Бахтин С.А., Овчинников И.Г., Инамов Р.Р. Висячие и вантовые мосты. Проектирование, расчет, особенности конструирования

Подождите немного. Документ загружается.

111

Испытания нового каната на прочность и выносливость показали,

что он в целом имеет характеристики, отличающиеся от аналогичных ве-

личин проволоки на 1...4% при сохранении целостности противокоррози-

онной защиты.

Следующий вопрос, требовавший решения, – это конструкция ан-

керного стакана, по прочности и надежности не уступающего основному

канату. Известно, что описанный ранее анкер заливного типа (см. рис. 1.8,

е), использующий сплав ЦАМ-9-1,5Л по ГОСТ 21437–75 (цинк, алюминий,

медь, магний) с температурой плавления 460...480°С, имеет ряд недостат-

ков: снижение усталостной прочности проволок при нагревании; слож-

ность технологии (подготовка сплава, разогрев анкерного стакана); расход

дефицитного цветного металла; повышенная опасность при производстве

работ.

Существуют анкеры с заливкой холоднотвердеющей смесью на ос-

нове эпоксидной смолы с температурой твердения 20°С, впервые приме-

ненные в ФРГ. Этот тип анкеров практически лишен отмеченных недос-

татков, но он обладает повышенной деформативностью, так как модуль

упругости смолы в десятки раз меньше, чем металла. Для частичного уст-

ранения данного недостатка в полость цилиндра закладывают стальные

шарики. Оптимальным считается состав: 6% - эпоксидная смола с отверди-

телем, 14 % – цинковая пыль, 80 % – стальные шарики.

На рис. 5.18 показана схема анкера, предложенного ВНИИ транс-

портного строительства, иногда называемого «анкером ЦНИИСа» [22], ко-

торый был применен для канатов моста в г. Киеве.

Рис. 5.18. Конструкция анкера ВНИИ транспортного строительства (ЦНИИС):

1 — канат, 2 — предохранительная трубка, 3— втулка, 4 — обойма, 5— анкерующая

смесь холодного твердения, 6—упорная плита, 7—концы проволок,

8— противокоррозионный материал, 9—заглушка

112

Канат 1 подходит к анкерной обойме цилиндрической формы 4 в

предохранительной трубке 2 до втулки 3. Далее каждая проволока пропус-

кается через отверстия в упорной плите 6 (сепараторе). Концы проволок

расплющиваются 7. Коническая полость анкера через отверстия заполняет-

ся анкерующей массой 5 – смесью холодного твердения, состоящей из не-

сущего скелета, вяжущего и наполнителя. Ее назначение – создать упругое

защемление элементов каната.

Пространство за сепаратором заполняется противокоррозионным ма-

териалом 8 для защиты концов проволок. Далее устанавливается заглушка

9. Испытания анкеров показали, что они равнопрочны канату.

После транспортировки канатов на специальных автомобильных

платформах (размером 4х15 м) на месте строительства проводились сле-

дующие работы: размотка и раскручивание канатов, виброрихтовка, кон-

троль длины и качества противокоррозионной защиты, окраска.

В настоящее время ведутся разработки аналогичных канатов из па-

раллельных проволок заводской готовности в нашей стране ( из 127, 169,

217 и 271 проволоки), в США и Японии (из 61, 91 и 127 проволок).

Английская фирма ICI предложила канаты из синтетического волок-

на Parafil. На рис. 5.19, а показана диаграмма σ–ε, из которой видно, что

Parafil фактически не уступает стали по прочности, при этом он не боится

коррозии и легче воды (

= 0,98 т/м

). Однако он подвержен разрушению от

щелочи и ультрафиолетовых солнечных лучей, а также имеет высокую

стоимость. Поэтому поиски оптимального материала продолжаются.

5.5.2. Мост в г. Риге, р. Даугава, l = 312 м, 1981 г., выполнен в виде

однопилонной несимметричной вантовой конструкции (312 м + 89 м) сис-

темы «веер-арфа-многовантовая» с одной плоскостью вант. Ширина моста

для четырех полос автомобильного и двух полос пешеходного движения

28,7 м (рис. 5.20).

Железобетонный пилон представляет собой оригинальную конст-

рукцию, напоминающую музыкальную лиру. Стойки пилона пустотелые,

переменного сечения, толщиной 0,8 м. Металлическая сварная балка жест-

кости выполнена в виде двутавровых балок высотой 3,14 м (h/l= 1:100, т.е.

меньше, чем у Московского моста) и ортотропных плит – верхней, обра-

зующей проезжую часть, и нижней, служащей нижним поясом коробки.

Балка неразрезная, общей длиной 555 м (89,4 м + 312,0 м + 87,5 м + 64,5 м),

из стали 10ХСНД, изготовлена на Воронежском заводе мостовых конст-

рукций.

У моста в Риге несколько по-другому сформированы ванты. Отдель-

113

Рис. 5.19. Применение синтетического волокна Parafil для изготовления канатов:

1 – заглушка; 2– клин; 3– анкер; 4 – канат

ные канаты, аналогичные примененным в Московском мосту, диаметром

60 мм (9105 мм) предварительно объединялись в пучки по шесть канатов.

Каждая из четырех вант главного пролета состоит из следующего количе-

ства пучков (начиная от пилона): 5-5-8-6, т. е. число канатов в вантах соот-

ветственно: З0-З0-48-36, всего 144 каната ∅60 мм (в Московском мосту 2

плоскости по 91 канату). Левобережная оттяжка состоит из 25 пучков (150

канатов ∅60 мм).

