Конструкции металлических арочных мостов
Обновлено: 21.09.2024
В больших пролетах, характерных для арочных мостов, сплошностенчатые жесткие арки делают коробчатого или трубчатого сечения. Характерны сварные двухстенчатые коробчатые сечения арок из четырех листов (рис. 29.4,а), обычно значительно превосходящие своими размерами сечения поясов балочных решетчатых ферм. Сечения таких арок полностью замкнутые, без перфораций, внутри сечений обеспечивается проход для сварки, окраски и обследований. В диафрагмах, необходимых для обеспечения неизменяемости и устойчивости сечения, устраивают соответствующие лазы шириной не менее 0,5 м.
На одном из бельгийских арочных мостов арки имеют коробчатое сечение из двух разрезанных прокатных двутавров со вставками стенок (рис. 29.4, в). Двутавры соединены верхним покрывающим листом, продольной диафрагмой в уровне примыкания связей и поперечными диафрагмами.
На мосту пролетом 330 м через водохранилище р. Влтавы в Чехии сечение арок высотой 5 м клепано-сварное (рис. 29.4, г). В основе сечения четыре сварных тавра, соединенных клепаными поясными пакетами, продольными стыковыми накладками и поперечными диафрагмами. Устойчивость стенок, имеющих нехарактерную для арок очень малую толщину (14 мм), обеспечена продольными ребрами жесткости.
Трубчатые сечения весьма рациональны для жестких арок значительных пролетов. Согласно шведским экспериментальным данным, давление ветра на трубчатую арку оказывается в 4 раза меньше, чем на коробчатую. На рис. 29.4, д изображено поперечное сечение арки разрушенного в 1980 г. навалом судна моста Аскеро в Швеции пролетом около 280 м.
При пролетах менее 50—60 м (вобщем не характерных для арочных мостов) применяют одностенчатые двутавровые жесткие арки без ребер жесткости (рис. 29.4, е). Вертикал такой арки, работающий преимущественно на сжатие, должен иметь толщину около 1/50 высоты сечения, т. е. значительно большую, чем в балках.
Надарочное строение моста с жесткими арками состоит из стоек (при езде поверху), проезжей части и связей, причем в плоскости каждого ряда стоек обычно помещают поперечную балку проезжей части. При не слишком больших пролетах панель проезжей части может быть равна панели между стойками, тогда на поперечные балки опираются продольные балки, несущие плиту проезжей части или непосредственно полотно проезда. Верхние концы стоек соединяют надарочные прогоны.
В железнодорожных арочных мостах надарочные прогоны являются самостоятельными элементами связей (рис. 29.5, а). В автодорожных и городских мостах функции надарочных прогонов часто выполняют те продольные балки, которые расположены непосредственно над арками (рис. 29.5, б).
При весьма больших панелях между стойками или при проезжей части без продольных балок надарочные прогоны являются элементами проезжей части или балки жесткости и несут вспомогательные поперечные балки (рис. 29.5, в), поддерживающие продольные балки или непосредственно плиту проезжей части (рис. 29.5,г). Надарочные прогоны, продольные балки и оба вида поперечных балок могут быть законструированы одинаковой высоты и расположены в одном уровне, образуя балочный ростверк (рис. 29.5, д). Если жесткость балочного ростверка, надарочных прогонов или продольных балок соизмерима с жесткостью арок, она должна учитываться в расчетах воспринятия изгибающих моментов S-образного изгиба.
Ширина стойки обычно значительно меньше ширины жесткой арки. Чаще всего стойки присоединяют к арке фасонками, приваренными к верхнему поясу арки (рис. 29.6). В узле примыкания стойки в арке обычно имеется поперечная диафрагма.
Монтажные стыки жестких арок делают вне узлов примыкания стоек. Жесткие арки конструируют из прямолинейных элементов с небольшими, незаметными для глаза, переломами в заводских и монтажных стыках. При относительно небольших пролетах сплошностенчатые жесткие арки составляют из криволинейных элементов. Криволинейность резов кромок стенок усложняет изготовление и приводит к дополнительным отходам металла.
В качестве примера рассмотрим конструкцию моста Матсушима, построенного в Японии в национальном парке Унцен Амакуса в 1966 г. (рис. 29.7, а, б). Главный пролет моста 126 м, жесткие трубчатые арки имеют диаметр 1,85 м, т. е. 1/68l. Стойки также трубчатого сечения приварены к аркам без фасонок. В проезжей части интересны алюминиевые перила. Железобетонная плита опирается на три продольные балки, две крайние продольные балки являются надарочными прогонами. Поперечные балки — только в плоскостях стоек.
Для сквозных решетчатых арок типы сечений элементов практически не отличаются от применяемых в балочных решетчатых фермах.
Представляет интерес конструкция клепаного решетчатого арочного моста Сайкай (рис. 29.7, в, г), построенного в Японии в 1955 г. и положившего начало широкому распространению характерных для японской школы большепролетных решетчатых балочных, арочных и висячих мостов. Пролет арок 216 м, стрелка 34,5 м, т. е. 1/6,26l. Арки защемлены в опорах, высота арок уменьшается от опор к середине пролета. Пояса арок — коробчатые, решетка арок и стойки надарочного строения — двухшвеллерные на планках при ширине сечения, меньшей ширины сечений поясов арок. Очень интересно и характерно для многих арочных мостов расположение арок и стоек надарочного строения в наклонных плоскостях, что увеличивает горизонтальную жесткость и улучшает динамические качества моста с относительно узкой проезжей частью (7,5 м, т. е. 1/28l). В уровне проезжей части — два относительно мощных надарочных прогона, основные поперечные балки в плоскостях стоек и вспомогательные в третях панели между стойками, три продольные балки. Продольные связи размещены вдоль обоих поясов арок и в проезжей части, поперечные связи, — во всех плоскостях стоек.
