Виды и части металлических мостов

Обновлено: 17.05.2024

В зависимости от уровня пропуска транспорта мосты и пролетные строения могут быть с ездой поверху, понизу и посередине (рис. 23.1). На больших мостах транспорт пропускают иногда в два яруса, такие мосты называются двухъярусными.
При классификации по назначению следует различать железнодорожные, автодорожные, городские, пешеходные и трубопроводные мосты. Городские мосты близки к автодорожным, но отличаются от них габаритами (что связано с меньшими скоростями движения и возможностью весьма большого числа полос движения), особым вниманием к архитектурному облику моста, что часто определяет индивидуальность его конструкции, и во многих случаях предназначенностью к пропуску не только безрельсового, но и рельсового городского транспорта (трамвай, метро, городская электричка). Мосты, выполняющие функции одновременно железнодорожного (общей сети или промышленного транспорта) и автодорожного или городского моста, называют совмещенными. Автодорожные и городские мосты почти всегда предусматривают пропуск пешеходов, а специальные пешеходные мосты при достаточной ширине обычно проверяют на пропуск одиночных автомашин. Трубопроводными называют мосты, основное назначение которых — поддержание трубопровода.

Система моста определяет внешние особенности его работы с позиций строительной механики, прежде всего характер возникающих от вертикальных нагрузок опорных реакций. Соответственно системы могут быть:
- балочные — в случае возникновения только вертикальных опорных реакций (см. рис. 23.1; 1, 2, 5, 6, 8, 9);
- арочные — в случае возникновения распора, стремящегося раздвинуть опоры, и наличия основных несущих элементов арочного очертания (см. рис. 23.1; 4);
- рамные — в случае возникновения аналогичного распора и выполнения верхних элементов опор жестко соединенными с пролетным строением (см. рис. 23.1; 3);
- висячие — в случае возникновения распора, стремящегося сблизить анкерные массивы или опоры (см. рис. 23.1; 7).
В зависимости от особенностей взаимодействия пролетов каждая из перечисленных систем (и прежде всего балочная система) может быть разрезной, неразрезной, шарнирно-консольной и т. д.
Конструкции пролетных строений проще всего разделить на сплошностенчатые, сквозные и комбинированные (см. рис. 23.1). Среди сквозных и комбинированных конструкций видное место занимают решетчатые конструкции. Особого внимания заслуживают висячие и вантовые комбинированные конструкции.
Хотя для обозначения многих систем и видов конструкций используют одни и те же термины, смешивать понятия системы и вида конструкции не следует.
Железнодорожные металлические мосты чаще всего устраивают с ездой понизу, причем применяют балочную систему (разрезную или неразрезную) и сквозную решетчатую конструкцию. Для автодорожных и городских мостов наиболее характерна езда поверху с применением также балочной системы (неразрезной или разрезной) и сплошностенчатой конструкции.
Конструкции пролетных строений и системы для автодорожных, городских и пешеходных мостов значительно более разнообразны, чем для железнодорожных мостов. В наше время здесь достаточно широко применяют также комбинированные конструкции балочной и арочной системы, вантовые и висячие комбинированные конструкции, сплошностенчатые с ездой поверху конструкции рамной системы и т. д. Для трубопроводных мостов наиболее характерны висячие и вантовые конструкции.
К особым видам металлических мостов относятся: разводные мосты и пролеты, допускающие пропуск судов -при недостаточной высоте под-мостового габарита; виадуки, перекрывающие долины на большой высоте (отличающиеся весьма высокими промежуточными опорами, расположенными вне водной преграды); путепроводы при пересечениях дорог в разных уровнях; эстакады, служащие (взамен насыпи) для пропуска дороги над поверхностью земли, но при сохранении пространства под дорогой пригодным для использования; разборные мостовые металлические конструкции, допускающие многократное применение во временных мостах; напавные и поплавковые мосты, в которых пролетные строения опираются на плавучие опоры или заанкеренные за дно подводные поплавки.

