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

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

При назначении размеров балок жесткости – ширина определяется габаритом проезда, шириной тротуаров, шириной разделительной и защитных полос, шириной вант (подвесок) (не менее 0,5 м), а в некоторых случаях – и шириной

стоек пилонов. Ванты (подвески) крепят к балке жесткости вне проезжей части в пределах разделительной полосы, между тротуарами и ограждением поезда или за перилами (рис. 7.4).

Высота балок жесткости относительно основного пролета обычно составляет:

–1/60 … 1/80 – при пролетах 100 … 150 м и одностенчатых металлических балках с железобетонной плитой проезжей части;

–1/80 … 1/100 – при пролетах 150 … 250 м и цельнометаллических балках с ортотропной плитой (см. рис. 7.26);

–1/100 … 1/120 – при пролетах 250 … 300 м и балках замкнутого коробчатого сечения обтекаемой формы;

–при пролетах свыше 300 м балки, как правило, делают решетчатыми.

Здесь необходимо отметить, что коробчатые балки обладают большой крутильной и изгибной жесткостью, одинаково хорошо приспособлены к восприятию как положительных, так и отрицательных моментов, обладают хорошими аэродинамическими качествами (особенно при наклонных стенках), архитектурно современны, монтажные блоки удобны (устойчивы) как при транспортировке, так и на монтаже.

Постоянная нагрузка в мостах больших пролетов, может существенно превышать временную, создавая значительное натяжение цепи, в этих условиях, временной нагрузке становится труднее изменить форму равновесия цепи, поэтому с ростом пролета моста относительную высоту балки жесткости можно принимать меньшей.

Американский инженер Д. Штейнман предложил следующие критерии назначения высоты балки жесткости и ее изгибной жесткости:

hб≥ 0,001× L× (8,33+0,0033× L),

EI ≥ 0,737× B × L4 , 10000× f

здесь:

L – основной пролет моста;

В – расстояние между крайними балками (фермами) поперек моста, м; f – стрела провисания кабеля, м.

Алексей Барановский

60

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Для назначения высоты балок жесткости не установленных рекомендаций, а соотношение величины основного пролета может колебаться

Босфор, рис. 7.30 и приложения).

имеется каких-либо строго высоты балки жесткости и от 1/20 до 1/358 (мост через

Рис. 7.30. Мост через пролив Босфор в Стамбуле (Турция)

Алексей Барановский

61

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Лекция 3 СИСТЕМЫ ВИСЯЧИХ МОСТОВ

8.СИСТЕМЫ ВИСЯЧИХ МОСТОВ С БАЛКАМИ ЖЕСТКОСТИ

8.1.Однопролетные висячие мосты

8.2.Двухпролетные висячие мосты

8.3.Трехпролетные висячие мосты

8.4.Многопролетные висячие мосты

8.5.Меры повышения жесткости многопролетных висячих мостов

8.6.Безраспорные висячие мосты с балкой жесткости

8.7.Особенности применения железобетонных балок жесткости

8.8.Дополнительные меры повышения жесткости висячих мостов

Алексей Барановский

62

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

8. СИСТЕМЫ ВИСЯЧИХ МОСТОВ С БАЛКАМИ ЖЕСТКОСТИ

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

Рис. 8.1. Крупнейший висячий мост мира – мост Akashi Kaikyo в Японии

Основной особенностью висячих мостов является то, что их главный несущий

элемент – свободно провисающая нить (кабель) – является системой геометрически изменяемой. Кабель не может воспринимать сжимающих усилий, т.к. при этом теряет устойчивость, из-за этого обстоятельства, висячие системы обладают пониженной жесткостью.

Анализируя работу кабелей висячих мостов, следует отметить:

1. Загружение кабеля сосредоточенной силой и загружение равномерно распределенной по длине нагрузкой, дает в результате различные формы равновесия висячей системы (см. рис. 8.2).

Алексей Барановский

63

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

а)

б)

в)

Р 3

Р 1

Р 2

Р 2

δ 1

δ 2

δ 3

2Р 2 =Р 1

δ 2 <δ 1

Σ Р 3 =Р 1

δ 3 <<δ 1

Рис. 8.2. Схемы работы кабеля под различными нагрузками

а– модель сосредоточенного воздействия временной нагрузки,

в– модель воздействия распределенной нагрузки от собственного веса.