В России в 50—60-х гг. построено несколько мостов с распорными сквозными арками, имеющими конструкцию, аналогичную показанной на рис. 28.17, а, со стандартной треугольной решеткой и узлами, расположенными на концентрических окружностях. На некоторых мостах (в частности, на мосту через р. Москву у с. Беседы) с ездой посередине применены серповидные арки, но на протяжении двух средних четвертей пролета арки имеют стандартную конструкцию.
Арочный мост. Конструкция и детали
прочно закрепили за собой как первооткрывателей проектирования и строительства этих гениальных сооружений.
Виды арочных мостов
Арочный мост (Arch bridge) — Catalog
Арочный мост с одной аркой (Axial-single tied-arch bridge) — Catalog
Мосты из стальных труб с бетонным заполнением (Concrete-filled steel tube (CFST) bridge) — Catalog
Надарочный мост (Deck arch bridge) — Catalog
Арочный мост с балкой жесткости (Deck-stiffened arch bridge) — Catalog
Арочный мост с ездой по середине (Half-through arch bridge) — Catalog
Sydney Harbour Bridge
Арочный мост с сетчатыми подвесками (Network arch bridge) — Catalog
Арочные мосты с типом подвесок Нильсена-Лозе (Nielsen-Lohse bridge) — Catalog
Сквозной арочный мост (Through arch bridge) — Catalog
Мост с наклонными арками (Tied-arch bridge) — Catalog
Мост с наклонными арками и подвесками (Tied-arch bridge with inclined hangers) — Catalog
Ферменный арочный мост (Truss arch bridge) — Catalog
Сводчатый арочный мост (Vaulted arch bridge) — Catalog
Двухшарнирный арочный мост (Two-hinged arch bridge) — Catalog
Сегментный арочный мост (Segmental arch bridge)
Elliptical arch bridge
Примеры арочных мостов
Арочный мост Iron Bridge
Арочный мост Iron Bridge ( с ездой поверху) — это первый чугунный арочный мост который был построен в 1779 году Абрахамом Дерби (Abraham Darby) в городке Коэлбрукдэил (Coalbrookdale) в графстве Shropshire в Англии.
Пролет арки равен 30.5 м; полный вес моста 378.5 т. Чугунные элементы арок были отлиты на заводе, а затем собраны при помощи шпилек и болтов.
В 1796 году в Англии был построен чугунный арочный мост в Сундерленде с рекордным пролетом 72 м. Арка состояла из отдельных коробчатых секций. Надарочное строение было чугунным сквозным.
Чугунные арочные мосты
Чугунные арочные мосты стали строить повсеместно. Пролеты мостов постепенно увеличивались. В России наиболее значительным чугунным арочным мостом являлся Николаевский мост в Петербурге (после революции был назван мостом Лейтенанта Шмидта). Он был построен в 1843-1850 гг.
Мост имел пролеты по схеме: 32.1 + 36.9 + 42.9 + 46.8 + 42.9 +36.9 + 32.1 м. Полная длина моста составила 298 м. Проект майора-инженера С. В. Кербедза, архитектор А.П. Брюллов. В 1938 году пролетные строения моста заменены стальными сварными балками.
Арочные мосты из чугуна строили повсеместно до середины 19 в., потом чугуну на смену пришло сварочное железо, а затем, и стали. Первый большой арочный мост из стали (Аркольский) был построен в Париже 1853 году.
Арочный мост Марии Пиа по проекту Густава Эйфеля
Отсутствие широкого стального проката приводило к созданию ажурных конструкций, мастером которых, несомненно, был Густав Эйфель (Gustave Eiffel). Арочный мост с ездой поверху Марии Пиа (Ponte Maria Pia) через реку Доуро в Португалии с пролетом 160 м был построен в 1877 году по его проекту.
Арочный мост Эйфеля Гарабит
В 1884 году Эйфель строит виадук Гарабит (Garabit) во Франции аналогичной системы с пролетом арки 165 м. Пролет арки в то время был наибольшим в мире. Но этот арочный мост с ездой поверху стал последним в карьере Эйфеля. Через несколько лет он станет всемирно известным своей башней в Париже, построенной в 1899 году к открытию всемирной выставки 1900 года.
Из крупнейших арочных мостов прошлого следует отметить три моста, построенных в начале 20 в.
Арочный мост Мост Хелл-Гейт (Hell Gate Bridge)
В 1916 году под руководством инженера Густава Линдентела (Gustav Lindenthel) и двух его ассистентов Othmar Ammann и David Steinman был построен арочный железнодорожный мост Хелл-Гейт (Hell Gate Bridge) с ездой понизу в Нью-Йорке через Ист Ривер, со звучным названием «Ворота в Ад» (Hell Gate).
