Бахтин С.А., Овчинников И.Г., Инамов Р.Р. Висячие и вантовые мосты. Проектирование, расчет, особенности конструирования
Подождите немного. Документ загружается.
101
Если подвеска представляет собой канат, то конструкция данного уз-
ла будет аналогичной рис. 5.9.
Рис. 5.8. Конструкция узла прикрепления подвески к балке жесткости:
1 – подвеска; 2 – болт-шарнир; 3 – фасонка; 4 – балка
В конструкции подвески необходимо предусмотреть устройство для
регулирования ее длины. Это может быть стяжная муфта с разносторонней
резьбой – при ее вращении концы круглых стержней или анкерные стака-
ны будут приближаться друг к другу (см. рис. 5.9). Можно подвеску с ан-
Рис. 5.9. Конструкция узла
регулирования длины
подвески: 1 – подвеска:
2 – анкерные стаканы;
3 – муфта; 4 – балка
102
керным стаканом пропустить под плиту проезжей части и регулирование
проводить при помощи домкратов и поперечных балок, аналогично кабелю
на анкерной опоре (см. рис. 5.7).
Ввиду ограниченности объема данного учебного пособия вопросы
конструирования балок жесткости опущены, но оно принципиально не от-
личается от обычных металлических, сталежелезобетонных или железобе-
тонных балок [1, 2 и др.].
Конструкции кабельных мостов широко представлены в литературе
[2, 4, 6, 11, 13, 17, 23, 29, 34].
5.3. Висячие мосты повышенной жесткости
В данном подразделе рассмотрим только конструкции узлов, отли-
чающиеся от приведенных ранее (рис. 5.4-5.9). Например, узел прикрепле-
ния кабеля к балке жесткости (рис. 5.10).
Рис. 5.10. Конструкция узла прикрепления кабеля к балке жесткости: 1 – кабель;
2 – скобы с гайками; 3 – балка: 4 – обойма; 5 – болты для стяжки
Необходимо учесть, что в данном узле происходит передача не толь-
ко вертикальной составляющей усилия в кабеле, но и горизонтальной.
Прикрепление кабеля к балке создает продольное усилие в ней при загру-
жении половины пролета, что следует учитывать при расчете сечений. Хо-
тя иногда узел проектируют без передачи горизонтальной составляющей
усилия.
Узел крепления наклонной подвески (рис. 5.11 ) принципиально от-
личается от аналогичного узла на рис. 5.4 тем, что здесь болты расчетные,
их следует подбирать из условия обеспечения восприятия сдвигающей си-
лы за счет трения обоймы о поверхность канатов. Длина подвесок регули-
руется при помощи гаек и резьбы, расположенных на их концах.
103
Рассмотрим несколько подробнее конструкцию Танкервильского
моста (Франция, р. Сена, 1959 г., рис. 5.12). В архитектурном отношении
интересно
Рис 5.11. Узел крепления наклонной подвески к кабелю: 1 - кабель; 2 - подвеска;
3 - обойма с упором. 4 - болты; 5-гайки регулирования
Рис. 5.12. Танкервильский мост (Франция, р. Сена, 1959 г.)
104
решены анкерные опоры. Левая оттяжка закреплена в скальном грунте,
проходя внутри тоннеля длиной 40 м. Правая опора расположена в пойме,
и ей придали выразительное очертание: ее массивность, с одной стороны,
показывает мощь конструкции, а с другой стороны, - отделяет висячий
мост от эстакадной части. Кабели компактного типа, в виде шестиугольни-
ка размерами 0,65х0,58 м, состоящего из 56 канатов. Мост относительно
неширок: В = 16 м (В/l = 1:40), и для придания ему аэродинамической
устойчивости использована ферма жесткости. Пилоны приняты железобе-
тонные, общая высота опоры 130 м (H
пл
= 67 м). На рис. 5.13 показаны три
основные этапа монтажа: сооружение пилонов (фундаменты кессонного
типа); навешивание временного
рабочего мостика и монтаж кабеля; подвешивание фермы жесткости.
Следует обратить внимание на то, что монтаж фермы ведется сим-
метрично, чтобы уменьшить искажение формы кабеля.
Рис. 5.12. Танкервильский мост (Франция, р. Сена, 1959 г.)
Ряд уникальных мостов с наклонными подвесками запроектирован
ЦНИИПроектстальконструкция (ПСК) под трубопроводную нагрузку (р.
Амударья, l = 660 м; р. Днепр, l =720 м, р. Амударья, l =950 м) и нагрузку
105
Рис. 5.13. Схема сооружения Танкервильского моста
от транспортера с грузом (р. Волга, l = 874 м).
