16 Основные системы железобетонных мостов

В современном мостостроении железобетонные мосты получили широкое применение при малых, средних и даже больших проле¬тах. В них применяются разнообразные конструктивные решения и статические схемы: балочные, рамные, арочные и комбинированные. Наибольшее распространение получили балочные мосты с ис-пользованием разрезных, неразрезных и консольных систем. Ба¬лочные разрезные системы (рис. 2.12, а) используют для пе¬рекрытия небольших пролетов (6-42 м). Неразрезные балочные мосты (рис. 2.12, б) применяют при пролетах от 30-40 до 100- 130 м. Не раз резная система характеризуется большей жесткостью и меньшей деформативностью пролетного строения от временных нагрузок. Однако применение неразрезной системы возможно только при достаточно прочных грунтах в основании опор. Осадка опор в балочных неразрезных пролетных строениях может вызвать появление значительных дополнительных усилий и служить причиной разрушения моста. В консольных системах (рис. 2.12, в) подвесные про¬летные строения пролетом l1 опираются на консоли l2 основных пролетных строений. По распределению усилий консольные систе¬мы близки к неразрезным, однако имеют меньшую жесткость и под нагрузкой дают переломы упругой линии в местах сопряжения подвесных пролетных строений с консолями. Вследствие статиче¬ской определимости консольной системы осадки опор не вызывают в пролетных строениях дополнительных усилий. Опоры неразрез¬ных и консольных мостов вследствие размещения на них по одной опорной части и центрального их загружения имеют меньшую ширину, чем опоры разрезных мостов. Простейшие рамные системы мостов (рис. 2.12, г) приме¬няют при пролетах 30-60 м. Ввиду совместной работы пролетных строений с опорами изгибающие моменты в пролетных строениях уменьшаются. Это позволяет уменьшить строительную высоту про¬летных строений. Весьма широкое распространение получают рам¬ные мосты с наклонными стойками                  (рис. 2.12, д).   Рис. 2.12. Балочные и рамные мосты   Рис. 2.13. Рамно-балочная и рамно-консольная системы мостов В последние годы получили распространение мосты из Т-образ¬ных рам: рамно-балочные и рамно-консольные. Рамно-балочные системы (рис. 2.13, а) мостов получаются из рамных и подвесных пролетных строений, шарнирно опертых на консоли рам. Пролеты таких систем могут быть в пределах от 40 до 150 м. В ригелях Т-образных рам возникают только отрицательные изги¬бающие моменты, а в подвесных разрезных пролетных строениях - только положительные. Опоры этих рам от действия вертикальных нагрузок передают на основание вертикальную силу и изгибающий момент. В рамно-консольных системах Т-образные рамы шарнирно свя¬заны между собой (рис. 2.13, б). Такие системы применяют для пролетов 60-200 м. Опоры мостов этой системы передают на осно¬вание еще и горизонтальную силу. Консоли рам могут быть омоноличены, в этом случае получается многопролетная рамная система с пролетами до 250 м. Рассмотренные рамные системы представляется возможным возводить навесным бетонированием или навесным монтажом. В России построены также мосты особой рамно-консольной системы (рис. 2.13, в), Т-образные рамы которых состоят из двух полуарок, связанных затяжкой в уровне проезжей части. Т-образ¬ные рамы шарлирно связаны между собой в середине пролета. В мостах такой конструкции применены пролеты 90-120 м. При прочных грунтах в основании опор возможно применение мостов арочных систем (рис. 2.14, а). Арками железобетон¬ных мостов перекрывались пролеты от 50 до 390 м. Опоры этих мостов воспринимают значительные горизонтальные составляющие реакций, что требует развития фундаментов. Сами арки работают преимущественно на сжатие, прочность железобетона в них ис¬пользуется весьма эффективно.   Рис. 2.14. Мосты арочной и вантовой систем В последние годы находят применение вантовые системы (рис. 2.14, б). Они представляют собой неразрезные балки, под¬держиваемые наклонными вантами, закрепленными на вершинах вертикальных пилонов опор. Ванты работают только на растяже¬ние, они создают упругие опоры для балки жесткости, что облег¬чает ее работу. Пилоны работают в основном на сжатие. Пролеты мостов такой системы в настоящее время составляют 50-400 м. Современные железобетонные мосты сооружают как монолит¬ными, так и сборными. Монолитные мосты строят различными спо¬собами с использованием инвентарной металлической опалубки. Сборные мосты монтируют из элементов, изготовленных на заводе или полигоне. Монолитные мосты более надежны, но темпы их строительства ниже, чем сборных. Их целесообразно использовать при больших пролетах. Применение сборных мостов позволяет увеличить темпы строительства, уменьшить трудоемкость работ на объекте. 