- Пролет арки составил 298 м;
- высота пилонов 76 м;
- высота проезда 41 м;
- высота арки 93 м; вес стали 39200 т.
Этот мост стал этапным событием в развитии арочных мостов. Идеи этого моста впоследствии были использованы на двух еще более грандиозных сооружениях.
В 1924 году в Сиднее (Австралия) и в 1928 году в Нью-Йорке (США) приступили к строительству самых больших арочных мостов.
Арочный мост Sydney Harbor Bridge 1932 года
Из множества проектов арочный мост с ездой понизу через Гавань Сиднея вначале рекомендовался консольный мост. Но после сооружения моста Хел Гейт в Нью-Йорке планы были пересмотрены, и был объявлен международный тендер. Тендер был выигран английской компанией, которую возглавлял Дорман Лонг и проектный консультант Ральф Фриман. Строительство арочного моста через Сиднейскую Гавань было завершено в 1932 году.
- Пролет моста составил 503 м;
- Вес стали 38390 т;
- Высота над водой 52.4 м
- Ширина моста 49.0 м
Предназначен для четырех путей рельсового транспорта и 6 полос движения в каждом направлении. Расход стали на квадратный метр моста составил 1560 кг.
Bayonne Bridge в Нью-Йорке
Othmar Ammann (1879-1966), второй ассистент Gustav Lindenthel, был автором моста Kill Van Kull или Bayonne Bridge в Нью-Йорке (арочный мост с ездой понизу), строительство которого было окончено в 1931 году.
Пролет моста составил 503.6 м, т.е. на 0,6 м больше чем у моста в Сиднее; вес стали пролетного строения 16520 т. Но, несмотря на несколько больший пролет, признанным лидером среди арочных мостов все равно является мост в Сиднее, так как он самый широкий.
Сейчас арочные мосты не так популярны для перекрытия больших пролетов, как были раньше. В настоящее время их заменили мосты других систем. В то же время, арочные мосты с пролетами 200-300 м могут быть вполне оправданными и сопоставимы по расходу стали с вантовыми мостами
Арочный мост New River Gorge Bridge, West Virginia
Но бывают случаи, когда становится оправданным строительство арочного моста с ездой поверху с существенно большим пролетом. В 1978 году был построен арочный мост с пролетом арки 518м через Новую Речку в Западной Вирджинии в США.
Автодорожный четырехполосный проезд моста поднят над уровнем воды на 267 м. Ширина балки жесткости 22 м. Полная длина моста 924 м. Мост был запроектирован Michael Baker Jr. Inc. департамента автомобильных дорог Западной Вирджинии.
Стальные конструкции ферм моста выполнены из атмосферостойкой стали. Рельеф позволил развить высокую стрелку и тем самым уменьшить распор. Строительство моста велось 4 года.
Арочный мост Roosevelt Lake Bridge
Хорошо вписан в окружающий ландшафт арочный мост с ездой понизу через озеро Рузвельта в Аризоне с пролетом арки 329 м, в котором пролетное строение подвешено на канатах к стальным параллельно расположенным аркам коробчатого сечения.
Пешеходный арочный мост Филиппа II в Барселоне
Арочные мосты с ездой понизу могут быть удачно вписаны в городскую перспективу. В настоящее время разработаны и реализованы проекты безраспорных арочных мостов небольших пролетов 60-80 м, которые по своим показателям (стоимостным и по расходу стали) соизмеримы с балочными мостами. Очень хороши арочные пешеходные мосты где возможно широкое поле для архитектурного творчества.
На рисунке показан пешеходный мост Филиппа II в Барселоне, проектировки Santiago Calatrava. После этого моста им было создано еще много арочных мостов с необычной формой.
Арочный мост Barqueta Bridge, Spain
На мосту Баркуета в Испании по проекту Juan Joze Arenas de Pablo и Marcos J. Pantaleon.
Тонкая балка низко расположена над водой. Арочный мост с ездой понизу имеет пролет 168 м. Одна в поперечном сечении стальная арка поддерживает на наклонных канатах балку жесткости проезда и раздваивается только у опираний на берега. Мост построен в 1990 году.
Арочные мосты наиболее жесткие из конкурирующих большепролетных схем, т.е. имеют наименьшие прогибы под временной нагрузкой. Это делает их привлекательными для рельсового транспорта, где ограничение прогибов более жесткое, чем для автотранспорта.
Арочный мост через Обь у Ханты-Мансийск
Арочный мост с ездой понизу через Обь у Ханты-Мансийска с арочным пролетом 304.5 м был построен в 2004 году по проекту АО Трансмост. Этот мост имеет рекордный пролет в России.
Арочный мост Banghwa Bridge
В Сеуле в Корее в 2000 году был построен мост Banghwa Bridge с пролетом 540м. Арочный мост с ездой понизу продержался рекордсменом всего три года, до того, как в Китае был построен мост с большим пролетом.
Арочный мост Lu-Pu Bridge
Арочный мост с ездой понизу Lu-Pu Bridge в Китае имеет наибольший пролет среди арочных мостов, равный 550 м. Мост был построен в 2003 году по проекту фирмы Michael Baker Jr. Inc.департамента автомобильных дорог Западной Виржинии.
До этого моста в Китае были построены два огромных арочных моста. Мост Vajisha в провинции Кванджоу с пролетом 360 м, и мост Wanxia в провинции Сешуан с пролетом 425 м.