На рис. 5.14 показан проект висячего трубопроводного моста проле-
том l = 950 м. Главной особенностью трубопроводных мостов является
чрезвычайно малая ширина (В/l =1:300...1:350), поэтому в представленной
конструкции действуют три пары кабелей, образующих жесткую про-
странственную систему, обеспечивающую вертикальную, горизонтальную
и крутильную жесткость.
Основной кабель (20 канатов диаметром 71,5 мм) имеет обычное
очертание, нижний прямолинейный кабель (20 ∅71,5 мм) натянут в гори-
зонтальной плоскости. Между этими кабелями расположены две верти-
кальные плоскости основных подвесок.
Третья пара кабелей – ветровые оттяжки (3 ∅71,5 мм) – натянуты в
горизонтальной плоскости и имеют параболическое очертание (см. план на
рис. 5.14). Между основным кабелем и ветровыми оттяжками, между ниж-
ним кабелем и ветровыми оттяжками располагаются ветровые подвески
(∅25 мм).
106
Рис. 5.14. Висячий трубопроводный мост: 1 – трубопровод (2 ∅1000 мм),
2 – ветровые наклонные растяжки-подвески, 3– ветровые горизонтальные растяжки,
4 – ветровой кабель, 5 – нижний горизонтальный прямолинейный кабель,
6 – основные подвески, 7 – основной кабель
Мост рассчитан на пропуск трубопроводной нагрузки по двум тру-
бам диаметром 1000 мм.
Более подробные сведения о висячих мостах повышенной жесткости
изложены в [2–6, 8, 11, 13, 15, 17, 23, 26, 30, 31, 34].
5.4. Вантовые мосты с решетчатыми фермами
Как уже отмечалось ранее, мосты данных систем были популярны до
30-40-х гг. В СССР был построен ряд интересных мостов с вантовыми
фермами:
р. Магана, 1932 г., l = 80м, рис. 5.15;
р. Сурхоб, 1935 г., l = 120 м, см. рис. 1.4, а,
р. Нарын, 1935 г., l = 132 м;
р. Заревшан, 1934 г., l = 145 м.
107
Рис. 5.15. Конструкции вантовых мостов с решетчатыми фермами: 1 – ванты;
2 – болт-шарнир; 3 – анкерный стакан; 4 – фасонки: 5 – гайки регулирования; 6 – скоба
К достоинствам этих мостов можно отнести отсутствие S-образного
изгиба и хороший внешний вид. Но недостатки данных систем (малые про-
леты, трудоемкость, сложность монтажа) привели к тому, что сейчас они
не строятся.
Тем не менее, представляет интерес цитата из [34], написанная в
1934 г.: «Вантовые мосты (с решетчатыми фермами), будучи легкими со-
оружениями, из удобно транспортируемых элементов малого веса, допус-
кающими сборку без устройства подмостей, наравне с висячими мостами
являются незаменимыми для пионерного строительства в мало освоенных
гористых местностях.»
Далее в [34] приводятся девять факторов, определяющих эффектив-
ность вантовых ферм, например:
«... 3. Сечения элементов работают без ослабления заклепочными
дырами.
... 5. Образование стержней ферм из ряда отдельных элементов уве-
личивает безопасность сооружения и позволяет провести принцип про-
грессивного последующего развития элементов ферм с ростом обращаю-
щихся на дороге нагрузок ...
108
... 7. Простота узловых соединений, представляющих небольшие и
несложные детали, обеспечивающие разборность ферм ...»
На рис. 5.15 показаны принципиальные решения основных узлов
винтовых ферм. Основу узлов составляют болты-шарниры, фасонки и ан-
керные устройства в виде анкерного стакана, объединенного со скобой.
Длина элементов фермы регулируется (важный аспект данных систем –
обеспечить расчетную геометрию узлов, иначе элементы могут выклю-
чаться из работы) при помощи гаек и резьбы на скобах. Информацию о
данных мостах можно получить в [6, 9, 15, 30, 34]
5.5. Вантово-балочные мосты
Начиная с конца 50-х гг., как уже отмечалось ранее, вантово-
балочные мосты получили широкое развитие. Они постепенно вытеснили
традиционные конструкции (фермы, арки) с диапазоном пролетов от 100
до 200 м, а затем и висячие мосты с пролетами до 500 м.
Напомним основные достоинства вантово-балочных мостов: высокая
экономичность и технологичность, современный архитектурный вид, по-
вышенная жесткость, более высокая динамическая и аэродинамическая ус-
тойчивость по сравнению с висячими системами, отсутствие анкерных
опор (как правило).
К характерным особенностям современных вантово-балочных мос-
тов можно отнести:
применение неразрезных балок жесткости, как правило, двух- и
трехпролетных;
включение всех элементов (балок, вант, пилонов) в совместную про-
странственную работу;
применение разнообразных систем вант (веер, арфа, пучок и т.д.).
