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

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

– по типу жесткости вдоль моста – гибкие, жесткие или шарнирно опертые

(рис. 7.11).

в)

Рис. 7.11. Типы пилонов

а – гибкий, б – жесткий, в – шарнирно опертый (используется только при небольших нагрузках)

Гибкие пилоны делают железобетонными или металлическими, шарнирно опертые – металлическими. Жесткие пилоны выполняются, как правило, железобетонными, они хорошо воспринимают изгиб при несимметричном

загружении пролетного строения, однако им требуются широкие промежуточные опоры, поэтому особого распространения такие конструкции не получили.

Следует отметить, что в висячих мостах, для обеспечения постоянной величины распора на всей длине кабеля, необходимо обеспечить продольно-подвижное опирание кабеля на пилоне.

Подвижная
опорная часть	Кабель
Кабель
Кабель
Жесткий пилон	Шарнирно-опертый
Гибкий пилон	пилон

Рис. 7.12. Опирание кабеля на пилон

При жестких пилонах продольно-подвижное опирание кабеля обеспечивается за счет постановки на вершине пилона подвижных опорных частей, в гибких пилонах – за счет гибкости самого пилона, а в шарнирно опертых– за счет качания стоек пилона.

– по типу поперечного сечения пилона – одностоечные, двухстоечные, рамные

или решетчатые, что определяется исходя из длины пролета (определяющей

высоту пилона и величину усилия в нем), ширины моста, количества плоскостей

вант и характера их расположения.

Простейшими схемами пилонов являются одностоечные и двухстоечные (рис. 7.13 а, б, в, 7.14) которые применимы при небольших длинах пролетов. При увеличении длины пролета и ширины моста, основу пилонов составляет рама П-образная (рис. 7.13 г, 7.14), А-образная (рис. 7.13 д, 7.14), ромбовидная (рис.

Алексей Барановский

50

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

7.13 е, 1.18) или решетчатая (рис. 7.13 ж) имеющие значительно большую устойчивость.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

ж)

Рис. 7.13. Пилоны висячих и вантовых мостов

а, б – одностоечный (сокращаются размеры опор), в – двухстоечный, г – рамный П-образный, д – рамный А-образный (пониженная устойчивость пилона), е – ромбовидный (алмазный), ж – решетчатый

в а

если а<0,38в - пилон А-образный если а=(0,38…0,83)в - пилон ромбический

Рис. 7.14. Пилоны мостов (в Италии, в США и во Франции)

– по типу поперечного сечения стоек пилонов определяемому материалом и действующими в пилоне усилиями.

Стойки пилонов чаще всего представляют собой конструкцию прямоугольного сечения с соотношением размеров 1:1 … 1:2, с бóльшим размером ориентированным вдоль оси моста.

Для железобетонных пилонов мостов небольшого пролета, характерны

прямоугольные сплошные или двутавровые сечения стоек, в мостах больших

Алексей Барановский

51

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

пролетов железобетонные стойки – коробчатые. Для металлических пилонов

стойки пилонов коробчатые, усиленные ребрами жесткости (рис. 7.15, 7.16).

Рис. 7.15. Поперечные сечения стоек пилонов

Рис. 7.16. Пространственная модель и блок стойки пилона моста через р. Неву перед монтажом

Поперечное сечение стоек пилона, как правило, меняется по высоте с уменьшением кверху в соответствие с эпюрой усилий.

– по расположению балки жесткости – балка может не прерываясь проходить

сквозь отверстия в пилонах (см. рис. 7.17) (конструкция пилонов при этом усложняется, однако балка непрерывна и усилия в ней выровнены по длине),

Рис. 7.17. Пилоны, имеющие отверстия для пропуска балок жесткости

(на левом рисунке показаны пилоны Крымского моста)

Алексей Барановский

52

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

расположение балки жесткости может быть между стойками пилонов (рис. 7.13 в, 7.18), иногда балку жесткости опирают на ригель А-образного пилона (рис. 7.13 г, д, е, 7.18). В редких случаях пилон может опираться на балку жесткости (рис 7.11 в, 7.13 а, б) в этом случае опоры пилон не касается.

Рис. 7.18. Пилоны висячих мостов (1920-е, 1930-е г.г.)

Отсутствие опирания балки на пилон, способствует выравниванию и снижению изгибающих моментов в балке. При этом продольные силы торможения

воспринимаются вантами и неподвижной опорной частью на одном из концов моста.

Для защиты пилонов современных больших мостов от навала судов, около них насыпают островки (искусственные мели) (рис. 7.19), или устраивают т.н. бамперные системы – подводные демпферы (поплавки) и т.п.

Рис. 7.19. Схема защитного ограждения пилона вантового моста Нормандия

Алексей Барановский

53

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Конструкции пилонов не имеют специфических особенностей, поэтому проектируются индивидуально, а при выборе схемы пилона в первую очередь следует руководствоваться экономическими и архитектурными соображениями (рис. 7.20 и приложения).