Арочные и комбинированные мосты
Характерной особенностью работы арочных систем является возникновение распора в опорных сечениях при действии вертикальных нагрузок. Сечения арок под действием нагрузок работают на внецентренное сжатие, что приводит к более экономичным решениям по сравнению с сечениями балок одинаковых пролетов.
В мостах находят применение различные типы арочных пролетных строений: бесшарнирные, двух- и трехшарнирные; с ездой поверху, понизу, посредине ..
Схемы арочных пролетных строений: а, б, в – с ездой поверху; г – с ездой посередине; д – с ездой понизу; е – с опиранием балок проезжей части на свод и опору; ж – с дисковыми арками
В арочных пролетных строениях усилия от временной нагрузки воспринимаются балками проезжей части и через стойки или подвески передаются на арки. Арки объединяются между собой системой связей, обеспечивающих единую пространственную конструкцию и устойчивость арок при продольном изгибе из их плоскости.
Конструкцию проезжей части арочных пролетных строений выполняют в виде плиты, опертой на поперечные стенки-стойки или ребристой конструкции, опертой на арки .
Опоры балочных мостов
План лекции
5.1. Общие сведения
5.2. Промежуточные опоры
5.3. Береговые опоры
5.4. Основные положения расчета опор
Общие сведения
Вследствие различных условий передачи нагрузок и эксплуатации опоры мостов подразделяют на промежуточные (быки) и береговые (устои).
Назначение промежуточных опор – воспринимать нагрузку от пролетного строения и подвижного состава и равномерно передавать на грунт основания. Береговые опоры воспринимают, кроме вертикальных, еще и значительные горизонтальные нагрузки от давления грунтов подходных насыпей.
Для железобетонных и металлических балочных мостов применяют опоры массивные и облегченного типа.
Конфигурацию поперечного сечения тела массивных опор определяют в зависимости от интенсивности ледохода и класса реки. Для опор, расположенных на суходоле, применяют прямоугольное или круглое сечение, а в русловой части – с закругленными или заостренными боковыми гранями (рис. 5.1). В старых мостах применяли опоры с ледорезами.
Основным строительным материалом для опор служит железобетон и бетон классов В20–В50. В суровых климатических условиях для защиты опор применяют облицовку из естественного камня или железобетонных блоков из бетона класса В60.
Промежуточные опоры
Промежуточные опоры (быки) работают в зоне переменного уровня воды, воздействия ледохода и навала судов.
Массивные монолитные промежуточные опоры состоят из следующих основных конструктивных элементов: подферменной плиты, на которой располагают опорную площадку и сливную призму, тела опоры и фундамента (рис. 5.1, 5.2).
Рис. 5.1. Массивная монолитная промежуточная опора: а – вид вдоль оси; б –вид поперек оси моста; в, г – прямоугольное, круглое, очертание в плане; д, е – с закруглением и заострением боковых граней в плане; 1 – вертикальная боковая грань тела; 2 – наклонная боковая грань тела; 3 – подферменная плита; 4 –фундамент
Размеры подферменной плиты в плане зависят от условий размещения опорных частей, которые определяют типом и длиной пролетных строений. Высоту подферменной плиты принимают 0,4–0,5 м. Подферменная плита имеет свесы не менее 10 см для предотвращения образования подтеков при стоке воды (рис. 5.1).
Высоту опоры Н, расстояние от обреза фундамента до верха определяют в зависимости от требований норм подмостовых габаритов и рельефа местности. Массивные конструкции опор, как правило, имеют вертикальные или наклонные боковые грани (рис. 5.1, 5.2).
Конструкции опор эксплуатируемых мостов: а – монолитных с каменной облицовкой; б – сборно-монолитных
Кроме монолитных, применяются сборно-монолитные и сборные промежуточные опоры.
Сборно-монолитные промежуточные опоры используют при наличии ледохода. Они состоят из железобетонных контурных блоков заводского изготовления различной конфигурации и монолитного бетона, составляющего ядро сечения (рис. 5.3). При сооружении опор контурные облицовочные блоки выполняют функцию опалубки. Высоту облицовочных блоков в условиях сурового климата принимают 0,7–1,0 м, а толщину – 0,5–0,7 м (рис. 5.3).
. Сборно-монолитная промежуточная опора: а – вид вдоль оси; б – вид поперек оси моста; в – прямоугольное очертание в плане; г – с закруглением боковых граней в зоне переменного уровня воды; РУВ – расчетный уровень воды
Сборно-монолитные опоры с облегченным верхом
рименяют также сборно-монолитные опоры с облегченным верхом в виде оболочек диаметром 1,2–1,6 м (рис. 5.4).
В условиях сурового климата для малых и средних мостов широкое распространение получили опоры безростверкового типа, состоящие из монолитной плиты – насадки и столбов или свай-оболочек (рис. 5.5), а также свай и стоек (рис. 5.6).
Столбчатые конструкции подразделяют на два вида: буроопускные и буронабивные. Сборные буроопускные столбы чаще находят применение в условиях вечномерзлых грунтов оснований. Столбы индустриального изготовления устанавливают в предварительно пробуренные скважины с последующим заполнением зазоров между стенками цементно-песчаным, шламоцементным или бетонным растворами. Сооружение буронабивных столбов предусматривает разбуривание скважин с погружением защитной инвентарной обсадной металлической трубы, установку арматурного каркаса и заполнение бетонной смесью.