Рассмотрим более подробно конструкции двух отечественных мос-
тов, построенных в последние годы и отражающих достижения современ-
ного мостостроения.
5.5.1.
Московский мост в г. Киеве, р. Днепр, l = 300 м, 1976 г., вы-
полнен в виде однопилонной вантовой схемы (300 м+84,5 м) с комбиниро-
ванной системой «веер–звезда» (рис. 5.16). Ширина моста для шести полос
автомобильного и двух полос пешеходного движения – 31,4 м. На мосту
уложены трубопроводы большого диаметра (под проезжей частью).
Мост расположен на вертикальной кривой радиусом 15000 м, при
возвышении низа конструкций над судоходным уровнем 16 м. А-образный
железобетонный пилон имеет высоту 90 м, внутри пустотелый с толщиной
109
Рис. 5.16. Московский мост, г. Киев, р. Днепр, l= 300 м, 1976 г.
стенок 75 см. Металлическая балка жесткости неразрезная
(84,5+300+5х63+42), постоянной высоты 3,5 м, из стали 10ХСНД, состоит
из двух коробок 5,0х3,5 м и соединяющих их поперечных балок. Проезжая
часть и нижний пояс коробок выполнены в виде ортотропной плиты. Не-
обходимо отметить относительно низкую высоту балки жесткости: h/l
=1:85.
Схема монтажа балки жесткости предусматривала конвейерно-
тыловую сборку с продольной надвижкой по постоянным и временным
опорам. Для регулирования усилий в вантах монтаж велся с установкой
балки на 2 м выше проектной отметки.
В конструкции моста впервые в практике мирового мостостроения
использовался специально разработанный тип каната полной заводской го-
товности из параллельных проволок общим диаметром 60 мм (91 проволо-
ка ∅5 мм) с разрывным усилием 1200 кН (рис. 5.17). В каждой ванте со-
держится следующее число канатов (начиная от пилона): 20, 31 и 40 штук.
Новый тип каната сочетает достоинства витых канатов (заводская
готовность) и кабелей и вант из параллельных проволок (высокий Е
к
), ис-
ключая их недостатки: у витых канатов – низкое и непостоянное значение
Е
к
, у элементов из параллельных проволок – высокую трудоемкость пряде-
ния по одной проволоке.
Для данного каната Харцызским сталепроволочно-канатным заводом
была изготовлена промышленная партия (1300 т) оцинкованной (методом
горячего оцинкования) проволоки ∅5 мм из углеродистой стали марки 85.
Проведенные ВНИИ транспортного строительства (ЦНИИС) испытания
110
более 10000 образцов проволоки, ото-
бранных от всех 5200 мотков партии,
определили следующие характеристики
проволоки: временное сопротивление R
=1580±5 МПа, модуль упругости Е =
(2,07±0,08)10
5
МПа.
Важнейший вопрос - защита про-
волок от коррозии. Канат должен быть
стойким к атмосферным воздействиям,
к старению под облучением солнечной
радиацией и т. д. Противокоррозионная
защита должна наноситься в заводских
условиях, не портиться при транспор-
тировке и монтаже и обеспечивать надежную работу каната во время экс-
плуатации.
Очевидно, что при таких требованиях должен быть подобран долго-
твердеющий материал с высокой вязкостью, т.е. способный к «самозалечи-
ванию» при перегибах каната. Кроме того, чтобы материал не вытекал в
процессе полимеризации, нужно обеспечить его сохранность за счет свое-
образного чехла.
В результате проведенных конструкторско-технологических иссле-
дований был выбран следующий состав каната (см. рис. 5.17):
91 проволока по ТУ 14-4-188-72 диаметром 5 мм, расположенная в
11 рядов – 1;
противокоррозионный силиконовый компаунд для заполнения зазо-
ров, составленный из пасты, адгезионной добавки и катализатора, обеспе-
чивающего срок полимеризации до 12 ч, – 2;
лента шириной 50 мм из стеклянных нитей в два слоя с пропиткой
компаундом, играющая роль чехла, – 3,
оцинкованная металлическая лента шириной 20 мм, толщиной 0,3 мм
в два слоя для защиты от механических повреждений – 4,
окраска поверхности каната силиконовым компаундом с добавлени-
ем алюминиевой пудры – 5.
Для того, чтобы намотать канат из параллельных проволок на бара-
бан для транспортировки (проволоки одинаковой длины, а наружный ряд
должен быть длиннее внутреннего), его выполняют временно витым. Пе-
ред монтажом каната проволоки возвращают к параллельному расположе-
нию.
Рис. 5.17. Канат полной заводской
готовности для Московского моста
(г. Киев)