Основные этапы развития металлических мостов

Многие тыс.елетия мосты строили только из камня или дерева. Если не учитывать небольшого числа старейших висячих мостов, построенных в Азии с цепями из кованых железных звеньев, можно считать, что развитие металлического мостостроения началось со второй половины XVIII в. Развитие это удобно разделить на пять основных этапов.
Первый этап, охватывающий конец XVIII и начало XIX вв., характеризуется прежде всего строительством чугунных арочных мостов в Европе. Ряд чугунных арочных мостов был сооружен в Петербурге. На первом этапе получило также развитие строительство цепных висячих мостов (с шарнирными цепями из плоских звеньев).
Второй этап связан с началом бурного строительства железных дорог в Европе и Америке и приходится на середину XIX в. Массовость строительства, рост подвижных нагрузок и динамических воздействий потребовали устройства балочных металлических мостов, причем чугун был постепенно вытеснен сварочным железом. Появились мосты со сплошными балками (например, коробчатый мост «Британия» с пролетами по 140 м и пропуском поездов внутри коробки) и со сквозными многорешетчатыми фермами, заимствовавшими первоначально конструктивную форму от деревянных конструкций — ферм Тауна. Почти единственным способом соединений элементов оказываются заклепочные соединения.
Третий этап (конец XIX в.) связан прежде всего с успехами строительной механики. Металлические конструкции отличаются четкостью работы, близкой к идеальным моделям строительной механики. Металлические мосты оказались первым видом металлических конструкций, получившим массовое распространение. Естественно, что строительная механика развивалась тогда в тех направлениях, которые определялись задачами металлического мостостроения. И успехи строительной механики очень быстро реализовывались в конструктивных формах металлических мостов. Разработка методов расчета обусловила переход от эмпирически найденных решений к конструкциям, обоснованным расчетом. Многорешетчатые фермы были заменены фермами с простой и шпренгельной решеткой (первый в мире мост через Енисей у Красноярска, 1896 г.), появились неразрезные пролетные строения. Очень характерно увлечение шарнирно-консольными конструкциями, которое дало на рубеже XIX и XX вв. такие гигантские мосты, как Фортский (пролеты по 521 м) и Квебекский (пролет 549 м). Для третьего этапа характерна также замена сварочного железа литым железом — непосредственным предшественником современных сталей.
Четвертый этап (начало XX в. до второй мировой войны) — период быстрого совершенствования и развития разнообразных систем и схем пролетных строений металлических мостов. Развивается вариантное проектирование, почти для каждого моста сопоставляется большое число вариантов различных систем и очертаний. Балочные пролетные строения применяют преимущественно переменной высоты с очертаниями, отвечающими огибающим эпюрам моментов. От поветвевого монтажа на сплошных подмостях переходят к современному монтажу из элементов заводского изготовления. Материалом пролетных строений становится малоуглеродистая сталь. Прочные позиции завоевывает принцип концентрации материала. В США развиваются большепролетные (с пролетами около 1000 м и более) висячие мосты с прядением в пролете кабелей из параллельных проволок, во Франции — распорные вантовые мосты. Второе рождение переживают арочные мосты (Сиднейский мост, мост Кил Ван-Кул, советские мосты через Старый и Новый Днепр, московорецкие мосты в Москве).
Пятый, современный этап (после второй мировой войны) можно назвать периодом совершенствования технологии и деталей конструкций, а также торжества принципа совмещения функций в конструктивной форме. Изготовление металлических конструкций постоянных мостов становится полностью индустриальным. Широкое развитие, прежде всего в бывш. СССР, а затем и в зарубежных странах получают типизация и унификация пролетных строений. Заклепочные соединения уходят в прошлое, в заводских соединениях полностью переходят на сварку, преимущественно автоматическую, а в монтажных соединениях — преимущественно на высокопрочные болты. Широкое распространение получает прогрессивный способ монтажа навесной сборкой. В балочных пролетных строениях уверенно переходят на очертания с параллельными поясами. Малоуглеродистые стали вытесняются хладостойкими, коррозиестойкими и экономичными низколегированными сталями. Массовое распространение получают сталежелезобетонные пролетные строения, появляются пролетные строения с совместной работой стальной ортотропной плиты проезжей части и главных балок и современные коробчатые мосты, а также вантово-балочные пролетные строения — новая конструктивная форма, появившаяся в ФРГ и быстро распространившаяся по всему миру.