Конструкции опор с буроопускными столбами состоят из сборных столбов заводского изготовления диаметром 0,8 м и длиной до 15 м, устанавливаемых в пробуренные скважины диаметром 1,0 м. Расстояние в свету между столбами допускают не менее 1,0 м. Толщину монолитной железобетонной насадки принимают равной 1,2–1,6 м (рис. 5.7).
Стальные мосты
6.1. Общие сведения
6.2. Пролетные строения со сплошными балками
6.3. Сталежелезобетонные пролетные строения
6.4. Коробчатые пролетные строения
6.5. Балочно-разрезные пролетные строения с фермами
6.6. Балочно-неразрезные пролетные строения с фермами
6.7. Арочные пролетные строения
6.8. Рамные пролетные строения
6.9. Основные положения расчета пролетных строений со сплошными балками
Область применения стальных мостов – большие и внеклассные мосты. Они характеризуются длительным сроком службы – более 70 лет.
Надежность мостов при работе под тяжелыми динамическими нагрузками обеспечивают строительные стали, обладающие высокой прочностью, пластичностью и ударной вязкостью [11].
Металлические мосты существуют балочной, арочной, рамной и комбинированной систем (рис. 6.1) [23].
К основным достоинствам стальных мостов относят: индустриализацию и высокое качество заводского изготовления; применение автоматической электросварки; возможность применения скоростных технологий монтажа с высоким уровнем механизации и малой трудоемкостью.
Основным недостатком стальных мостов является подверженность коррозии элементов, что требует особых приемов в содержании.
Материалы стальных мостов.Элементы стальных мостов изготовляют из высококачественных углеродистых и низколегированных сталей, удовлетворяющих требованиям эксплуатации [12].
В мостовых конструкциях применяют малоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,25 %. В зависимости от способа выплавки и степени раскисления стали подразделяют на спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп). По условиям поставки углеродистые стали подразделяют на три группы: А, Б и В, а по нормируемым показателям качества – на шесть категорий: 1–6. Применяются также углеродистые стали марок ВСт3, ВСт2сп и др.
Для несущих элементов пролетных строений широко используются низколегированные стали, которые представляют собой сплав железа с углеродом и легирующими добавками (до 2,5 %). В зависимости от вида термообработки низколегированную сталь подразделяют на три категории: 1 – без термической обработки (сырую); 2 – нормализованную; 3 – термически улучшенную после закалки и высокого отпуска. Для несущих элементов пролетных строений применяют стали марок 10ХСНД, 15ХСНД.
В зависимости от расчетной минимальной температуры воздуха районов проектирования мостов применяют три типа исполнения стали (по хладостойкости): обычного (минус 40 о С и выше); северного А (от минус 40 до минус 50 о С); северного Б (ниже минус 50 о С). К сталям для пролетных строений северного исполнения предъявляют дополнительные требования по ограничению содержания серы до 0,030 % и фосфора до 0,025 % [5, 11].
Сортамент стали.Наиболее широко применяют листовую сталь. В России получила распространение для пролетных строений толстолистовая сталь толщиной 6–60 мм, шириной 1250–2600 мм и длиной до 4200 мм. Масштабно используют универсальную широкополосную сталь длиной до 12 м [11]. Находят применение угловая равнополочная и неравнополочная сталь длиной до 13 м и шириной полок до 250 мм, а также двутавровая, швеллерная, круглая, фасонная, волнообразного и корытообразного профиля стали.
Соединение отдельных элементов.При изготовлении и монтаже элементы мостовых конструкций соединяют электросваркой, высокопрочными болтами из стали марки Ст40Х, а в некоторых случаях обычными болтами. Большое количество эксплуатируемых мостов имеют соединение элементов на заклепках из стали марок Ст2сп, СтО9Г2. Кроме того, в железнодорожных мостах применяют болтосварные соединения, когда элементы на заводах изготовляют сварными, а при монтаже используют болты.
Главные балкиявляются основными несущими элементами пролетных строений. Балки изготовляют сварного двутаврового сечения, высоту их проектируют в пределахh1/13)¸=(1/11 lр, гдеlр– расчетная длина пролета (рис. 6.3). Оптимальную высоту балок определяют из условия минимального расхода стали, прочности, вертикального прогиба, а также с учетом условий изготовления, транспортировки и монтажа. Пояса балок (горизонтальные листы) применяют шириной не менее 240 мм, но не более 600 мм по условию местной устойчивости сжатого пояса. Пояса состоят из одного или двух листов толщиной не более 60 мм. Листы по длине сваривают встык. В целях экономии стали и в соответствии с эпюрой материалов сечения поясов уменьшают от середины к концам пролета с устройством плавных переходов. В условиях сурового климата рекомендуют проектировать пояса сварных балок из одного листа с неизменным сечением по длине балки, или в виде сварного пакета, состоящего из двух листов. Стенки (вертикальные листы) балок применяют толщиной не менее 12 мм, которые из условия обеспечения устойчивости укрепляют ребрами жесткости с шагом 2 – высота стенки), толщиной не менее 10 мм, а шириной не более 15 толщин. Ребра жесткости приваривают с обеих сторон стенки (рис. 6.2, 6.3). Расстояние между осями главных балок принимают из условия устойчивости пролетного строения против опрокидывания и требования 1/20)¸(1/16³горизонтальной жесткостиblр, что составляет 1,8–2,2 м (рис. 6.3) [11].
