История появления стальных мостов

История появления стальных мостов

К металлическим обычно относят мосты, пролетные строения которых изготовлены из метала (чугуна, стали или алюминиевых сплавов). Опоры могут быть выполнены как из металла, так и из других материалов: камня, бетона и ж.б.

1735г.начался железный век. Тогда на металлургическом заводе в Колбрукдейле(Англия)удалось получить долгожданный металл в доменной печи с помощью кокса-назван чугуном.

Время появления металлических мостов в европе является 2 пол. 18в. В то время металлургия только начала развиваться, поэтому основным материалом являлся чугун и сварочное железо. Основными чугунными мостами являлись арочные системы в виде концентрических колец, из массивных секций в виде полых коробчатых отливок, чугунных арок двутаврового сечения. Балочные чугунные мосты не получили распространения, так как чугун плохо работает на изгиб.

Одновременно с чугунными мостами начали развиваться висячие мосты. Сначала в них применялась сварная цепь, которая была заменена проволочными кабелями. Однако в то время такие мосты не были надежны из-за малой жесткости и раскачивании мостов ветром и ритмичной нагрузкой. С такими мостами нередко случались обрушения.

 

В 1779 г в Англии через р.Северн был сооружен первый чугунный мост с главным пролетом около 32 м.

В 1842-1850 г русским мостостроителем С.В. Кербедзом был запроектирован и построен мост в Петербурге через р.Неву. Мост имел 7 арочных пролетных строений длиной от 32, 6 до 47,5м.

В 1840 г. в Будапеште через реку Дунай был перекрыт пролет 220м.

Одновременно с чугунными мостами начали развиваться висячие мосты. Сначала в них применялась сварная цепь, которая была заменена проволочными кабелями. Однако в то время такие мосты не были надежны из-за малой жесткости и раскачивании мостов ветром и ритмичной нагрузкой.

В начале XIX в. началось строительство висячих мостов пролеты которых доходили до 235 м(мост во Фрейбурге, 1834). В России висячие мосты с небольшими пролетами были построены в Петербурге, а первый большой висячий цепной мост с пролетами по 134 м был сооружен через р. Днепр в Киеве в 1853г.

В 1815 г. начали применять проволочные канаты для висячих мостов.

Заклепочные соединения применялись в Европе с начала 19 века(в России с 1830г), а выпуск прокатного металла впервые в мире начался в Англии в 1819-1830 г(в России в 1840).

Одновременно с развитием балочных систем пролетных строений во второй половине 19 века получили широкое распространение при перекрытии больших пролетов висячих мостов.

Кроме мостов балочной системы, в России после 1880 г достаточно часто применяли и железные арочные мосты.

Появление в 20 веке современных высокопрочных сталей дало дополнительные возможности в развитии металлического мостостроения.

В начале 20 в стали включать шарниры в пролеты, превращающие неразрезную систему в консольную.

Основные системы металлических мостов

Металл достаточно универсальный материал. Хорошо работает на сжатие, растяжение, кручение и сдвиг. Поэтому из металла можно создавать любую мостовую конструкцию.

Все металлические мосты можно условно разбить на 2 группы:

-сплошностенчатые

-решетчатые.

Металлические мосты классифицируются в основном по статическим схемам.

Пролетное строение металлических мостов может быть выполнено по следующим основным статическим схемам: балочные, рамные, арочные, вантовые, висячие, комбинированные.

1. Балочные мосты – балочное пролетное строение, хар-ся тем, что при воздействии на них вертикальной нагрузки передают на опоры вертикальные реакции, что позволяет сооружать пролетные строения этого типа на достаточно высоких опорах. Балочные мосты могут быть представлены:

а) разрезные системы – балочное разрезное пролетное строение перекрывает отднльно каждый пролет. Между собой пролетные строения связаны деформ. швом, поэтому вся нагрузка, нах-ся на пролетном строении передается пролетному строению.

б) неразрезные системы – независимо от положения временной нагрузки в работе принимает участие все пролетное строение, при этом в промежуточных опорах возникают моменты, которые уменьшают усилия в пролетах. Это позволяет сократить расход металла для пролетных строений и увеличить длину пролета. Они чувствительны к неравномерной осадке опор, что приводит к другим усилиям.

в) консольные системы-они в силу своей статической неопределимости не чувствительны к неравномерной осадке опор, а по характеру распределения внутренних усилий консольные системы ближе к неразрезным, однако размещение шарнира в пролете на весу способствует перелому профиля моста.