Части пролетных строений и виды мостового полотна

Основными частями металлического пролетного строения являются: главные фермы, проезжая часть, связи.
Сплошностенчатые главные фермы называют обычно главными балками. Главные фермы (балки) перекрывают пролеты и передают нагрузки на опоры.
Проезжая часть служит для пропуска транспорта и пешеходов, она воспринимает подвижные нагрузки и передает соответствующие усилия главным фермам. В состав проезжей части наряду с несущими конструкциями проезда и тротуаров входят мостовое полотно, перила, конструкции водоотвода, деформационные швы, а в автодорожных и городских мостах, кроме того, барьерные или парапетные ограждения проезда (при деревянном мостовом полотне — колесоотбои).
В металлических мостах применяют три главных вида несущих конструкций проезжей части: балочная клетка — совокупность стальных поперечных и продольных балок, несущих мостовое полотно; железобетонная плита, плоская или ребристая (с железобетонными или стальными ребрами или балками); стальная ортотропная плита — сварная стальная конструкция в виде горизонтального листа, подкрепленного ребрами и балками.
Связи между главными фермами (балками) в зависимости от их расположения называют поперечными, верхними продольными и нижними продольными. Связи обеспечивают устойчивость главных ферм (балок) распределяют вертикальные нагрузки между ними и воспринимают горизонтальные нагрузки. Связи придают работе пролетного строения ярко выраженный пространственный характер. Связи устраивают иногда и между балками проезжей части.
В состав проезжей части или связей включают обычно располагаемые над опорами домкратные балки (или фермы), необходимые для подъема и опускания пролетного строения при монтаже, при предварительном напряжении и регулировании, при ремонтах и т. д.
Кроме перечисленных основных частей металлическое пролетное строение должно иметь: опорные части, передающие усилия между пролетным строением и опорами, закрепляющие пролетное строение на опорах и обспечивающие необходимые свободные перемещения пролетного строения относительно опоры; для большинства конструкций — смотровые приспособления, облегчающие текущее содержание пролетного строения.
На пролетное строение могут быть установлены опоры светильников или контактной сети и уложены трубы и кабели различных коммуникаций (безопасных для эксплуатации моста).
Одним из принципов рационального проектирования является, как известно, принцип совмещения функций. В современных конструкциях металлических пролетных строений этот принцип используется настолько широко, что некоторые части пролетного строения иногда совмещаются полностью. В такой конструкции отнесение конкретного элемента к той или иной части пролетного строения оказывается весьма условным. Например, плита или продольные балки проезжей части могут в значительной части выполнять функции поясов главных ферм. Пояса главных балок, развитые в плиты, выполняют одновременно функции продольных связей. Конкретные конструкции с совмещением функций частей пролетного строения будут рассмотрены далее. Широкое использование принципа совмещения функций стало возможным благодаря успехам в практике выполнения уточненных расчетов и приводит к существенной экономии стали в современных металлических пролетных строениях.
Большое влияние на конструкции и показатели пролетных строений оказывает устройство мостового полотна.
Для современных железнодорожных металлических пролетных строений характерны следующие конструкции мостового полотна:
1) на деревянных поперечинах (рис. 23.2,а);
2) железобетонное безбалластное (рис. 23.2,б);
3) на балласте (рис. 23.2,в).
Мостовое полотно на деревянных поперечинах отличается малой массой (0,8 т на 1 м длины) и хорошими динамическими качествами. Главные недостатки его состоят в больших эксплуатационных расходах и малой долговечности, а также в дефицитности требуемого лесоматериала и большой трудоемкости устройства. Это мостовое полотно и сейчас является самым распространенным на железнодорожных мостах России, однако применение его на новых мостах в связи с перечисленными недостатками сокращается. Некоторое применение имело полотно на металлических поперечинах.
В настоящее время вместо полотна на поперечинах все чаще укладывают новое железобетонное безбалластное мостовое полотно с креплением рельсов через резиновые прокладки непосредственно к железобетонным плитам. Это мостовое полотно имеет несколько большую массу (1,5 т на 1 м длины), но обладает значительно лучшими эксплуатационными и строительными показателями, а также обеспечивает повышенную безопасность в случае схода колесной пары с рельс.