Главные балки объединяют продольными и поперечными связями, состоящими из 8´80´уголков размерами 80 мм. Горизонтальные продольные связи располагают в уровне верхних и нижних поясов балок, а вертикальные поперечные – в опорных сечениях и между ними (рис. 6.2, 6.4) [5].
Мостовое полотно пролетных строений со сплошными балками применяют на деревянных и металлических поперечинах, безбалластных железобетонных плитах.
Мостовое полотно на деревянных поперечинах состоит из мостовых брусьев, пропитанных антисептиком, изготовленных из древесины 24,´сосны или лиственницы размером 20 26,´22 28´22 см длиной 3,25 м или 4,2 м с применением боковых тротуаров. Мостовые брусья укладывают с расстоянием в свету не более 15 см, что обеспечивает расстояние между их осями 50 см. Мостовые брусья плотно прирубают к поясам пролетных строений с глубиной врубок от 0,5 до 3 см, крепят к поясам лапчатыми болтами. Для уменьшения износа мостовых брусьев под рельсовыми подкладками рекомендуют укладывать упругие прокладки [15]. Внутри колеи укладывают настил из двух досок 3´сечением 20 см с зазором 4 см при наличии боковых тротуаров, а при их отсутствии – из трех досок (рис. 6.6) [23].
Металлические пешеходные мосты
Металлические пешеходные мосты в большинстве случаев устраивают для переходов через реки и железнодорожные пути. Однако встречаются также и металлические переходные мосты через улицы.
По системе пешеходные мосты из металла чаще всего делают балочными; в отдельных случаях применяют арочные и висячие системы. Пешеходный проход обычно располагают поверху несущей конструкции; при недостаточной строительной высоте пешеходный проход делают в уровне низа несущей конструкции.
Главные несущие элементы чаще всего представляют собой металлические балки или арки сплошного сечения. Реже применяют сквозные формы. Схемы наиболее часто применяемых поперечных сечений металлических пешеходных мостов приведены на рис.43. Самая простая конструкция состоит из нескольких главных балок двутаврового сечения, расположенных на расстоянии 1,5 -2,0 м друг от друга и поддерживающих настил пешеходного прохода. В совре-менных пешеходных мостах этот настил, как правило, делают в виде железобетонных плит, покрытых слоем асфальта. Для переходов через железнодорожные пути часто устраивают простейший деревянный настил. В зарубежной практике применяют также металлический листовой настил.
 |
 |
Рис.43. Виды поперечных сечений металлических пешеходных мостов
Рис.44. Пешеходный мост с одной главной фермой
При больших пролетах несущую конструкцию металлических пешеходных мостов выгоднее устраивать в виде двух главных балок, поддерживающих поперечные балки, по которым укладывают настил (рис.43).
Пешеходные мосты, в которых пешеходный проход располагают по низу конструкции, могут иметь в поперечном сечении две или одну главные фермы. При двух главных фермах весь пешеходный проход обычно располагают между этими фермами. В этом случае настил поддерживается поперечными балками или системой поперечных и продольных балок.
При одной главной ферме пешеходные проходы располагают по обе стороны от нее (рис.43), так что встречные потоки пешеходов разделяются, а ферма не мешает открытому виду с моста (рис.44).
Конструкция пешеходных мостов с балками сплошного сечения аналогична рассмотренным ранее конструкциям мостов под автодвижение и отличается только меньшими размерами сечений элементов.
Пролетные строения балочных пешеходных мостов делают разрезными или неразрезными; сравнительно небольшие давления, передаваемые опорами пешеходных мостов, облегчают применение неразрезных систем.
В балочных мостах с решетчатыми фермами при небольших пролетах (до 15…20 м) главные фермы могут быть использованы как перила. При пролетах более 20 м пешеходные проходы обычно устраивают по низу конструкции, а пролетное строение делают открытым или закрытым с верхними связями (рис. 45, б). Решетку главных ферм принимают треугольной системы. При пересечении большихрек или оврагов металлические пешеходные мосты снабжают промежуточными опорами. На рис.45, в приведена схема пешеходного моста из дюралюминия через горную лощину в Женеве, имеющего своеобразные наклонные треугольные промежуточные опоры.
Рис.45. Схемы пешеходных мостов со сквозными фермами.
Хорошее решение представляет собой конструкция в виде гибкой арки с жесткой затяжкой. Пример городского пешеходного моста этой системы приведен на рис.46. Мост пересекает канал при расчетном пролете 62 м (рис.46, а). Пролетное строение имеет гибкую арку, размещенную по оси моста, и жесткую затяжку, образованную из двух балок, раздвинутых на ширину 3,15 м (рис.46, б).
Рис.46. Конструкции металлических пешеходных мостов
Стрела подъема арки составляет 6 м. Ширина пешеходных проходов для каждого направления движения - 1,6 м.