2.6.1. Виды балочных мостов и области их применения В настоящее время железобетонные балочные мосты по общей их протяженности составляют более ¾ общей протяженности всех автодорожных мостов. По принятой для мостов классификации балочные железобе¬тонные мосты различают: •    по статистической схеме - разрезные, температурно-неразрезные, неразрезные и консольные; •    по расположению уровня проезда -с ездой поверху и понизу; •    по типу несущей конструкции - с плитными (рис. 2.15, а), ребристыми (рис. 2.15, б, в, г), плитно-ребристыми (рис. 2.15, д), коробчатыми (рис. 2.15, е, ж) и сквозными (рис. 2.15, и) пролет¬ными строениями; •    по способу армирования - с ненапрягаемой и предварительно напрягаемой арматурой; •    по способу производства работ - из монолитного, сборно-моно¬литного и сборного железобетона.   Рис. 2.15. Поперечные сечения пролетных строений балочных мостов: а - плитных; б, в, г - ребристых; д - плитно-ребристых;  е, ж - коробчатых; з - со сплош¬ными главными балками с ездой понизу;  и - со сквозными главными балками с ездой понизу 2.6.2. Виды рамных мостов При жестком соединении пролетного строения с опорами полу¬чается мост рамной системы. Опоры рамных мостов работают не только на сжатие, но и на изгиб, что позволяет уменьшить изги¬бающие моменты в пролетном строении и его высоту. Опоры рам¬ных мостов небольших пролетов имеют небольшие поперечные се¬чения из-за их интенсивного армирования, не загромождают подмостовое пространство. Это позволяет широко применять рамные мосты в путепроводах и эстакадах. Рамные мосты возводят бесшарнирными и двухшарнирными. Бесшарнирные применяют в случаях, когда нет опасности осадки опор. При слабых грунтах применяют двухшарнирные рамные мо¬сты, в меньшей мере реагирующие на осадку опор. Шарниры устраивают в местах сопряжения стоек с фундаментами, они усложняют несущую конструкцию и производство работ. Рамные мосты возводят монолитными и сборными в области малых (15-30 м) и больших (до 200 м) пролетов. Рамные мосты небольших пролетов применяют редко и возво¬дят в основном монолитными из ненапрягаемого железобетона, В мостах на автомобильных дорогах нашли применение следую¬щие виды этих рамных мостов: однопролетные консольнорамные бесшарнирные с гибкими стойками (рис. 2.16, а), двухшарнирные.  Консоли (см. рис. 2.16, а) разгружают главные балки, умень¬шают изгибающие моменты в ригелях и в стойках и позволяют осуществить более простое сопряжение моста с насыпью. В бес¬консольных рамах (см. рис. 2.16, д, е) опоры выполняют ребри¬стыми с откосными крыльями, обеспечивающими сопряжение моста с насыпью. Однако в этом случае требуется и переходная плита. Бесшарнирное закрепление опор у фундамента обеспечивается (см. рис. 2.16, е) массой грунта, заполняющего пазухи устоя.   Рис. 2.16. Виды рамных мостов малых пролетов Для предотвращения значительных горизонтальных усилий от температурных деформаций в многопролетных рамных мостах че¬рез 50-70 м устраивают деформационные швы с помощью при¬менения балочного подвесного пролетного строения (см. рис. 2.16, ж) между рамами длиной          l1= (0,30,6)l или же с помощью швов между сближенными опорами соседних неразрезных секций длиной l (рис. 2.16, з). Рамные мосты средних и больших пролетов (60-200 м) могут быть монолитными или сборными, их возводят навесным бетони¬рованием или навесной сборкой. Основой таких мостов служат Т-образные рамы с жесткой заделкой опоры в основании. Они позволяют создать рамно-неразрезные (рис. 2.17, а) или рамно-консольные системы при жестком или шарнирном соединении кон¬солей, а также рамно-балочную систему при использовании подвес¬ных пролетов (рис.2.17, б). В рамных мостах больших пролетов применяют также рамную систему с наклонными стойками, получившую название «бегущая лань» (рис. 2.17, в). За рубежом в мостах при пролетах до 80 м использовались также рамные системы со стойками (рис. 2.17, г) в виде шпренгельных треугольников: вертикальный элемент стой¬ки работает на сжатие, он шарнирно связан с пролетным строени¬ем, наклонный элемент работает на растяжение, он выполнен пред¬варительно напряженным.   