Мостовое полотно на балласте применяют чаще всего в железобетонном балластном корыте (рис. 23.2,в), масса такой конструкции очень велика (4,5 т на 1 м длины), что серьезно ограничивает пролеты (до 55—66 м), в которых балластное полотно при включенном в работу железобетонном корыте не вызывает перерасхода стали. Главные преимущества балластного полотна — однородность пути на мосту и на подходах, простота и надежность на уклонах и кривых. В настоящее время возобновляется применение этого мостового полотна в металлическом корыте с днищем в виде ортотропной плиты и с усиленной антикоррозионной защитой.
Для автодорожных и городских металлических пролетных строений характерны следующие конструкции мостового полотна:
1) тяжелое с оклеечной гидроизоляцией поверх железобетонной плиты (рис. 23.2, г);
2) легкое по стальной ортотропной плите (рис. 23.2, д);
3) деревянное поверх стальных балок.
Тяжелое ездовое полотно (рис. 23.2, г) имеет массу около 300 кг/м2; вместе с железобетонной плитой масса проезжей части составляет 650—800 кг/м2, причем в связи с увеличением толщин слоев покрытия при ремонтах в действительности масса оказывается еще значительно больше (что учитывается введением увеличенных коэффициентов перегрузки к соответствующей части постоянной нагрузки при проектировании).
Легкое мостовое полотно (рис. 23.2, д) имеет массу всего 60—80 кг/м2; вместе со стальной ортотропной плитой масса проезжей части составляет 220—260 кг/м2. Поверхность стального листа должна быть подвергнута пескоструйной очистке, металлизирована цинком или алюминием и покрыта слоем специального эпоксидного клея, также защищающего стальной лист от коррозии. По жидкому клею рассыпается мелкий щебень, после чего укладываются два тонких слоя высококачественного полимерасфальтобетона. Стоимость и трудоемкость такого мостового полотна оказывается существенно большей, чем тяжелого по железобетонной плите.
Деревянное автодорожное мостовое полотно (масса 150—180 кг/м2) применяют сейчас преимущественно только на временных металлических мостах.
Конструкции мостового полотна на деревянных поперечинах, на металлических поперечинах, железнодорожное безбалластное из раздельно работающих железобетонных плит, автодорожное деревянное называют расчлененными; эти конструкции состоят из раздельно работающих изгибаемых элементов. В мостах небольших пролетов расчлененное мостовое полотно может, выполняя функции несущих конструкций проезжей части, опираться непосредственно на главные балки. Другие конструкции мостового полотна всегда опираются непосредственно на несущую железобетонную или стальную плиту проезжей части.

Элементы металлических мостов

Основными элементами являются балки, фермы, арки и др.

Элементы моста:

Пролётные строения+опоры. В пролётных строениях выделяю след. Основные части:

-проезжая часть-служит для пропуска авто, пешеходов и др.

