сооружения составляет 3910 м. Несмотря на огромные размеры моста, его конструкция достаточно прочна, чтобы выдержать порывы ветра до 80 м в секунду и землетрясения до 8 баллов по шкале Рихтера, которые нередки на Дальнем Востоке. И еще один любопытный факт: если вытянуть в длину все стальные тросы моста Акаши-Кайкио, то ими можно было бы опоясать Землю целых семь раз!

Бруклинский мост, Нью-Йорк, 1883 г. Современный вид

Несущая конструкция - стальные канаты

Самым же знаменитым в мире висячим мостом является американский Бруклинский мост через реку Ист Ривер в Нью-Йорке. Строительство этого моста велось целых 16 лет и было закончено в 1883 г. Тогда он был рекордсменом: имел самый длинный пролет – 486 м и огромный вес – 15 тыс. т. Бруклинский мост – двухуровневый, его первый уровень отдан под шестиполосный автомобильный проезд, а верхний уровень – под пешеходную и велосипедную деревянные дорожки. При строительстве Бруклинского моста впервые в качестве несущей конструкции были применены стальные канаты, что было удивительно для современников. И даже через 50 лет восхищенный поэт В. Маяковский после своего посещения Нью-Йорка назвал его «борьбой за конструкции вместо стилей, расчетом суровым гаек и стали». Некоторое время Бруклинский мост считался «мостом самоубийц», так как с него бросались в воду желавшие покончить с жизнью, потеряв работу во времена великой депрессии. Однако даже подобная недобрая слава не мешает мосту оставаться удивительным примером изобретательной инженерной мысли и притягивать толпы туристов.

Мост "Золотые ворота". Сан-Франциско, 1937 г.

На востоке США, в Калифорнии, находится еще один знаменитый на весь мир висячий мост – «Золотые ворота», построенный в 1937 г., то есть на год раньше московского Крымского моста. Он соединяет два берега одноименного пролива, являющегося входом в самую большую естественную гавань мира – Сан-Франциско. Мост поднят над водой на 250 м, и под ним свободно проходят океанские лайнеры. Это уникальное архитектурное сооружение можно назвать одним из новых чудес света. Ведь при проектировании его конструкции не использовалась никакая вычислительная техника, а все расчеты производились под руководством инженера Й. Штрауса при помощи арифмометров и логарифмических линеек. Архитектор моста И. Морроу использовал при разработке его дизайна элементы стиля арт-деко. С самого начала мост был выкрашен оранжево-красной краской, ведь в состав именно этих красителей входит свинцовый компонент, который защищает сталь от ржавчины. Жители Сан-Франциско шутят, что на мосту постоянно ведутся реставрационные работы, потому что, когда маляры доходят до конца моста, его начало уже снова нуждается в покраске.

Хотя висячие мосты на всех континентах близки между собой с точки зрения инженерных решений, каждый из них остается уникальным образцом архитектуры, имеет свой неповторимый художественный облик и является предметом гордости городов, а то и целых стран.

Крымский мост. Москва, 1938 г. Металлические конструкции

Мост "Акаши-Кайкио". Япония.

Мост "Акаши-Кайкио". Япония.

Особенности архитектуры металлических мостов.

Чугунный арочный мост через р.Северн в Англии, построенный в 1779 г., открыл новую эпоху в истории мирового мостостроения. С этого времени, несмотря на продолжающееся в течение 200 лет строительство каменных мостов, наиболее прогрессивным в мостостроении становится направление по разработке конструкций и методов расчета металлических мостов.

Развитие мостостроения в этот период связано с именем английского инженера Томаса Тельфорда. Главным его сооружением считается висячий металлический мост на р. Мереей в Уэлсе, построенный в 1826 г. Это цепной мост из сварочного железа с пролетом 176,5 м (наибольшим для того времени) имел 16 цепей, несущих проезжую часть шириной 8,5 м. Как все висячие системы он испытывал значительные колебания от ветра. Он несколько раз ремонтировался. В 1939 г. цепи из сварочного железа были заменены стальными кабелями и мост смог выдерживать более тяжелую нагрузку.