Выбор конструкции с расположением пешеходных проходов по низу был вызван невозможностью поднять отметки подходов к мосту. Арка имеет коробчатое сечение высотой 30 см, жесткие затяжки - высоту 72 см. Верхний поясной лист жестких затяжек, толщиной 8 мм проходит на всю ширину моста и служит одновременно настилом для пешеходных проходов. Для увеличения жесткости этого настила к нему снизу приварены продольные уголки. Покрытие пешеходных проходов имеет двускатный поперечный профиль: вдоль перил сделаны водоотводные желоба (рис.46, в). В плоскостях подвесок имеются поперечные связи; на опорах - сплошные поперечные балки. Распор арки передается балкам жесткой затяжки через стальной лист настила, который в пределах первой панели соответственно усилен.
Рис.47. Общий вид арочного пешеходного моста с входами в виде пандусов.
Интересный пример металлического арочного пешеходного моста шириной (между перилами) 8 м с входами на него в виде пандусов приведен на рис.46. Конструкция моста решена как двухшарнирная арка с затяжкой. Мост имеет в поперечном сечении две арки двутаврового сечения, выполненные из алюминия. Пролет арок - около 55 м; расстояние между арками в поперечном направлении - 5,33 м. На арки с шагом 1,3 м опираются поперечные балки, несущие решетчатый металлический настил, заполненный деревянными плитками; поверх настила уложено резиновое покрытие толщиной 6 см. Большая пологость арок и значительный распор, передаваемый ими устоям, потребовали устройства парной затяжки. Затяжки проходят в грунте и выполнены в виде предварительно напряженных железобетонных стержней, арматура которых заанкерена в бетоне.
Принципы работы, условия применения, компоновка и особенности расчета распорных арочных мостов
Арочными называют мосты, имеющие в основе конструкции сжатые криволинейные или полигональные элементы дугообразного очертания, т. е. арки. В настоящей главе рассматриваются арочные мосты арочной (распорной) системы, в которых распор передается на грунт. Арочные мосты балочной (внешние безраспорной) системы, в которых распор воспринимается затяжкой, кратко рассмотрены ранее.
Арочные распорные мосты (рис. 29.1) применяют с ездой поверху или посередине и крайне редко — с ездой понизу. В подавляющем большинстве случаев арочные пролетные строения относятся к простым комбинированным конструкциям, ибо не имеют решетки между арками и проезжей частью и испытывают S-образный изгиб при несимметричных загружениях временными вертикальными нагрузками.
В арочных пролетных строениях с ездой поверху различают собственно арки и надарочное строение, включающее проезжую часть и стойки. Между арками и между элементами надарочного строения могут располагаться связи. Функции главных ферм могут выполнять либо только арки, либо арки, тесно взаимодействующие с надарочным строением. При езде посередине на части длины моста вместо надарочного строения есть подарочное строение.
Передача распора на грунт требует устройства весьма мощных опор (включая фундаменты и основания). Объемы и стоимость опор в арочном распорном мосту всегда больше, чем в балочном мосту тех же пролетов при аналогичных условиях. Особенно значительны увеличения объемов и стоимости опор в многопролетных арочных мостах, в которых к промежуточным опорам предъявляется требование воспринятия одностороннего распора, отвечающего разрушению одного из пролетов. Чтобы не увеличивать стоимость, при проектировании арочного моста большое значение имеет устройство и уменьшение объемов опор моста, с вписыванием их в профиль мостового перехода и грунтовые условия.
Передача распора на грунт, т. е. по существу замена грунтом растянутого пояса балочной фермы, а также воспринятие всей или подавляющей части поперечной силы аркой, заменяющей не только сжатый пояс, но и раскосы соответствующей решетчатой балочной фермы, обеспечивает существенную экономию стали в арочном пролетном строении по сравнению с балочным в аналогичных условиях. Экономия эта составляет не менее 15—20% расхода стали в оптимальном балочном пролетном строении.
Увеличение стоимости опор и уменьшение стоимости пролетного строения приводит к целесообразности применять в арочных мостах относительно большие пролеты, чем в балочных при аналогичных условиях. По той же причине арочные мосты несколько чаще делают однопролетными.
Из-за весьма жесткой зависимости парам каждого арочного моста от профиля и грунтовых условий мостового перехода арочный мост всегда сугубо индивидуален. Типовых арочных металлических пролетных строений не существует. Необходимостью иметь хорошие грунты и относительно низкие опоры, а также отсутствием типовых проектов объясняется существенно более редкое применение арочных мостов.
Арочные мосты применяют при благоприятном профиле перехода и хороших грунтах при необходимости иметь сравнительно большие пролеты. При самых благоприятных условиях арочные мосты могут быть целесообразными уже при пролетах 50 м, в большинстве же случаев они имеют пролеты более 100 м; при пролетах более 200 м арочные мосты становятся особенно конкурентноспособными. Верхний предел для пролета металлического арочного моста около 600 м.
Арочные мосты красивы, и из эстетических соображений их сооружают иногда и там, где балочный мост был бы выгоднее. Арочные мосты часто строят в городах (например, много арочных мостов через р. Москву в Москве), а также для украшения живописных загородных ландшафтов. Особая область применения арочных мостов — горные условия, когда наличие скальных грунтов сочетается с отвечающим устройству арки рельефом.
Распорные арочные мосты можно разделить на две группы — с гибкими арками (рис. 29.1, а, б) и с жесткими арками (рис. 29.1, в—е).