Рис. 7.20. Пилоны мостов

(стоечный пилон моста в Англии, арочные пилоны моста в Манчестере и моста пролетом 120 м в Японии, 1996 г.)

Алексей Барановский

54

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

На рис. 7.21 и 7.22 показаны принципиальные схемы анкерных (концевых) опор висячих мостов и фотография пилонов и анкерных опор моста через пролив Большой Бельт в Дании.

Рис. 7.21. Схемы анкерных опор висячих мостов

правая схема иллюстрирует детали заделки цепей Банковского моста через Канал Грибоедова в Санкт-Петербурге

Рис. 7.22. Пилоны и анкерные опоры моста через пролив Большой Бельт, 1998 г. (основной пролет моста 1624 м).

Алексей Барановский

55

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

7.5. Балки жесткости висячих и вантовых мостов

Балки выполняют несколько важных функций: воспринимают временную нагрузку, передавая усилия на ванты или кабель; работают в составе всей системы, увеличивая ее жесткость; воспринимают распор в безраспорных конструкциях.

Балки жесткости работают на изгиб, растяжение (сжатие) и на кручение от

вертикальных и горизонтальных нагрузок и от аэродинамических воздействий.

По материалу балки жесткости проектируются металлическими,

железобетонными или сталежелезобетонными (рис. 7.23).

Рис. 7.23. Типы балок жесткости (металлических железобетонных)

1 – плоскость вант; 2 – поперечные и консольные балки-диафрагмы; 3 – распределительная ферма

Для висячих мостов целесообразно применение металлических балок, как более

легких, что приводит к снижению веса кабеля, пилонов и анкерных опор.

Для вантовых мостов при относительно небольших пролетах 150 … 200 м, целесообразны железобетонные балки жесткости, хорошо воспринимающие сжимающие усилия от вант, однако при пролетах длиной 250 … 450 м и более экономичными оказываются металлические балки. При стальных балках

жесткости, проезжая часть, как правило, устраивается в виде стальной ортотропной плиты или включенной в работу главных балок железобетонной плиты.

Сталежелезобетонные балки позволяют объединить достоинства

металлических (небольшой собственный вес) и железобетонных (высокая

жесткость) конструкций, они применимы при пролетах 200 … 300 м. Однако

сложность представляет обеспечение работы железобетонной плиты в зоне отрицательных моментов при возникновении S-образного прогиба висячей конструкции.

В последнее время в мостостроении успешно применяют сталежелезобетонную плиту, в которой поверх ребристой стальной ортотропной плиты – поддона, укладывают

Алексей Барановский

56

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

монолитную железобетонную плиту небольшой толщины, что дает уменьшение постоянной нагрузки по сравнению с обычной железобетонной плитой, и уменьшение расхода стали по сравнению с обычной ортотропной плитой.

По конструктивным формам балки жесткости изготавливают: в виде двух сплошностенчатых стальных или железобетонных балок, объединенных через 2

… 4 м поперечными балками, на которые опирается плита проезжей части (рис. 7.24 а,

7.25); в виде жестких на кручение стальных или железобетонных коробчатых

балок, расположенных по бокам проезжей части (рис. 2.24 б, в) или посередине моста

(рис. 7.24 г, д); в виде коробчатых балок с наклонными стенками (рис. 7.24 в, е,

ж, 7.26); в виде решетчатых ферм (рис. 2.27 и 2.28).

Ванты или подвески закрепляют непосредственно к балке жесткости (рис. 7.24 а, б, д, ж) или к специальным бортовым балкам (рис. 7.24 в, г, е).

Рис. 7.24. Балки жесткости висячих и вантовых мостов:

а– две плоские балки; б, в – две коробчатые балки; г – одна коробчатая балка с двумя плоскостями подвесок или вант; д – одна коробчатая балка с одной плоскостью вант; е, ж – коробчатые балки с наклонными

стенками

Алексей Барановский

57

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Рис. 7.25. Вид снизу на балку жесткости вантового моста через р. Шексну в г. Череповце

(видны поперечные балки проезжей части и диафрагмы в местах крепления вант)

Рис. 7.26. Севернский мост пролетом 988 м у г. Бристоль в Англии, 1967.

(коробчатое сечение балки жесткости высотой 3,04 м)

Рис. 7.27. Пилон и сечение решетчатой балки жесткости моста Verrazano Narrows

Алексей Барановский

58

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Рис. 7.28. Пилон и решетчатая балка жесткости моста Золотые Ворота

Формы поперечных сечений балок жесткости рассчитанных на два несущих кабеля (две плоскости вант) и одну, как правило, существенно отличаются друг от друга (рис. 7.24).

При одностороннем загружении пролетного строения по ширине моста (рис. 7.29), реакции со стороны подвесок или вант не могут уравновешивать внешнюю нагрузку, силы реакций внешних нагрузок q составляют скручивающий момент (с плечом с). Две отдельные балки плохо воспринимают такой момент, поэтому система из двух несущих балок жесткости соединенных проезжей частью, заменяется одной коробкой.

Рис. 7.29. Схема одностороннего загружения пролетного строения

Алексей Барановский

59