2. Рамные мосты

В рамных системах пролетные строения и опоры представляют собой одно целое.

Они в основном являются распорными системами. Распор позволяет уменьшить металл в ригеле. Рамные мосты наиболее предпочтительны при пересечении оврагов, ущелье и т.п., когда стойки опор позволяют перекрывать достаточно большие пролеты.

3. Арочные мосты-его основной элемент арка и система является распорной, но надо прочное и жесткое основание, чтобы конструкция была экономичной. Арочные пролетные строения являются жесткой конструкцией. На арочных мостах можно размещать проезд в разных или нескольких уровнях.

4. Вантовые мосты-символ современного мостостроения. Особенностью вантовых мостов является их наглядная ясность конструкции. Введение в конструкцию большого числа вант позволяет свести к минимуму строительной высоты. Меняя число пилонов, выполняя различные крепления вантов получают разнообразные конструктивные формы вантовых мостов.

5. Висячие мосты – через полноводные преграды с судоходным движением. Мосты висячей системы – основной несущий элемент кабель из проволок. Для придания жесткости полотну проезда к кабелю подвешивают мощную обтекаемую балку или систему. Система является распорной и поэтому устраивают анкерные устои

6. Комбинированные системы

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).

По числу пролетов мосты бывают: однопролетные и многопролетные.

 

 

 

 

Нормирование сталей.

Основным стандартом, регламентирующим характеристики сталей для строительных металлических конструкций, является ГОСТ 27772 - 88. Согласно ГОСТу, фасонный прокат изготовляют из сталей С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345к, С375, для листового и универсального проката и гнутых профилей используются также стали С390, С390К, С440 и С590К. Стали С345, С375, С390 и С440 могут поставляться с повышенным содержанием меди (для улучшения коррозионной стойкости) при этом к обозначению стали добавляют букву Д.

>Буква С в наименовании означает сталь строительную, цифра показывает значение предела текучести в МПа, буква К - вариант химического состава.

Прокат поставляют как в горячекатаном, так и в термообработанном состоянии.

В зависимости от температуры эксплуатации конструкций и степени опасности хрупкого разрушения испытания на ударную вязкость для сталей С345 и С375 проводятся при разных температурах, поэтому они поставляются четырех категорий, а к обозначению стали добавляют номер категории, например С345-1, С375-2.

По углеродному эквиваленту, в процентах, проводится оценка свариваемости стали. Где Mn, Cr, Cu,C, P, V и Si – это массовое значение в процентах марганца, хрома, меди, углерода, фосфора, ванадия и кремния.

Сварка стали не вызывает особых затруднений при Сэ< 0.4%, однако при 0.55%>Сэ>0.4% сварка вполне возможна, но требуется применения особых мер по предотвращению возникновения трещин. Опасность появления трещин резко возрастает при Сэ>0.55%.

Оценку свариваемости стати проводят по углеродному эквиваленту (%). где С, Mn, Si, Cr, Ni, Си, V и Р - массовая доля углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %.

Принципиальных различий между свойствами стали, имеющими одинаковый химический состав, но поставляемым по разным стандартам, нет. Разница в способах контроля и обозначениях. Так, по ГОСТ 380-88* в обозначении марки стали указываются группа поставки, способ раскисления и категория.

При поставке по группе А завод гарантирует механические свойства, по группе Б - химический состав, по группе В - механические свойства и химический состав.

Степень раскисления обозначается буквами: кп - кипящая; сп-спокойная; пс - полуспокойная.

Все эти факторы указывают в марке стали. Так, например, ВСтЗпсб - это сталь 3, полуспокойная, с гарантией в пределах величин, установленных стандартом для этой стали, механических характеристик, химического состава и ударной вязкости после механического старения. В строительстве в основном используют стали марок ВСтЗкп2, ВСтЗпсб и ВСтЗсп5, а также сталь с повышенным содержанием марганца ВСтЗГпс5.

 

 

Болтовыве соединения

Появились одновр с чугун.к-циями (1735, Англия).

Обычный болт бывает сложно поставить в просверленное отверстие, поэтому болт. соед-нию свойственно прискальзывание:

2 вида обычных болтов:

1. Чистые (точеные) – имеющ. точно фиксированный и часто исп-мые вместо заклепок. Исп-ся чаще в нахлесточных соединениях.