Мостовое полотно-совокупность всех эл-тов, расположенных на плите проезжей части, предназначенных для обеспечения нормальных условий безопасного движения тр-ных средств и пешеходов, отвода воды с проезжей части. Она включает в себя: одежду ездового полотна, тротуары, ограждающие устройсива, устройства для водоотвода, обогрева и освещения, деф.швы и сопряжение моста с подходами.

Несущая частьпролётного строения-воспринимает собственный вес и временные подвижные нагрузки и передаёт через опорные части на опоры.

Опорные части-спец.эл-ты пролётного строения, с помощью которых опорные воздействия от несущей конструкции передаются на опоры в строго заданном месте для обеспечения благоприятных условий работы пролётного строения. Обеспечивает поворот и прод.смещение пролётного строения.

Опоры мостов- воспринимают нагрузку от пролётного строения и передают её на грунты основания через фундамент или на воду.

Ширина моста(В) –расстояние между перилами в свету.

Ширина пролётного строения- В_о-расстояние между осями крайних балок или ферм.

Длина моста-расстояние между задними гранями устоев.

Расчётный пролёт-горизон.проекция, расстояние между точками опиранияпрол.строения, измеряемая по оси моста.

Отверстие моста-гориз.размер между внутренними гранями устоев или конусами насыпи, измеренный при РУВВ с исключением толщины промежуточных опор.

Высота моста- высота от уровня проезжей части по оси моста до УМВ.

Строительная высота прол.стр.- расстояние от пов-сти проезжей части до самого низа конструкции прол.строения.

Свободная высота над мостом-расст-ние между низом прол.стр. до УВВ.

Начало моста- первое по ходу отсчёта километража точка, соединяющая концы открылков устоев или прол.строения с осью моста, без учёта переходных плит.

Назначение ширины мостовых сооружений

Ширину моста и др. иск.сооружений устанавливают на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО) в зависимости от интенсивности автомобилей и пешеходов на дороге.

Ширина моста включает в себя проезжую часть, полосу безопасности, разделительную полосу, тротуары и перильное или защитное ограждения.

Габарит моста – контур в плоскости перпендикулярный оси проезжей части, внутрь которого не должны заходить никакие элементы сооружения или расположенные устройства. . Их назначают в зависимости от категории автодороги, числа полос движения n и ширины полосы движения b. nb – ширина проезжей части.

кат.дороги	n	nb, м	ширина полосы безоп., м	габарит
I	11,25х2	Г-(13,25+С+13,25) 2(Г-15,25)
II	7,5	Г-11,5
III	1,5	Г-10
IV	Г-8
V	4,5	Г-6,5

При назначении разделительной полосы в габарит добавляется ее ширина. В нее входят прилегающие к ней полосы безопасности.

По условиям безопасности движения ширина разделительной полосы д.б. более 2 м.

Для пропуска трамвайных путей по городским мостам и путепроводам выполняют полосу 7,5 м шириной. При втопленных в проезжую часть рельсов полосу трамвайного движения не защищают предохранительными полосами.

При не втопленных рельсах полосу трамвайного движения защищают предохранительными полосами с одной или двух сторон.Ширину проезжей части разрешается увеличивать за счет уменьшения ширины предохранительной полосы на развязках, съездах и выездах.Ширину тротуара назначают по расчету в зависимости от расчетной интенсивности пешеходов в час.

Разбивка моста на пролеты

Пролет моста - горизонтальное расстояние между смежными опорами моста или пролетного строения. Разбивка отверстия моста на пролеты и назначение величины отдельных пролетов производятся в зависимости от характера и режима реки, от условий судоходства(Пролеты для пропуска судов располагают в основном русле над судовым ходом и ставят так, чтобы опоры моста не стесняли движение судов. Количество и размер судоходных пролетов определяется требованиями судоходства с требованиями основных подмостовых судоходных габаритов) или сплава, а также по экономическим и техн. соображениям. Различают полный пролет (L), пролет в свету (L₀) и расчетный пролет (L_i).

Читайте также: