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

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Рис. 1.18. Строительство вантового моста через р. Неву

(снимок осени 2002 г.)

Алексей Барановский

20

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

2. ПРИНЯТАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ

Висячими называют мосты, в пролетных строениях которых главными несущими элементами являются растянутые, гибкие, криволинейные нити (цепи или кабели), поддерживающие с помощью подвесок балку жесткости и передающие усилия на пилоны (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Висячий мост

1 – подвеска; 2 – нить; 3 – оттяжка; 4 – анкерная опора; 5 – пилон; 6 – балка жесткости;

6’ – ферма жесткости; d – панель; f – стрела провисания кабеля; h – высота балки (фермы) жесткости; Hпл – высота пилона; L – пролет моста

Вантовыми называют мосты, пролетные строения которых состоят из балок жесткости и поддерживающих их растянутых, гибких, прямолинейных элементов – вант, закрепленных на пилонах (рис. 2.2). Термин ванты (want)

заимствован из голландского языка: так называли специальные канатные конструкции для крепления мачт и парусной оснастки морских судов

Рис. 2.2. Вантовый мост

1 – оттяжка; 2 – подвеска; 3 – ванты; 4 – анкерная опора; 5 – пилон; 6 – балка жесткости; L – главный пролет моста; L1 – боковой пролет моста

Общим для висячих и вантовых мостов является наличие балки или фермы жесткости, пилонов, оттяжек, анкерных опор и подвесок. Отличием их является форма основного несущего элемента: если это криволинейная нить – мост висячий, если прямолинейные ванты – мост вантовый.

Нити и ванты работают только на растяжение и представляют собой гибкие элементы, однако в некоторых случаях ванты могут быть жесткими.

Алексей Барановский

21

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

3. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ВИСЯЧИХ И ВАНТОВЫХ МОСТОВ

Висячие и вантовые мосты могут успешно конкурировать с мостами других систем при средних и даже малых пролетах, однако основное свое применение они находят в области больших и очень больших пролетов, начиная с пролетов

400…500 м, они не имеют конкуренции и чаще всего, являются единственно возможными конструкциями

Считается, что с экономической точки зрения висячие мосты под автодорогу выгодны начиная с пролетов величиной 130 … 150 м, висячие мосты под железную дорогу – начиная с пролета 480 … 500 м.

Необходимость устройства пролетов большой и сверхбольшой длины обусловлена:

–большими (широкими) судоходными габаритами;

–большой длиной сооружения;

–большой высотой опор сооружения (40 … 60 м);

–большими глубинами воды;

– сложными грунтовыми условиями и т.п.

В табл. 3.1, представлены некоторые данные из опыта мостостроения, проиллюстрированы возможности перекрытия пролетов разной длины конструкциями различных систем (см. также рис. 3.1).

Таблица 3.1.

Мировая практика применения мостов различных систем

Название	Местоположение	Наибольший пролет, м	Год открытия
Балочные мосты
San Mateo-Hayward	США	228.7	1967
Zoo	Германия	259.1	1966
Sava River	Югославия	261.0	1956
Мосты с однопролетными	фермами
Paducah-Brookpor	США	218.3	1929
Metropolis	США	219.5	1917
Chester	США	227.1	1976
Мосты с неразрезными	фермами
Tenmon-Kyo	Япония	300.0	1966
Francis Scott Key	США	365.9	1977
Astoria	США	375.0	1966
Стальные арочные мосты
Sydney Harbor	Австралия	503.0	1932
Kill van Kull	США	503.7	1931
New River Gorge	США	518.3	1977
Консольные мосты
John Barry	США	501.2	1974
Firth of Forth	Шотландия	518.3	1889
Quebec	Канада	548.8	1917

Алексей Барановский

22

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

а)

б)

в)

Рис. 3.1. Мосты различных систем

а– неразрезная ферма моста Astoria, США, б – арочный мост Sydney Harbor, Австралия,

в– консольный мост Firth of Forth, Шотландия

Алексей Барановский

23

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

В настоящее время в мире существует не менее 18 мостов с основным пролетом длиной более 1 км. В табл. 3.2, представлены данные из опыта мостостроения, проиллюстрированы возможности перекрытия пролетов разной длины конструкциями висячей и вантовой системы (более подробное описание

некоторых сооружений содержится в приложении).

Таблица 3.2.

Мировая практика применения мостов висячей и вантовой системы

Название	Местоположение	Наибольший пролет, м	Год открытия
Вантовые мосты
Normandie	Франция	856	1994
Tatara	Япония	890	1999
Dongfang	Китай	900	н.д.
Висячие мосты
Humber	Англия	1410	1981
Storebalt	Дания	1624	1998
Akashi Kakyo	Япония	1991	1998

На графике рис. 3.2, представлена сравнительная схема мостов различных систем по величине перекрываемого пролета.

, м	2000
пролета
	1800
	1600
наибольшего	1400
	1200
	1000
	800
Длина
	600
	400
	200
	0
	Разрезная балка	Неразрезная балка	Разрезная ферма	Неразрезная ферма	Арочная	Консольная	Вантовая	Висячая
							Система моста

Рис. 3.2. Сравнительная схема мостов различных систем

(по величине перекрываемого пролета)

Алексей Барановский

24

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

В табл. 3.3 приведены ориентировочные диапазоны пролетов возможных для висячих и вантовых мостов.

Таблица 3.3.

