Общие сведения о вантовых мостах

Страница 1 из 5

Содержание лекции:

Вантовые мосты

• Общие сведения о вантовых мостах
• Мосты с вантовыми фермами
• Вантовые мосты с балками жесткости
• Конструкции вантовых пролетных строений
• Пилоны вантовых мостов

Вантовыми называют мосты, в которых главными несущими системами служат вантовые фермы (1), образуемые в основном гибкими растянутыми стержнями – вантами (8) (рис. 6.1, а), и комбинированные системы, в которых нижние пояса вантовых ферм заменены балками жесткости (7), работающими на изгиб и поддерживающими конструкцию проезжей части (рис. 6.1, б, в). Ванты (8) формируют из стальных канатов заводского изготовления или из пучков параллельных высокопрочных проволок. Балка жесткости в комбинированных системах работает совместно с вантами. Она позволяет в необходимых пределах варьировать размер панели системы благодаря возможности воспринимать и распределять внеузловую нагрузку, а также регулировать усилия в элементах системы за счет изменения натяжения вант в процессе ее монтажа.

Рис. 6.1 – Схемы вантовых мостов

Вантовые фермы и комбинированные системы поддерживаются пилонами (2). Горизонтальная составляющая опорного давления вант с мест их подвешивания на пилоне передается оттяжками (3) на специальные анкеры (6) (см. рис. 6.1, а, б). Наличие балки жесткости (7) в составе комбинированной системы позволяет закрепить на ней концы оттяжек (3) и превратить систему во внешне безраспорную (см. рис. 6.1, в). К узлам вантовых ферм при помощи подвесок (4) (см. рис. 6.1, а) или непосредственно подвешивается конструкция проезжей части, которая принципиально не отличается от применяемой в мостах других типов; в мостах с балками жесткости она размещается обычно между балками. Боковая жесткость вантовых пролетных строений обеспечивается фермой продольных связей, устраиваемой в уровне проезжей части. Поясами этой фермы в пролетных строениях с простыми вантовыми фермами служат специальные продольные элементы, устанавливаемые в плоскости вантовых ферм и называемые обычно ветровыми поясами (5) (см. рис. 6.1, а).

Пространственная жесткость вантовых пролетных строений обеспечивается в основном жесткостью конструкций, поддерживаемых вантами. Объединение в пролетных строениях с балками жесткости балок и проезжей части в единую систему, обладающую высокой крутильной жесткостью, обеспечивает повышение пространственной жесткости и пролетного строения в целом.

Основные достоинства вантовых мостов – легкость несущих конструкций большая перекрывающая способность, высокая экономичность по расходу материала и стоимости, возможность навесного монтажа. Относительно небольшая высота и размеры поперечного сечения балок жесткости даже при достаточно больших пролетах делают их благоприятными для изготовления на заводах металлоконструкций, устраняют необходимость членить по высоте на блоки из условий перевозки и упрощают их монтаж. Первые два достоинства обусловлены работой вант только на растяжение, что позволяет эффективно использовать в них стали высокой прочности. Вантовые пролетные строения по расходу стали (рис. 6.2) практически при пролетах более 100 м всегда экономичнее балочных цельностальных, а также балочных сталежелезобетонных. Возможность навесного монтажа определяется структурой вантовых систем. Ажурный силуэт вантовых мостов с балками жесткости постоянной высоты и наклонными вантами хорошо соответствует архитектурным требованиям современного мостостроения.

Рис. 6.2 – Зависимость расхода V стали на 1 м² площади проезжей части от перекрываемого пролета I пролетного строения: 1 – неразрезного цельностального; 2 – вантового с балками жесткости; 3 – балочного сталежелезобетонного в Советском Союзе; 4 – то же, за рубежом

Отрицательная особенность вантовых мостов – их пониженная жесткость по сравнению с мостами некоторых других систем. Это обусловлено высокими напряжениями, допускаемыми в вантах от временной нагрузки, пониженным модулем упругости некоторых типов вант, значительной их длиной в мостах больших пролетов, а также провисанием вант от собственного веса. Последнее приводит к тому, что вступлению вант в работу на растяжение, вызываемое временной нагрузкой, предшествуют дополнительные вертикальные прогибы пролетного строения, вызываемые уменьшением стрелы провисания вант. Провисание вант делает их как бы работающими с условно пониженным модулем продольной упругости. При этом ванты, имеющие разные длину и угол наклона, работают с разным условным модулем упругости.

Условный модуль продольной упругости материала провисшей ванты

где Е – модуль продольной упругости материала прямолинейной ванты; γ – объемный вес материала ванты; а – длина горизонтальной проекции ванты; F – площадь поперечного сечения ванты; S₁ – усилие в ванте от постоянной нагрузки и ее дополнительного напряжения; S₂ – растягивающее усилие в ванте после приложения временной нагрузки.

Один из наиболее целесообразных путей повышения продольной жесткости вант, провисающих под действием собственного веса, – их дополнительное натяжение, увеличивающее значения S₁, а с ним и условный модуль продольной упругости вант.

Достоинства вантовых конструкций предопределяют технико–экономическую целесообразность их применения в мостах больших пролетов, где легкость несущих конструкций приобретает особо важное значение. Не исключена возможность их применения и в мостах сравнительно небольших пролетов. Пониженная жесткость вантовых конструкций ограничивает их широкое использование в железнодорожных мостах. Они применяются главным образом в автодорожных и городских мостах. Однако имеются выдающиеся примеры возведенных вантовых мостов с балками жесткости под железную дорогу и совмещенных вантовых мостов.

3. Достоинства: -высокая индустриальность изготовления конструкций на заводе; -пролетные строения как правило унифицированы; -технологичность устр-ва или монтажа; -возможность перекрытия больших пролетов при относит. Небольшом весе пролетного строения; -возможность восстановления констр. при её повреждении, а также её усиление.

Недостатки: -потребность использования большого кол-ва прокатного металла; -необх-ть постоянного наблюдения за состоянием констр. узлов деталей; -предохранение конструкции от коррозии