2. Черные изгот из прокатн прутов, служащих в кач-ве крепежных эл-тов.

Сущ. также анкерные болты для крепления Мек ж/б.

Обяз-но уст-ют шайбу.

Резьбы болтов стандартизированы.

Важной хар-кой явл-ся шаг резьбы Р. Метрическая резьба явл-сяосн-ной треуг резьбой. Метрическиерезьбм.б. с крупным и мелким шагами.

В мостострприним с крупным шагом, обозн. «М» и числом, выраж резьбы в мм (М20).

Трапециидальная резьба явл-сяосн.. Она стандар-на в диапазоне мм.

Уст-ны поля допуска . Степень точности и осн. отклонения. Обохнач. поля допуска сост. из цифр, показ.ст-нь точности и буквы, показ осн. отклонения.

Важной хар-кой явл-ся класс прочности.

4 0,6 – предел текучести ;

Для соед-нияосн. эл-товисп-ся высокопрочные болты, вып-мые из термически упрочненной стали. Это жесткое соед-ние (без проскальзывания).

Болты затягивают до такого знач. усилия, при кот. Возникающ-ся силы фрикционного сцепления делают соед-ния практически жесткими, искл. сдвиг соед-е наз. фрикционным.

Соед-ние высокопрочных болтов по простотвып-ние не уступают обычным. Прим-ся с 1948г. В Бларуси.

Для них не играет роли отверстия (до 3 мм зазор) - очень грубая точность.

В практике широко исп-ся высокопрочные болты типа 1110, 110С и 135.

Цифры соот-ют мин значению временного сопр-ния мат-ла болта в кгс/мм².

«С» - для -40 и ниже («север»)

Болты типов 110, 110С изг-ют из хромистой стали 40Х, 135-38ХС.

В наст.время прим-сявысокопрочн болты с цинковым напвлнием.

Натяжение болта произ-ся завинчиванием спец. ключом, что позволяет получать строго контролируемый момент, обесп. треб. натяжение болта ;

К – коэф-т закручивания болта (0,17,,,0,19).

Фрикцион соед-ние обладает преимуществом по отн-нию к заклепочному. Оба явл-сянахлес-ми и треб доп затрат Ме. Усилие натяжения высокопросн. болта:

,

- коэф. усл работы при .

Расчет усилия, кот. М. передать болт по одной пов-сти трения опр-ся по ф-ле: ,

– коэф трения между соприкос. пов-стями;

- коэф. надежности.

При передаче через фрикц. соед. прод силы N число , – число болтовых контактов;

( – коэфусл работы по мостам (0,9)

Заклепочное соединение

Осн. эл-том явл-ся заклепка, кот.м.б. иметь головку сферическую, потайную или полупотайную.

Исп-ся для сплачивания отдельных листов Ме в пакет, соед. эд-тов м/усобой и для устр-ва монтаж стыков.

Заклеп. соед-ниеотн-ся к категории нахлесточныхсоед-ний.

Для получения закл. соед-я вып-ют отверстия, кот опр-ет расч .

Чаще всего заклепка 23 мм, для более мощных эл-тов ; – второстепнных.

стержня заготовки заклепки прин-ся на 1 мм меньше отверстия.

Для того, чтобы стержень мог плотно заполнить отв., Ме необходимо привести в пластич. состояние, что достиг.нагревом до 1100 .

Перед постановкой заклепки в отв. сбивают околику; стержень должен выступать на 1,35–1,5 выше соед-ния эл-тов.

Излишек длины стержня образуют, головки формируют молотком m=4кг или пневмомолотком.

В заклепсоед-нии возникает срьезная зона концентрации напряжений.ДляL с шириной 200 и > - 2 ряда заклепок, < 200 – 1 ряд.

 

Сопряжения балок.

Опирание поперечных балок на главные может быть представлено 3 способами:

1. Путем укладки поперечных балок на верхние пояса главных балок

Самая простая конструкция. Опирают с помощью центрирующих подкладок или простейших опорных частей.

2. В одном уровне с верхними поясами балок

Применяют для уменьшения строительной высоты

3. Пониженно

Применяют для уменьшения строительной высоты, если присутствуют продольные балки.

Поперечные балки прикрепляются с помощью уголков или накладок, обжимающих стенку балки.

Сопряжение продольных балок с поперечными производят:

1. Этажно.