Рис. 2.17. Виды рамных мостов средних и больших пролетов Есть также примеры использования в рамно-подвесных мостах при пролетах до 85 м V- или Х-образных опор (рис. 2.17, д), позво¬ляющих применять большие длины ригеля, обеспечить работу эле¬ментов опоры в основном на осевые усилия и выполнять опоры сборными. 2.6.3. Виды арочных мостов и области их применения Основными несущими элементами железобетонных арочных мостов являются арки или цилиндрические своды, концы которых закрепляются на опорах так, что они не могут перемещаться не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлениях. В свя¬зи с этим при воздействии вертикальных нагрузок на опорах этих элементов возникают, кроме вертикальных, еще и горизонтальные реакции - распор. При рациональном использовании распора представляется возможным значительно уменьшить изгибающие моменты в сечениях элементов, обеспечить работу их в основном на сжатие. Это позволяет эффективно использовать бетон высокой прочности. Пролетные строения арочных мостов отличаются меньшими расходами материалов и архитектурными достоинствами по срав¬нению с балочными пролетными строениями. Однако арочные мо¬сты строят реже других систем из-за сложности их монтажа и осо¬бых требований к опорам для них. Необходимость передачи распо¬ра значительно усложняет конструкцию и размеры опор. В связи с этим арочные мосты оказываются экономически эффективными при строительстве на скальных грунтах, не требующих устройства специальных массивных опор. Арочные железобетонные мосты оказалось выгодным строить через горные реки и ущелья в республи¬ках Закавказья. Их применяют при пролетах 60 м и более. Основными параметрами арочных мостов являются пролет l, стрела подъема f, а также их отношение f/l. Для железобетонных мостов величина f/l обычно составляет 1/6-1/14. Виды арочных мостов. Арочные железобетонные мосты разли-чаются по статическим схемам, расположению уровня проезда, по конструкции арочной части и способам возведения. По статической схеме они могут быть бесшарнирными, двух- и трехшарнирными. В бесшарнирных мостах (рис. 2.18, а) арки или своды жестко соединены с опорами и оказываются трижды статически неопреде¬лимыми. Вследствие этого в них возникают дополнительные уси¬лия от неравномерных осадок опор, температурных колебаний, от усадки и ползучести бетона. В больших пролетах в связи с увели¬чением относительной гибкости влияние этих факторов снижается. Бесшарнирные арки наиболее просты в конструктивном отно¬шении, обладают большей жесткостью по сравнению с шарнирны¬ми. Кроме того, их конструкция позволяет затоплять пяты высокой водой, что позволяет понизить арку и уменьшить объем работ по устройству подходов. Трехшарнирные арочные мосты (рис. 2.18, в) статически опре-делимы, в них не возникают дополнительные усилия от осадок опор, колебаний температуры, ползучести и усадки бетона, поэтому их можно применять в условиях, когда существует опасность проса¬док опор. Наличие трех шарниров дает возможность возведения мостов из сборных элементов, но усложняет конструкцию и снижа¬ет ее жесткость.   Рис. 2.18. Виды арочных мостов по статической схеме: а - бесшарнирные; б - двухшарнирные; в - трехшарнирные; 1 - шарнир   Рис. 2.19. Виды арочных мостов по уровню проезжей части: 1- надарочные  стойки;   2- арка;  3 - конструкция  проезжей  части;  4 - подвески;    5 - жесткая арка; 6 - затяжка Двухшарнирные мосты (рис. 2.18, б) однажды статически не-определимы. Они в меньшей мере подвержены возникновению до-полнительных усилий, чем бесшарнирные, но их конструкция усложняется наличием двух шарниров. По уровню расположения проезда арочные мосты могут быть с ездой поверху, посередине и понизу. Арочные мосты с ездой поверху (рис. 2.19, а) выгодно возво¬дить через горные реки и ущелья. Проезжая часть в них поддер¬живается стойками (или стенками), опирающимися на арки (сво¬ды). Над равнинными реками строят мосты с ездой понизу (рис. 2.19, в), В них проезжая часть подвешивается к аркам, что спо¬собствует уменьшению строительной высоты моста. В мостах с ездой посередине (рис. 2.19, б) в средней части про¬лета проезжая часть находится ниже оси арки, она поддержива¬ется подвесками, у опор находится выше оси арки и поддержива¬ется стойками. По способам возведения арочные мосты могут быть монолит¬ными, сборными и сборно-монолитными. В зависимости от конструкции арочной части различают конст-рукции мостов со сводами, из арочных дисков и с раздельными арками