В дальнейшем Т. Тельфорд усовершенствовал конструкцию висячих металлических мостов с несущими цепями из сварочного железа и применял ее в Конвейском мосту, построенном в 1826 г. в Англии. Несомненным этапом в истории мостов явилось строительство в 1845 г. инженером У-Т. Кларком моста через Дунай в Будапеште. Мост имел рекордный пролет - 202,4 м при общей длине 400 м и ширине проезжей части с тротуарами 14 м. В этом сооружении получили дальнейшее развитие идеи г.Тельфорда, но уже на базе научных исследований конструкций висячих мостов на специальных моделях. В 1850 г. Р.Стэфенсоном было закончено строительство моста Британия через Менэйский пролив (рис.29). Простота этого сооружения послужила толчком к дальнейшему развитию железных коробчатых ферм. Интересна комбинированная система моста через р.Теймарокол г.Сэлташ в Англии. Совмещение трубчатой арки с цепью привело к появлению фермы рыбообразного очертания. Чугунная параболическая арка эллептического сечения служит здесь верхним поясом фермы, железная цепь - нижним ее поясом, к которому подвешена сплошная балка проезжей части. Балка того же типа служит и верхним строением подходных, эстакад. По своим параметрам мост ко времени завершения строительства - 1858 г. - был одним из крупнейших в мире. Он имел два пролета по 132,6 м, 17 пролетов по 21,2 м и рассчитывался под железнодорожную нагрузку.

Ко второй половине XIX в. сформировались основные системы металлических мостов. Большое распространение получили в этот период решетчатые балочные фермы самых разнообразных очертаний. Они пришли на смену фермам со сплошной стенкой. Широко применялись разрезные, неразрезные и консольно-подвесные системы с параллельными и полигональными поясами.

Во Франции, которая по уровню развития инженерных путей продолжала занимать ведущее место в мире, значительное развитие получили конструкции арочных мостов. К числу выдающихся произведений инженерного искусства следует отнести виадук Гараби, построенный Густавом Эйфелем около г.Сен-Флур в 1884 г. Конструктивно мост представляет собой двухшарнирную серповидную арку, перекрывающую главный пролет и эстакады подходов на слегка суживающихся кверху высоких опорах. Очертания виадука соответствуют распределению усилий в конструкциях и обладают большими художественными достоинствами.

Существенный вклад в развитие большепролетных конструкций внесли североамериканские инженеры, которым часто приходилось строить мосты через широкие полноводные реки. В 1898 г. инженером Л.Бук был построен арочный мост через р.Ниагару с пролетом 256 м. Однако особенное распространение получают в США висячие мосты. За короткий промежуток времени в г. Нью-Йорке строится два висячих моста: в 1883 г. - знаменитый Бруклинский мост с пролетом 486,5 м, а вскоре - Манхеттенский с пролетом 448 м.

Особенности архитектуры железобетонных мостов.

Несколько иной, чем в Европе, была ситуация, в которой развивалось мостостроение Северной Америки. Основными особенностями, определившими типы мостов США и Канады, были: природные условия, т.е. ширина и глубина рек, озер и морских приливов при одновременной близости залегания скальных грунтов; быстрая автомобилизация страны; конкуренция.

Необходимость перекрытия значительных пролетов и пропуска под мостами больших океанских судов с одновременной возможностью опереть фундаменты опор на скальный грунт уже в конце XIX в. привела к строительству в Нью-Йорке двух больших висячих мостов: Бруклинского и Манхеттенского. В дальнейшем это направление продолжало развиваться. В 1931 г. заканчивается строительство моста Георга Вашингтона через р.Гудзон в Нью-Йорке. Его пролет впервые превысил километровую величину и равнялся 1068 м.