Продольные балки непосредственно опираются на поперечные. Опирание неподвижно с помощью заклепок или болтов.

2. Сопряжение в одном уровне.

Верхние пояса продольных балок примыкают к поперечной балке, соединяют с помощью накладок

3. Пониженное примыкание

Дает наименьшую строительную высоту.

 

Конструкция главных балок.

Высота главных балок определяется требованиями достаточной жесткости пролетного строения под вертикальной нагрузкой, а так же экономическими соображениями, сводящимися к минимальной затрате металла.

Также высота главных балок ограничивается условиями вертикальной планировки моста, определяющими максимально возможную высоту.

Высота балок в а/д мостах составляет 1/9-1/11 от пролета, если включена в работу ж/б плита, то высота уменьшается до 1-10-1/16. Сама высота рассчитывается, естественно.

Количество главных балок зависит от ширины проезжей части, расчетной нагрузки и величины пролетов моста. Если ширина небольшая, то достаточно только двух балок, а если большая— применяют несколько главных балок. Если расстояние между главными балками велико, то применяют балки настила.

Если применяются сплошные балки, то они по своей конструкции могут быть клепаными и сварными. Оба этих виды в основном двутаврового сечения.

Также применяются балки коробчатого сечения. Стенки коробок устраивают вертикальными или наклонными, усиливая их ребрами жесткости. Настил устраивают из ортотропной плиты, также устраивают нижний ортотропный лист, связывающий стенки пролетного строения понизу.

 

Фермы с жесткими поясами.

Жесткий пояс воспринимает продольные усилия и изгибающие моменты, позволяет опирать на него поперечные балки проезжей части не только в узлах главных ферм, но и в пределах длины их панелей.

Такие фермы удобны при монтаже, так как облегчают продольную надвижку пролетных строений, потому что не требуется усиление нижнего пояса для осуществления накатки.

 

Опорные рамы.

Для пространственной жесткости пролетного строения по его концам устраивают поперечные связи в виде жестких опорных (портальных) рам.

Портальная рама образуется из жестко связанных между собой опорных стоек или раскосов главных ферм и крайней распорки верхних связей, которая служит ригелем рамы.

Если пролет заканчивается раскосом, то портальные рамы располагают наклонно в плоскости этих раскосов. При наличии опорных стоек рамы делают вертикальными.

 

Тормозные связи.

В а/д мостах тормозные усилия передаются настилу и далее главным балкам, в фермах— их нижним поясам. Поэтому сооружение спец. устройства для передачи тормозных усилий не требуется.

В ж/д нагрузки значительно больше. Поэтому в пролетных строениях с балочной клеткой необходимо утраивать тормозные связи.

Эти связи устраивают на концах пролетных строений или по середине пролета.

 

Расчет связей.

Расчет на воздействие горизонтальных поперечных нагрузок: давление ветра, боковой удар силы, расположенной на кривой в плане.

Нормальная нагрузка – по СНиП 2.05.07-85.

Распределение ветровой нагрузки принимается равномерным. Площадь поверхности, подвергающейся воздействию ветровой нагрузки принимают для балок со сплошными стенками = площади в пределах контура пролетного строения.

Для ферм=0,2 от площади контура.

Для проезжих частей сквозных пролетных строений = боковой поверхности балочной клетки, не закрытой поясом фермы.

Нормальное значение от поперечных ударов автомобилей в виде распределенной нагрузки 0,39К прикладывается в уровне верха проезжей части.

Распределение поперечной нагрузки между верхними и нижними связями условно и зависит от уровня проезда. При езде поверху прикладывается 80% ветровой нагрузки к верхним продольным связям, к нижним при езде понизу.

Расчетная схема для продольных связей – балочная ферма, имеющая опоры в местах опирания главных ферм.

В разрезных пролетных строениях связи расчитывают как разрезные фермы с длиной пролета, равной длине пояса, вдоль которого они расположены, а в неразрезных— как неразрезные фермы.

Усилия в поясах связей, расположенных в середине пролета:

, B— расстояние между поясами фермы.