Гибкая арка — полигональный сжатый стержневой элемент с малой изгибной жесткостью в плоскости фермы (определяемой условиями устойчивости на длине панели). Изгибающие моменты в гибкой арке незначительны, аналогичны изгибающим моментам в нежестком поясе любой комбинированной фермы. Значительные изгибающие моменты (обычно знакопеременные) возникают в балке жесткости, наибольшие моменты S-образного изгиба возникают в четвертях пролета при загружении временной нагрузкой половины пролета, как и в других видах простых комбинированных ферм (см. рис. 28.2).
Жесткие арки могут быть сплошностенчатыми (криволинейными или полигональными) либо сквозными (решетчатыми). Жесткая арка работает на совместное действие осевого сжатия, изгибающих моментов (преимущественно S-образного изгиба) и поперечных сил. В мосту с жесткими арками в уровне проезжей части либо имеют элементы пренебрежимо малой по сравнению с арками изгибной жесткости, либо все же устраивают балку жесткости. В последнем случае моменты S-образного изгиба распределяют между арками и балкой жесткости пропорционально их изгибным жесткостям.
Металлические мосты с жесткими арками могут быть бесшарнирны-ми, двухшарнирными и трехшарнирными (см. рис. 29.1). В прошлом, в период недоверия к надежности оснований и к работе статически неопределимых систем, часто применяли статически определимые трехшарнирные арки. Сейчас их применяют очень редко, в случаях монтажа подъемом целых полуарок. До недавнего времени основной схемой для металлических арочных мостов была двухшарнирная; бесшарнирную схему избегали в связи с увеличенными температурными, напряжениями. Однако уточненные исследования показали, что температурные напряжения имеют действительно определяющее значение только для особенно жестких сквозных (решетчатых) бесшарнирных арок. Для менее высоких сплошностенчатых арок бесшарнирная схема рациональна. Применение решетчатых арок в последние годы сократилось, но они продолжают возводиться двухшарнирными.
В России для автодорожных и городских мостов пролетами до 200 м в последние десятилетия жесткие арки уступили место гибким как более простым и не менее экономичным конструкциям. При больших пролетах, а также в железнодорожных мостах гибкие арки получаются неконструктивными, и по-прежнему должны применяться жесткие арки. Их продолжают строить во многих зарубежных странах.
Основным параметром арочного моста является стрелка арок. Отношения стрелки к пролету изменяются в очень широких пределах (1/2—1/18). Крайние цифры, ограничивающие этот диапазон, используются редко. При езде поверху наиболее употребительны отношения стрелки к пролету 1/7—1/8 и при езде посередине — 1/5—1/6.
Ось арки (или кривую центров узлов полигональной арки) прочерчивают обычно по дуге окружности, что упрощает конструкцию, ибо все элементы арок могут иметь одинаковую геометрию, или по параболе, что обеспечивает уменьшение изгибающих моментов в арке или балке жесткости. Жесткие арки назначают либо постоянной высоты, либо серповидного очертания (см. рис. 29.1), при котором высота арки уменьшается к пятам на протяжении крайних четвертей пролета. Высота сечения сплошностенчатой жесткой арки составляет, как правило, 1/50—1/70 пролета в автодорожных и городских мостах и 1/40—1/50 пролета в железнодорожных мостах. Высота сквозных решетчатых арок существенно больше.
Для числа арок в поперечном сечении моста характерны те же закономерности, что и для числа балок в балочных мостах. Наиболее характерны мосты с двумя арками. В весьма широких мостах и при небольших пролетах возможны многоарочные конструкции. При гибких арках число балок жесткости делают иногда вдвое большим числа арок, размещаемых вне плоскостей балок жесткости для упрощения монтажа.
Устройство связей в арочном пролетном строении должно обеспечивать несмещаемость всех узлов арок и конструкций проезда. Продольные связи устраивают вдоль арок и (в зависимости от наличия и устройства плиты проезжей части) вдоль проезжей части (или балки жесткости). Горизонтальные нагрузки, приходящиеся на проезжую часть, должны быть переданы либо специальными устройствами на устои, либо поперечными связями стоек на арки. При сквозных арках продольные связи устраивают обычно и вдоль верхнего и вдоль нижнего пояса арки. При езде посередине связи по аркам включают рамные порталы для пропуска габарита проезда. Устройство проезжей части в значительной степени зависит от наличия балки жесткости.
Расчеты арочных пролетных строений выполняют чаще всего по линиям влияния, построенным на основе решения статически неопределимой задачи для плоской линейно деформируемой расчетной модели. При жестких арках напряжения в них вычисляют с помощью линий влияния соответствующих ядровых моментов.
Для предварительного назначения основных сечений можно пользоваться следующими весьма приближенными формулами:
то необходимо учитывать в расчетах геометрическую нелинейность работы распорного арочного пролетного строения. Деформации пролетного строения в этих случаях заметно увеличивают изгибающие моменты и прогибы, по сравнению с вычисленными по линиям влияния.
В расчетах арок, являющихся сжатыми или сжато-изогнутыми стержнями, важна проверка общей устойчивости, выполняемая по свободным длинам, равным: из плоскости арки — расстоянию между узлами соответствующих связей; в плоскости арки для гибкой арки — расстоянию между узлами примыкания стоек или подвесок, соединяющих арку с балкой жесткости; в плоскости арки для жесткой арки — согласно.
Читайте также: