Файлы по мостам / Королёв А.А. Диплом / Дипломы / Архив / Мосты больших пролетов (Курс лекций)

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

9.2.6. Лучевая ферма с повышенным средним узлом

А

О

Л.вл. S АО

Рис. 9.17. Лучевая ферма с повышенным средним узлом

От обычной лучевой фермы рассматриваемая ферма отличается тем, что в целях создания необходимого запаса по растяжению в верхних вантах, средний узел фермы с приподнят над уровнем поясной балки. Этим достигнута возможность ввести в состав фермы, в двух средних панелях, наклонных поясных вант, образующих малый угол с направлением верхних вант (рис. 9.17 а). При этом, однако, ферма становится однажды статически неопределимой.

Ферме можно было бы вернуть свойство статической определимости разрезом поясной балки под средним узлом, но эта балка является ветровым поясом (поясом фермы главных продольных связей), который разрезать нельзя.

Для обеспечения статической определимости фермы при действии постоянной нагрузки, авторами проекта средний шарнир поясной балки вынесен с помощью жестких вертикальных консолей в уровень среднего узла фермы и вводится в действие уже после сборки пролетного строения.

Таким образом, ферма может быть рассчитана на постоянную нагрузку, как статически определимая (поясные балки разрезаны), а на временную вертикальную нагрузку, как однажды статически неопределимая система (поясные балки в месте разреза соединены шарниром).

Для устранения провисания вант ферма снабжена вертикальными подвесками.

Недостатками рассмотренной системы, являются увеличение количества вант,

большое число узлов и высокий конструктивный коэффициент – 1,6 … 1,65.

Алексей Барановский

100

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Среди примеров таких систем следует назвать мост через р. Нарын с пролетом 132 м построенный в СССР.

9.2.7. Двухдисковая ферма с радиальным заполнением дисков

Рис. 9.18. двухдисковая ферма с радиальным заполнением дисков

Схема предложена инженером В.А. Росновским. Основная идея вантовой фермы – получение коротких вант и несложных узлов, особенность – наличие двух жестких элементов «аб», работающих кроме растяжения, также и на сжатие.

Одним из примеров такого сооружения является мост через р. Сурхоб в Средней Азии, имеющий пролет 120 м, построенный в 1935 г.

9.3. Проверка статической определимости радиально-вантовых ферм

Проверка статической определимости вантовых ферм может быть произведена подсчетом соотношения между числом узлов и числом стержней конструкции, включая условные стержни опорных закреплений. При этом число стержней должно быть равно удвоенному числу узлов.

На рисунке 9.19 приведены примеры такого подсчета. В этих примерах стержни перенумерованы, узлы обведены кружками.

Алексей Барановский

101

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Рис. 9.19. К подсчету степени статической определимости

Алексей Барановский

102

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

10. ВАНТОВО-БАЛОЧНЫЕ МОСТЫ

Вантовыми называют мосты, пролетные строения которых состоят из балок жесткости и поддерживающих их растянутых, гибких, прямолинейных элементов – вант, закрепленных на пилонах.

Рис. 10.1. Один из крупнейших вантовых мостов мира – мост Нормандия,

(величина основного пролета 856 м, мост построен во Франции в 1995 г.)

Прообразом вантово-балочных мостов являются мосты с радиально-

вантовыми лучевыми фермами висячей системы, (см. рис. 10.2) предложенные французским инженером Пойе в 90-х годах XVIII в. (Первый

опыт применения таких систем в XVIII – начале XIX в.в. был неудачным, из-за провисания вант и значительных деформаций конструкций происходило большое количество обрушений

этих мостов).

ВАНТЫ

Р

гибкая проезжая часть

Рис. 10.2. Мост с радиально-вантовой лучевой фермой

(если опирание всех опорных частей продольно-подвижное – то это статически определимая конструкция)

Алексей Барановский

103

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Основными недостатками такого решения являлись:

1. Наличие большого количества длинных провисающих вант;

2.Недостаточная жесткость сооружения;

3.Сложность конструкции при большом числе вант;

4.Трудность обеспечения (при тяжелой нагрузке) необходимого запаса по растяжению вант, а следовательно возможность появления в слабо натянутых вантах сжимающих усилий и выключение их из работы.

Отчасти таких недостатков лишены вантовые мосты с балками жесткости – вантово-балочные мосты.

10.1. Особенности вантово-балочных мостов, роль в них балки жесткости

Вантово-балочные мосты (cable-stayed bridge) – это относительно легкие большепролетные балки, поддерживаемые в ряде точек пролета вантами, основное распространение они получили в городских и автодорожных мостах, где на сегодня являются наиболее распространенным типом вантовых мостов.

Роль балки жесткости в вантовых мостах иная, чем в мостах висячих, – в висячих мостах – балка безусловно необходима, – т.к. обеспечивает геометрическую неизменяемость системы, в вантовых же мостах

геометрическая неизменяемость от балки жесткости не зависит т.к. обеспечивается треугольной структурой вантовой фермы (убедиться в этом

можно введя в узлы прикрепления вант шарниры – геометрическая изменяемость системы

– не изменилась!).

Роль балки жесткости в вантово-балочных мостах:

1. Наличие балки, обладающей относительно высокой изгибной жесткостью,

позволяет увеличивать панель вантовой фермы, без увеличения панели проезжей части (d1>>d, см. рис. 10.3);

d 1 >>d

d

		d 1				балка жесткости

Рис. 10.3. Вантово-балочный мост

Алексей Барановский

104

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

2.Наличие балки позволяет (при необходимости) уменьшить число вант в системе (рис. 10.3);

3.Наличие балки позволяет создавать в вантах растягивающие усилия за счет сопротивления балки изгибу;

4.Наличие балки позволяет создавать в вантах дополнительные растягивающие усилия (т.н. запас по растяжению), т.к. сама балка (обладая солидным весом) увеличивает постоянную нагрузку;

5.Натяжением или ослаблением вант можно регулировать распределение

изгибающих моментов в балке – существенно уменьшать значения расчетных моментов, получая экономичное решение системы;

6. В двух-, трех-, и многопролетных мостах можно передавать горизонтальную составляющую усилий в вантах на балку, превращая систему в балочную – внешне-безраспорную (рис. 10.4), что позволяет отказаться от анкерных опор. Однако при этом балка жесткости оказывается в более тяжелых условиях, работая дополнительно на сжатие.

H

V V V V

Рис. 10.4. Внешне-безраспорный вантово-балочный мост

Основное назначение балки жесткости в вантово-балочных мостах заключается в восприятии изгиба в пределах панели вантовой фермы (т.е. работа на местную нагрузку) и равномерном распределении нагрузки между соседними вантами;

С экономической точки зрения балку следует применять как можно менее жесткой.

Алексей Барановский

105

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

10.2. Цели и способы регулирования усилий

Регулирование усилий это совокупность мероприятий обеспечивающих оптимальное распределение внутренних усилий в элементах конструкции.

Регулирование усилий, как правило, сводится к созданию наилучшего очертания огибающей эпюры моментов в балке жесткости, т.к. изменения усилий в вантах получаемые после регулирования не велики.

Регулирование усилий в конструкциях, снижая изгибающие моменты и обеспечивая их равномерность по длине, позволяет рационально расположить материал и снизить его расход, приводя к существенному уменьшению стоимости сооружения.

Применительно к висячим системам, регулирование усилий сводится к тому, чтобы при средней расчетной температуре балка жесткости не работала на изгиб от действия постоянной нагрузки (для этого систему собирают сначала как

статически определимую, устраивая в балке жесткости временные шарниры, см. п. 8).

Применительно к вантовым системам, искусственное регулирование усилий выполняется чаще всего для достижения следующих целей:

1) увеличения натяжения вантовых элементов с целью создания возможности воспринимать сжимающие усилия;

2)увеличения натяжения для повышения приведенной жесткости вантовых элементов;

3)перераспределения внутренних усилий – например для изменения эпюры моментов в изгибаемых элементах системы – в главном пролете балку выгибают

вверх (за счет вертикальных составляющих усилий в вантах) придавая ей дополнительный отрицательный момент (см. рис. 10.5). Однако при этом не следует забывать, что т.о. несколько увеличиваются усилия в вантах и пилоне.

Рис. 10.5. Регулирование усилий в балке жесткости

Алексей Барановский

106

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Обычно регулирование усилий проводят до пуска сооружения в эксплуатацию.

Последующее регулирование усилий может понадобиться:

1) если при монтаже не удалось добиться оптимального напряженного состояния балки жесткости;

2)если надо проводить дополнительное регулирование после протекания усадки и ползучести бетона (для железобетонных балок);

3)если по окончании монтажа обнаружены неточности в усилиях в вантах и балках по сравнению с проектными.

Способы создания предварительного напряжения в системе достаточно разнообразны, однако их можно разбить на две принципиально различающиеся друг от друга группы:

1) создание предварительного напряжения, сохраняющегося в ненагруженном состоянии за счет самонапряжений возможных в статически неопределимой

системе. В этом случае напряжение создается либо путем регулировки длин, углов поворота, положений опор и т. п., либо за счет временного пригруза различных элементов несобранной еще системы и замыкания ее под нагрузкой (временный пригруз после замыкания системы, как правило, удаляется).

2) создание предварительного натяжения путем включения в систему некоторой постоянной нагрузки, чаще всего собственного веса конструкции или специального балласта.

Создание предварительного напряжения путем использования приемов первой группы возможно только для статически неопределимых систем, в то время как приемы второй группы могут применяться для любых систем, однако недостатком является то, что при этом в системе возникает перегрузка, создаваемая системой балластных грузов.

Обычно регулирования усилий в вантовых системах добиваются подтяжкой вант домкратами (см. рис. 10.6), находящимися на пилоне или на балке жесткости, либо поддомкрачивая балку временными опорами.

Рис. 10.6. Натяжение вант моста Нормандия

Алексей Барановский

107

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Контроль величин усилий в канатах можно проводить:

1)торировочными монометрами включенными в сеть маслопровода домкратов;

2)по провесу канатов;

3) по собственной частоте колебаний каната:	τ =	2	n	L	×	N
			×			m

здесь:

n – число полуволн возбуждаемых колебаний на весь пролет каната n=1;

L – длина каната между закреплениями минус 1 … 2 м для исключения жестких участков у опор; N – натяжение каната, т;

m = P/g – погонная масса каната, т× сек2/м2 ; Р – погонный вес каната, т/м;

g – ускорение силы тяжести, м/сек2.

Учитывая	N=4×τ 2× L2× m,		если отсчитать время tк для определенного количества полных колебаний
			1		4		2
(обычно к=50), тогда:		N =		× 10		×	L	× m ,
			t502

здесь:

t50 – замеренное время 50 колебаний каната, сек.

10.3. Схемы вантово-балочных мостов

Современные вантово-балочные мосты характеризуются большим разнообразием систем, размеров и способов расположения вант.

Ранее классификация вантовых мостов рассматривалась в разделе 6.

Как все вантовые мосты, вантово-балочные можно классифицировать:

1. По назначению (железнодорожные, автодорожные, городские, пешеходные, трубопроводные и совмещенные);

2.По числу пролетов (двухпролетные, трехпролетные и многопролетные);

3.По материалу балки жесткости (металлические, железобетонные и

сталежелезобетонные);

4.По материалу вант (с гибкими или жесткими вантами);

5.По восприятию распора (распорные или безраспорные);

6.По числу плоскостей вант (схеме поперечного сечения) (с двумя вертикально

поставленными плоскостями вант, с двумя наклонно поставленными плоскостями вант, с одной плоскостью вант или тремя плоскостями вант);

7. По геометрической схеме расположения вант (с общим опиранием вант на

пилонах и радиальным расположением – пучок, с раздельным опиранием вант на пилонах и непараллельным расположением (ярусно-расходящаяся) – веер, с раздельным опиранием и

Алексей Барановский

108

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

параллельным расположением (ярусно-параллельная) – арфа, а также схемы (ярусносходящаяся) – звезда и смешанная).

Ниже рассмотрены некоторые разделы классификации (по числу пролетов и по схеме расположения вант) в частности вантово-балочные мосты по числу пролетов принято делить на двухпролетные с равными или неравными пролетами, трехпролетные и многопролетные.

10.3.1. Двухпролетные мосты с равными пролетами

	h б =2 м
	1/52хL (много!)	п
q		h
	α
В п	d
L	L
104	104
Рис. 10.7. Схема двухпролетного моста с равными пролетами
(на примере моста Сент-Флоран-ле-Вьен через р. Луару во Франции)

Для данной системы имеем:

величина основного пролета			Lmax = 100 … 130 … 150 м;
высота пилона	hп = (1/3 … ¼)L;
ширина пилона по фасаду		bn =	(	1	....			1		)×	hn ;
							15
			12
высота балки жесткости			hб =			(	1		...		1	...	1	)× L (следует отметить, что по
							50				120		150

условиям перевозки нецелесообразна высота балок более 3,6 м для любых пролетов и нагрузок);

число вант с одной стороны пилона			от 3 и более;
величина панели	d = 5 … 15,	10 … 40		м (при железобетонной балке);
величина панели	d = 10 … 20,		50 … 80 м (при металлической балке);
углы наклона вант (как правило)		(20 … 80)° ;
минимальный угол наклона крайней ванты				(22 … 25)° .

Алексей Барановский

109