Усилия в раскосах определяют по формуле:

 

 

Надарочные строения

В арочных пролетных строениях с ездой ПВ и ПН и поддерживающие ее конструкции образуют так назнадарочное строение. Поддерживающие к-ции м состоять из стоек и надарочных прогонов, но кот опираются пролетные строения ПЧ. Надарочные прогоны м проходить над арками и опираться на них в середине пролета. Такое решение не очень удобно, т к увеличивается строительная высота. При недостаточной строительной высоте верх надарочных прогонов м расположить в одном уровне с верхом арок. В местах примыкания прогонов и арок целесообразно устраивать деформационные швы. Наличие надарочных прогонов позволяет назначить конструкцию ПЧ независимо от конструкции арок и расстояния между стойками надарочного строения. Конструкция надарочного строения мб и без специальных прогонов. Поперечные балки ПЧ м крепить непосредственно к стойкам, а в ср части к аркам. Мостовое полотно поддерживается продольными балками, опирающ-ся на поперечные. Конструкции надарочного строения и сопряжения концов с арками м б жестким или шарнирным. Жесткими – чаще. Минусы-изгиб в плоскости арок выравниваемый изменением температуры и совместной работе арок при действии вертикальных нагрузок. Характер работы арок и стоек при изменении температуры различен.

Арочные мосты с затяжкой

Для уменьшения горизонтальных воздействий арочных пролетных строений на опоры применяют арки с затяжкой.

В арочных мостах с затяжкой распор воспринимается затяжкой, а поэтому опорам передаются только вертикальные давления. Различают мосты: с жесткой аркой, работающей на сжатие и изгиб, и гибкой затяжкой, воспринимающей растягивающие усилия от распора; с гибкой аркой, предназначенной для работы на сжатие, и с жесткой балкой - затяжкой, работающей на растяжение и изгиб; с жесткой аркой и жесткой балкой жесткости — затяжкой.

Арки с затяжками применяют при пролетах более 33 м, когда железобетонные балки становится нецелесообразными.

Расчет арки на устойчивость

Кроме расчета на прочность, арка должна быть также проверена на устойчивость против выпучивания как в своей плоскости, так и в поперечном направлении.

Критическая нагрузка на арку, или критическое продольное усилие в ней, прикоторых может произойти потеря устойчивости в плоскости ее кривизны, зависит от жесткости арки EI, и геометрических характеристик ее оси: пролета-l, стрелы подъема-f, очертания оси.

Для удобства расчетов при проверке устойчивости арки против выпучивания обычно пользуются условной свободной ее длиной l_с, дающей возможность свести проверку устойчивости арки к обычному расчету на продольный изгиб прямолинейного стержня длиной l_с, нагруженного продольной силой, равной продольному усилию N в арке.При проверке устойчивости арки против выпучивания из своей плоскости свободную ее длину l_с принимают равной расстоянию между узлами продольных связей, соединяющих арки.

При проверке устойчивости арки в плоскости е кривизны надо принимать во внимание возможные формы деформации ее оси при выпучивании, вызванном потерей устойчивости.

Комбинированне системы

Комбинирован наз системы из простых балочных, арочных, рамных или обр-ны введением элементов в состав простых систем.Они весьма разнообразны по конструкт формам.

Арка с затяжкой- внешне безраспорная.Опорные реакции подобны арочной сист, след уменьш стоимость опор. Плюсы благопривнеш вид.

Если в сист арка с затяжкой последнюю развив-т мощной балкой.Системапревращ в гибкую арку с жесткой затяжкой. В случае недоста строительной высоты, гибкую арку м на части пролета распол-ть выше балки. Комбиниров система, когда арка жесткая.Это решение менее целесообраз, т к несущ эл-ты раб на продольную силу и изг момент. Различают комбинсстем:неразр балки с усилением х снизу на участках, примык к пролет. Опорами подпругая в виде полуарок, на кот балка опирается при помощи стоек. Плюсы –комбиинсист с жесткий балкой, возможность независимой компановкиконстр ПЧ от констр самой с-мы.При езде ПН созд удобство при прод подвижке как балки, так и пролет строения. Общая высота кон-ции Н комбиниров системы принимаеют (1/6-1/9)L,а всоту балки жестк (1/30-1/50)L.

Высота балки,усил подпругами м б 1/60L. Высота этих с-м над промежутками опорами(1/8-1/12)Lсреднего пролета.

При загружении вред пролета врем нагрузкой на крайних опорах возникают отрицатопорнереакции.Их погашение возможно исп-ниемпригруза.

 

Конструкции висячих мостов

В зависимости от системы главной несущей конструкции могут быть:

ü висячие мосты с кабелем или цепью;

ü висячие мосты с балкой жесткости, поддерживаемой вантами;

ü висячие мосты с вантовыми фермами.