Возможные диапазоны пролетов висячих и вантовых мостов, м

Назначение моста	Железнодорожный	Автодорожный	Пешеходный	Трубопроводный
Висячий	100…1000(1)	500…3000	100…800	100…1500
Вантовый	400…500	100…1500(2)	60…800	100…800

Примечания:

(1). Для увеличения жесткости системы, в висячих мостах под железную дорогу, стараются выполнить условие значительного превышения постоянной нагрузки над временной, как правило, достигается это, лишь при длине пролета свыше 500 м.

(2). В вантовых автодорожных мостах, перекрытие пролетов до 700 м длиной, возможно при устройстве железобетонных балок жесткости, перекрытие пролетов до 1500 м – при устройстве металлических.

Алексей Барановский

25

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

4. ОСОБЕННОСТИ ВИСЯЧИХ И ВАНТОВЫХ МОСТОВ

4.1. Положительные особенности

1. Возможность перекрытия сверхбольших пролетов (длиной от 500,

практически до 2000 м, теоретически до 3500 м).

2. Высокая экономичность, определяющаяся минимальным расходом материалов и стоимостью на 1 м2 полезной площади моста (экономия по расходу

материалов на пролетное строение в 4 … 5 раз по сравнению с другими системами).

Экономичность висячих и вантовых мостов способствующая уменьшению веса и затрат на их несущие конструкции обусловлена:

– применением в их элементах высокопрочных материалов, которые в четыре -

пять раз прочнее (Rк (проволоки) = 1000 … 1500 МПа, Rу (прокатного металла)=215 … 355 МПа) и

только в два – два с половиной раза дороже обычной конструкционной стали;

– рациональным использованием материалов, кабели и ванты работают полным

сечением и только на растяжение, действующее вдоль оси элемента,

– отсутствием потребности развивать сечения по условиям устойчивости, в

растянутых элементах этого не требуется;

– отсутствием ослабления поперечных сечений несущих элементов, приводящее к

минимуму концентрации напряжений и позволяющее полностью использовать несущую способность материала;

– облегчением сечения балки жесткости, т.к. кабель с подвесками или ванты можно

рассматривать как промежуточные податливые опоры.

Кроме того, в висячих мостах, балка жесткости практически избавлена от работы на собственный вес и воспринимает только временную подвижную нагрузку, вся постоянная нагрузка пролетного строения передается на кабель, а т.к. кабель воспринимает до 80% всей нагрузки – висячую систему можно считать приближающейся к системе наименьшего объема.

3. Возможность использования кабеля или вант для монтажа балки жесткости без использования временных опор (рис. 4.1 … 4.3), т.е. –

простота возведения, при этом существенно сокращаются сроки, трудоемкость и стоимость строительства (здесь следует добавить, что при перевозке, несущие элементы висячих и вантовых мостов, свернутые в бухты, представляют собой весьма компактные

грузы).

Алексей Барановский

26

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Рис. 4.1. Принципиальная схема монтажа балки жесткости вантового моста

(1 – ванты, 2 – блок, 3 – кран)

Рис. 4.2. Монтаж балок жесткости мостов через р. Обь у г. Сургута и Tataketa в Японии

Рис. 4.3. Монтаж балки (фермы) жесткости Квебекского моста

Алексей Барановский

27

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

4. Надежность в случае повреждения балки жесткости. Если в обычной ферме,

выход из строя одного элемента, например нижнего пояса, приведет к разрушению моста, то висячая система может эксплуатироваться при повреждении не одного, а нескольких элементов балки, это связано с тем, что балка жесткости не реагирует на введение

шарниров, а ремонтировать ее можно без перерыва движения по мосту;

5. Разнообразие конструктивных форм, очевидные архитектурноэстетические достоинства, современный вид висячих и вантовых мостов.

4.2. Отрицательные особенности

1. Пониженная жесткость повышенная деформативность по сравнению с мостами других типов.

Малая вертикальная жесткость являющаяся следствием:

– применения высокопрочных материалов с пониженным значением модуля упругости Е (ε = σ / Е);

–геометрической изменяемости главных несущих элементов (кабелей) висячих мостов и провисания вант вантовых мостов;

–отсутствия поперечных связей (см. рис. 4.4) и возможности самостоятельных

колебаний каждого кабеля или цепи, причем особенно опасны изгибные и изгибно-

крутильные колебания, горизонтальные колебания менее опасны;

Рис. 4.4. Деформация под нагрузкой из-за отсутствия поперечных связей

Малая горизонтальная жесткость, являющаяся следствием малой ширины

моста при существенной длине пролета (отношение В/L у висячих и вантовых мостов доходит до 0,02 … 0,01, что на порядок меньше аналогичной величины у других мостов, где В/L ≈ 0,1 … 0,2). Балку жесткости можно сравнить с натянутой струной – весьма чувствительной к любым колебаниям.

Алексей Барановский

28

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

2. Повышенная чувствительность к динамической и ветровой нагрузке (динамическая и аэродинамическая неустойчивость) вытекает из предыдущего

пункта раздела.

3. Значительный расход бетона на сооружение анкерных опор в случае

создания распорной висячей или вантовой системы.

4. Малая стойкость против коррозии несущих элементов – проволок

небольшого диаметра в канатах и вантах, что вынуждает предусматривать специальные мероприятия для предупреждения коррозии (защиту пластмассовыми пленками, оцинковку,

специальные покрытия водоотталкивающими материалами и т. п.).

Алексей Барановский

29