Учитывая уменьшение общих перемещений кабеля при равномерном распределении нагрузки по его длине (рис. 8.2 а и 8.2 в), можно сделать вывод:

в висячих сооружениях необходимо иметь соотношение нагрузок в пользу равномерно распределенных, к ним, прежде всего, следует отнести

собственный вес (при больших пролетах (и, следовательно, большом весе сооружения), доля сосредоточенной временной нагрузки будет относительно мала). В уровне

проезжей части висячих мостов, следует применять балку жесткости,

способствующую равномерной передаче нагрузок на кабель (причем влияние балки

на кабель зависит от ее жесткости, чем выше жесткость балки, тем меньше перемещения кабеля, однако очень жесткие балки применять нецелесообразно т.к. дорого).

2. Загружение половины пролета висячей системы вызывает S-образный прогиб (см. рис. 8.3).

q

При наличии б.ж. При отсутствии б.ж.

Рис. 8.3. Схема S-образного прогиба висячей системы

Под действием нагрузки левая часть моста (балки жесткости) прогибается, вслед за ней опускается вниз левая часть кабеля, в этот момент срабатывает т.н. «эффект нити»: правая часть кабеля распрямляется, поднимается вверх и через подвески заставляет изгибаться вверх балку.

При применении балки жесткости, удается снизить величину S-образного

прогиба (см. рис. 8.3), (причем влияние балки на кабель, также как и в предыдущем случае, зависит от жесткости ее на изгиб, чем выше жесткость, тем меньше перемещения кабеля, однако очень жесткие балки применять нецелесообразно т.к. дорого)

Алексей Барановский

64

изменяемости)

(геометрической

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Выше отмечалось, что применение мощных жестких балок является затратным и дорогостоящим решением, увеличить экономичность системы, можно разгрузив балку жесткости от действия постоянной нагрузки, передав ее собственный вес на кабель целиком. Для этого на период строительства в конструкцию вводят временные шарниры (см. рис. 8.4), после окончания строительства шарниры заглушают. При таком решении на

балку, как правило, передается не более 2 … 5% нагрузок, остальные воспринимает кабель.

Монтажный шарнир

Рис. 8.4. Схема освобождения балки от действия постоянной нагрузки в период строительства

На сегодняшний день, висячие мосты с балкой жесткости являются наиболее распространенным типом висячих мостов.

Балка, непосредственно воспринимает и распределяет временную нагрузку более равномерно по длине провисающей нити см. рис. 8.2, что приводит к ограничению (уменьшению) геометрической нелинейности

кабеля.

Висячие мосты с балками жесткости (комбинированные висячие мосты) делятся на одно, двух, трех и многопролетные.

8.1. Однопролетные висячие мосты

Рис. 8.5. Однопролетный висячий мост в горах

Алексей Барановский

65

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

ϕ	0	ϕ
		hп	f

b п

h б

h

d

L

Шарнирно-подвижное опирание кабеля на пилонах

Рис. 8.6. Принципиальная схема однопролетного висячего моста

Для данной системы мостов:

величина пролета

Lmax = 200 … 300 м;

стрела провисания кабеля

f =

(

1 ...

1

)×

L ,

чаще

f = (1...

1

)× L ;

12

12

4×

f ×

X

7

8

очертание кабеля

y =

i

×

(L − X i )

– квадратная парабола;

2

1

L

1

величина панели

d =

(

....

)

×

L ,

или чаще

d = 10 … 15 м;

25

20

Для железобетонных систем d = 5 … 8 м, для металлических – d = 10 … 20 м. Увеличение длины панели, приводит к сокращению узлов, однако при этом возрастают усилия в подвесках, и утяжеляется проезжая часть

	высота балки жесткости	hб =	(	1	....	1	)× L , чаще	hб =	(	1	....	1	)× L ;
				80		200				60		120

С увеличением пролета, относительная высота балки жесткости, как правило, уменьшается.

Севернский мост в Англии (рис. 7.26) при пролете 985 м имеет коробчатую балку высотой 3,04 м (1/325× L), пролет Фортского моста в Англии (рис. 1.7) – 1000 м – почти равен пролету Севернского, Фортский мост имеет две фермы жесткости высотой 8,25 м (в 2,7 раза выше чем коробка Севернского), однако вертикальная жесткость этих мостов одинакова.

	ширина пилона	bn =	(	1	....	1	)× hn ;
				25		35
	высота пилона	hп = hб+h+f,

здесь h = (0,05 … 0,1)× f, но не менее 2,5 …3 м – в мостах с вертикальными подвесками, и h = (0,2 … 0,25)× f – с подвесками наклонными.