Висячие мосты с кабелем или цепью - основным несущим элементом является гибкий кабель, подвешенный к вер­шинам установленных на опорах башен — пилонов и

закрепленный своими концевыми частями — оттяжками в грунте или специальных анкерных опорах.

В зависимости от передачи распора концами кабеля висячие мосты разделяются на 2 вида:

- р а с п о р н ы е (усилие кабеля передается к концам на грунт или устои);

- б е з р а с п о р н ы е (основной несущий кабель проходит непрерывно через несколько пролетов, а концы его закрепляют в виде оттяжек).

системы распорных мостов безраспорный мост

 

1 – кабель; 3 – оттяжка; 4 – пилон; 5 – балка жесткости; 6 – ферма жесткости; 7 – место прикрепления кабеля к балке жесткости; 8 – вертикальная подвеска; 9 – наклонная подвеска.

Висячие мосты с балкой жесткости, поддерживаемой вантами – балка жесткости неразрезная, ванты располагают симметрично по обе стороны пилонов, чтобы мост в целом работал как безраспорная система.

Каждый вант моста состоит из пучка крученных проволочных канатов.

1 – балка жесткости; 2 – пилон; 3 – вант.

Висячие мосты с вантовыми фермами. Вантовая ферма – геометрически неизменяемая система, образованная из прямолинейных отрезков стальных крученных проволочных вантов, соединённых между собой в узлах. Простейшая схема вантовой фермы (радиальная или лучевая):

1 – лучевые ванты

 

Пилоны висячих мостов

П и л о н ы предназначены для восприятия нагрузки от несущего кабеля в висячих мостах. В поперечном сечении пилоны обычно имеют 2 вертикальные стойки, объединенные в рамную конструкцию многоярусными горизонтальными распорками или крестовыми связями (рис. в).

Выбор схемы пилоны определяется тремя факторами:

· длиной пролета;

· шириной моста;

· количеством плоскостей вант.

 

Пилоны висячих мостов могут быть:

Ø жесткими (защемленные нижним концом на опоре);

Ø качающимися (шарнирно опертые нижним концом);

Ø гибкие (жестко защемленные нижним концом, но достаточно гибкие в плоскости главных ферм).

 

 

Кабели, подвески

В современных висячих мостах наиболее распространены конструкции с главным несущим элементом в виде проволочного кабеля. При этом кабель может быть двух видов:из крученных проволочных канатов;из параллельных проволок. Крученные проволочные канаты. применяюи следующие виды проволочных канатов:- однопрядные канаты (рис. а) – вокруг центральной проволки намотаны спиральные слои проволок; - многопрядные канаты (рис. б) – составляются из отдельных проволочных прядей, вокруг центральной пряди навивают 6 и более прядей. Обычно применяют крестовую свивку;- плотные канаты (рис. в) – состоят из проволок круглого или фасонного сечения. Среднюю часть каната образуют из пучка круглых проволок.Диаметр проволок канатов обычно составляет 3-5 мм. Параллельные проволоки. Кабель из параллельных проволок получается более компактным и плотным. В нем меньше объем пустот и может быть лчше обеспечена защита проволок от ржавления.Процесс изготовления кабеля из параллельных проволок называется прядением.

 

Через пилоны перекидывают вспомогательные кабели → подвешивают рабочие подмости → монтируют бесконечно вспомогательный канат → прикрепляют прядильные колеса к разным ветвям бесконечного каната → устанавливают барабан с проволокой → нить проволоки обводят вокруг башмака → приводят в движение ведущий канат, перемещающий прядильное колесо в сторону пролета → прядильное колесо доходит до второго устоя → снимают петлю проволоки, надевают башмак закрепления и его петлю → одновременно такие же операции выполняет 2-е кольцо, совершающее встречные передвижения → укладывают на башмак нужное число проволок → конец проволоки сращивают с начальным концом → образуется прядь → формируют полное сечение кабеля, обжимая его специальным прессом.

 

Ванты

Ванты вантовых мостов могут быть двух типов: гибкие и жесткие.

Гибкие ванты изготовляют аналогично кабелям висячих мостов из спиральных, многорядных или закрытых витых канатов или из параллельных проволок. Учитывая прямолинейность вант, наиболее рационально проектировать их из пучков параллельных проволок.