Через шесть лет (в 1937 г.) в Сан-Франциско строится мост Голден Гейт (Золотые Ворота), пролет которого 1280 м оставался рекордным до 1964 г.
Архитектора США гораздо медленнее, чем европейские расставались с художественными взглядами эклектики, поэтому архитектурные формы в духе ПХ в. появлялись на американских мостах еще достаточно долго.

В послевоенный период широкое распространение получают железобетонные мосты, что отчасти было вызвано нехваткой металла во многих европейских странах. Железобетон почти полностью вытеснил сталь в мостах малых и средних пролётов и широко применялся при строительстве мостов с величиной пролетов 150-250 м.
Развитие железобетонных мостов характеризуется все большим применением преднапряженных конструкций, использование которых изменило пропорции мостов, сделав их более легкими.

Поиск наиболее рациональной конструктивной схемы, продолжавшийся первые 15 лет послевоенного периода, является основной тенденцией, определившей "лицо" мирового мостостроения в этот период.

Следующим условием, повлиявшим на архитектуру транспортных сооружений, является автомобилизация. Автомобилизация, которая наступила в Европе несколько позднее, чем в США, существенно изменила подход к проектированию мостов, а в соответствии с этим их композиционные и образные характеристики. Прежде всего, следует отметить увеличение ширины мостов, а в некоторых случаях появление мостов с проездом в двух уровнях. Требования безопасности явились одной из причин отказа от строительства арочных автодорожных мостов с ездой понизу. Сильно возросшие потоки автомобилей привели к появлению нескольких новых типов мостовых сооружений и изменению старых элементов мостового перехода. В первую очередь, это отразилось на характере предмостной площади в городах. Современная предмостная площадь представляет собой
сложную транспортную развязку в нескольких уровнях. Ее появление изменило композицию и масштаб самого моста, а также соотношение всего комплекса мостовых сооружений с городом. Одним из примеров современной предмостной транспортной развязки является мост Кингстон, построенный в 1970 г. в г. Глазго. Северинский мост в г. Кёльне (архитектор Г.Ломер) также имеет большую транспортно - пешеходную развязку. Изменение облика предмостной площади придало иную трактовку пространственному построению всего сооружения. Появление на подходах криволинейных эстакад, пандусов обогатило композицию моста, позволило сделать ее более насыщенной. Система развитых подходов обычно располагается на значительном расстоянии от набережной, таким образом мост перестает быть частью только речного фасада, а приобретает более тесную композиционную связь с внутренними кварталами города.

Технология начинает приобретать особое значение с середины 60-х гг. XX в. Явление это носит общий характер и затрагивает не только строительство, но и все остальные виды производственной деятельности. В мостостроении технологический фактор присутствовал всегда. Однако никогда технологический процесс не определял в такой степени конечную форму постройки. Выбор конструкции для моста стал в значительной степени определяться удобством применения той или иной технологической схемы. Процесс строительства оказывает влияние на новые конструктивные разработки; появился термин "технологичная" и "нетехнологичная" конструкция. Одним из современных способов монтажа железобетонных пролетных строений является навесная сборка или ее разновидность при строительстве мостов из монолитного бетона - навесное бетонирование. Ее популярность привела к появлению большого количества рамно-консольных и рамно-подвесных мостов.

Список использованной литературы

1. Краткий исторический очерк развития висячих и вантовых мостов. Бахтин С.А., Овчинников И.Г., Инамов Р.Р.

2. Висячие и вантовые мосты. Проектирование, расчет, особенности конструирования: Учеб. пособие. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1999. 124 с.

3. Цаплин С. А., Висячие мосты, М., 1949; Справочник инженера-дорожника, [т. 6], М., 1964

4. Журнал "Мир металла" , Евгений Игнатьев.

Главная » Значение слов » Сборка вантовых и висячих мостов. Конструкции висячих мостов