Алексей Барановский

66

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Шарнирно-подвижное опирание обеспечивает при ϕ = ϕ 0 одинаковое максимальное усилие

в цепи и оттяжке (тангенс угла наклона оттяжки к горизонту равен tgϕ = 4× f ). L

Шарнирно-подвижное опирание достигается за счет устройства на вершине пилона подвижных опорных частей (см. рис. 8.6), шарнирного опирания пилона на устой или за счет гибкости высокого металлического пилона, закрепленного на устое.

При проектировании, стрелу подъема продольного профиля проезда ∆ из условий компенсации прогиба от временной нагрузки, изменения температуры и ползучести канатов назначают обычно около 1/200× L, см. рис. 8.7.

Рис. 8.7. Схема стрелы подъема однопролетного висячего моста

Однопролетные висячие системы всегда являются распорными, требуют

устройства анкерных опор и применяются, как правило, для конструкций

легких, небольших пролетов.

В практике мостостроения имеются примеры однопролетных мостов, которые можно отнести к т.н. беспилонным висячим системам – это ленточные висячие мосты (мост-лента), где проезжая часть совмещена с основными несущими элементами (см. рис. 8.8).

Рис. 8.8. Пешеходный мост-лента пролетом 40 м в Швейцарии

(общие виды, конструкции крепления плиты прохода и анкеровки пролетного строения)

Алексей Барановский

67

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

Для устройства проезда (прохода), пролетное строение таких мостов имеет очень небольшую стрелу прогиба (1/200 … 1/300)× L (см. рис. 8.8 и 8.9). Здесь

следует отметить, что чем меньше стрела прогиба, тем больше величина распора в системе и тем больше растягивающие напряжения, поэтому ленточные системы, как правило, характеризуются очень большим распором.

f (ПРОГИБ)

L

Рис. 8.9. Схема стрелы подъема моста-ленты

8.2. Двухпролетные висячие мосты
y
	f	Качающаяся
		стойка
L	L

Рис. 8.10. Принципиальная схема двухпролетного висячего моста

Двухпролетные висячие системы (рис. 8.10) не получили широкого распространения, т.к. они обладают менее приемлемым внешним видом и являются менее экономичными по сравнению с однопролетными висячими системами.

Менее экономичны они потому, что в них естественным образом уменьшается стрела провисания кабеля, поэтому величина изгибающего момента в балке жесткости имеет бóльшие значения: Мб.ж. = Мох – Н× у,

здесь:

Мох – момент в разрезной балке; Н – распор;

у – стрела провисания кабеля в рассматриваемом сечении.

(для формулы, приведенной выше, особенно актуален т.н. закон больших чисел: 102 – 101 = 1, а 102 – 100 = 2 – разница вторых слагаемых 1%, а разница результатов 50%).

Алексей Барановский

68

МОСТЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ (курс лекций)

8.3. Трехпролетные висячие мосты

Трехпролетные висячие мосты различают:

–по соотношению длин пролетов (и способу их закрепления);

–по типу балок жесткости (разрезные, неразрезные).

Трехпролетные мосты с разрезными балками жесткости

а) Мосты с подвешиванием к кабелю боковых пролетов, устраивают при соотношении 0,25×L2 < L1 ≤ 0,5× L2 . Принципиальная схема такого моста показана на рис. 8.11.

		Шарнирно -
f 1	f 2	подвижное
		опирание

L 1

L 2

L 1

Рис. 8.11. Схема моста с подвешенными боковыми пролетами

Для обеспечения равенства Н1=Н2,

q

×

L2

q ×

L2

т.е.

L2

L2

имеем

f

f

L2

1

=

2

1

=

2

1

=

2

×

1

8

×

f

1

8×

f

2

f

1

f

2

L2

2

здесь:

f1, f2 – стрелки провисания кабеля в крайних и среднем пролетах.

б) Мосты с не подвешиванием к кабелю боковых пролетов устраивают при соотношении L1 ≤ 0,25× L2 . Принципиальная схема и фотография такого моста показаны на рис. 8.12 и 7.30. С точки зрения статической работы висячая часть системы аналогична однопролетной висячей схеме.

L 1

L 2

L 1

Рис. 8.12. Схема моста с не подвешенными боковыми пролетами

Алексей Барановский

69