Совершенствованием конструкций вант, состоящих из пучка параллельных проволок, является их решение из канатов заводской готовности с параллельным расположением проволок. Такие канаты, имеющие шестигранную форму (рис. 1.15, а), изготовляют из оцинкованной проволоки диаметром 5 мм с прочностью на разрыв 1500 МПа. Снаружи канат защищен оболочкой, состоящей из 2 слоев стеклоткани, стальной оцинкованной ленты и силиконовой окраски. Пустоты каната заполняются антикоррозийным составом в виде синтетического каучука (силиконовый компаунд). Формы образования вант из таких канатов аналогичны формам образования кабеля из витых канатов (рис. 1.15, б).

Рис. 1.15. Гибкие ванты из канатов и прядей (стрендов) с параллельным расположением проволок: а – канаты с параллельными проволоками; б – пример форми­ро­вания ванты из канатов; в – прядь; г – формирование ванты из прядей; 1 – отдельные проволоки ф_ПР = 5 мм; 2 – защитные оболочки; 3 – заполнение антикоррозийным составом; 4 – канат; 5 – прядь.

В последние годы получили распространение ванты по монострендной технологии, состоящие из отдельных прядей (стрендов). Каждая прядь компонуется из семи параллельных гальванизированных проволок диаметром 5 мм, заключенных в оболочку из полиэтилена высокой плотности, заполненную смазкой (рис. 1.15, в). Ванты формируют из прядей, размещаемых по схеме 1+6+12+18… с увеличением их числа в каждом последующем ряду (рис. 1.15, г).

Английской фирмой ICI предложен к использованию для канатов новый материал из синтетического волокна Parafil, который по прочности не уступает стали (1500 МПа), не подвержен коррозии и легче воды (удельный вес 9,81 кН/м³), но разрушается от щелочи и ультрафиолетовых солнечных лучей. Стоимость его достаточно высока.

Жесткие ванты представляют собой канаты или пучки проволоки, окруженные железобетонной оболочкой (обоймой) с последующим инъектированием внутренней полости цементным раствором под давлением 60…100 атм. (рис. 1.16, а, б), либо стальные элементы из прокатного металла (рис. 1.16, в).

 

Рис. 1.16. Жесткие ванты: а – ванта круглой формы; б – ванта прямоугольной формы; в – сечения вант из прокатного металла; 1 – канаты; 2 – ж.б. обоймы; 3 – анкеры; 4 – крышка; 5 – отверстия для нагнетания; 6 – цементный раствор; 7 – двутавровое сечение ванты; 8 – коробчатое сечение ванты

Сборная обойма, состоящая из секций (блоков) длиной 2…3 м, омоноличивается с канатами, и создается предварительное натяжение вант усилием, равным усилию от временной нагрузки. Это позволяет заранее выбрать вытяжку вант и снизить момент в балке жесткости (примерно в 1,5 раза), а также повысить жесткость всей системы.

Жесткие ванты применимы в железнодорожных мостах, так как они имеют большую площадь поперечного сечения, большую продольную жесткость, что уменьшает вертикальные прогибы сооружения, а также в мостах, где возможна интенсивная коррозия металлических элементов.

 

 

75. Крепление вант к пилону

Конструкция прикрепления вант к балке жесткости осуществляется при помощи концевых анкерных стаканов, опирающихся на плиты и диафрагмы. При регулировании усилий в вантах при помощи домкратов возникают зазоры между плитой и анкерным стаканом, которые заполняются шайбами различной толщины, имеющими прорези.

Опирание вант на пилон осуществляется с помощью сварных или литых опорных частей, называемых опорными седлами. Канаты могут не прерываться над пилоном, и тогда в другом пролете они служат оттяжкой. Если по расчету в боковом пролете требуется изменить количество канатов, то часть их обрывают и закрепляют на пилоне в специальных траверсах. Канаты на пилоне прижимают к опорному седлу накладками с болтами. В мостах делают обрыв всех вант на пилоне и прикрепляют их анкерными стаканами опирания на наклонные диафрагмы.

В однопилонных мостах высота пилона над балкой жесткости составляет 1/2,4—1/5, в двухпилонных — 1/5— 1/7 величины большего пролета, высота балки жесткости — 1/60—1/110 большего пролета. Углы наклона вант к оси балки принимают не менее 20 и не более 65°.

 

76. Основы эскизного расчета вантовых мостов

Особенности разработки вариантов вантового моста.