Особенностью сооружения является то, что по его фасаду пучки рас-

положены в одной вертикальной плоскости) и это дает внешнее сходство с

многовантовой системой (см. рис. 5.20).

Для производства работ на пилоне применялись два монтажных мос-

тика рабочих подмостей, которые подвешивали к закладным деталям стоек

пилона и поднимали вверх 4 лебедками. По мере возведения пилона между

стойками его устанавливали монтажные распорки из металлических труб.

Башенный кран КБ-573 крепился к стойкам пилона с помощью металличе-

ских связей на высоте 28, 45, 62 и 89 м.

Балку жесткости собирали из 8 монтажных секций, которые готови-

ли на сборочной площадке, расположенной ниже по течению на расстоя-

нии 500 м от оси моста. Береговые пролеты (89,4 м, 87,5 и 64,5 м) собира-

лись на месте на временных опорах.

Остальные монтажные секции доставляли со сборочной площадки к

мосту на плаву. Готовая секция представляла собой конструкцию шириной

28,7 м длиной от 62 до 100 м, максимальная масса 1400 т. Плавучая опора

состояла из 120 понтонов КС и двух опорных башен.

114

После монтажа пилона и балки жесткости приступили к навешива-

нию вант, точнее пучков из 6 канатов. Для этого использовались монтаж-

ные мостики с лебедками, так как масса 1 пучка от 3 до 4,5 т.

На мосту применена следующая технология устройства проезжей

части. Сначала пескоструйным аппаратом очищали поверхность ортотроп-

ной плиты от окалины и ржавчины. Далее покрывали ее антикоррозион-

ным составом, защитным слоем эпоксидно-битумной композиции, до от-

вердения которой вручную разбрасывали сухой гранитный щебень. На об-

разовавшуюся неровную поверхность укладывали асфальтобетон.

В заключение приведем конструктивные решения основных узлов

вантово-балочных мостов. Прикрепление вант на пилоне показано на рис.

5.21. Конструкция данных узлов может быть двух типов: с проходом кана-

Рис. 5.20. Мост в г. Риге, р. Даугава,

l =312 м, 1981 г.

115

тов через пилон аналогично кабелю в висячих мостах и с закреплением

концов каната на пилоне. Выбор

типа узла зависит от конструкции

вант и принятой технологии их из-

готовления и монтажа. Первая

схема проще в исполнении, но при

этом ванты имеют большую дли-

ну, вторая схема требует проведе-

ния работ по регулировке длин

вант на значительной высоте.

На рис. 5.22 показан узел

прикрепления ванты к железобе-

тонной балке жесткости. Основной

элемент узла – анкерная плита, в

качестве которой используются

диафрагма коробчатой балки или

консольная балка (см. рис. 1.13).

Каждый канат имеет на конце анкер, опирающийся на анкерную плиту, ко-

торую следует рассчитать на значительную сдвигающую силу и, возможно,

на изгибающий момент.

Рис. 5.22. Узел прикрепления ванты к балке жесткости из железобетона:

1–ванты; 2 - балки жесткости; 3–диафрагмы или консоли; 4 – анкеры

На рис. 5.23 показаны узлы прикрепления ванты к металлическим

балкам жесткости.

Рис. 5.21. Узел пересечения вант и

пилона: 1- ванта; 2 – прижимные планки;

3 – ванты непрерывные; 4– фасонки;

5 – пилон; 6 – опорные траверсы; 7 – анкер.

116

Рис. 5.23. Узел прикрепления ванты к металлическим балкам жесткости:

а - коробчатого сечения: 1 – анкеры; 2 – опорные траверсы; 3 – диафрагмы; 4 – стяжка;

б – двутаврового сечения: 1 – ванты; 2 – анкерный стакан; 3, 4 – фасонки;

5 – компенсатор; 6 – стенка балки; 7 – пояс балки; 8 – планка; 9 – ребро жесткости

На рис. 5.24 приведен вариант нижнего узла пилона, шарнирно опер-

того на площадку, что приемлемо для относительно небольших пролетов.

Рис. 5.24. Конструкция опорной части шарнирно опертого пилона

Для мостов больших пролетов чаще проектируют жестко защемлен-

ный пилон. На рис. 5.25 показан интересный вариант расположения вант,

закрученных в пространстве на 90°.

117

Рис. 5.25. Схема расположения вант

Конструктивные решения различных узлов вантово-балочных мос-

тов широко представлены в литературе [2-6, 9, 11, 13, 15, 31, 33).

5.6. Мосты больших пролетов

5.6.1. Рассмотрим конструкцию моста через р. Хамбер (Велико-

британия), имеющего наибольший пролет – 1410 м (рис. 5.26).

Рис. 5.26. Схема моста, р. Хамбер (Великобритания), l =1410 м, 1981 г.

Мост рассчитан на пропуск 4 полос автомобильного движения по

коробчатой металлической балке обтекаемого очертания высотой 4,5 м,

шириной 28,5 м (h/l = 1:313, B/l == 1:45). Пилон высотой 155 м, сечение

железобетонных стоек, внутри которых находится лифт, 6х6 м. Пилон вы-

полнен на 50 мм выше проектной отметки, так как по расчету в процессе

эксплуатации деформации ползучести бетона составляют 20 мм, деформа-

ции упругого сжатия – 30 мм.

Пролетное строение рассчитано на воздействие ветра с максималь-

ной скоростью v

кр

= 160 км/ч (44,4 м/с). Расчетные значения перемещений:

вертикальных – 3,5 м (l/403), горизонтальных – 4,5 м.

Масса кабеля 11000 т, усилие в нем 194000 кН. Это усилие воспри-

нимают 14948 проволок диаметром 5 мм, объединенных по 404 штуки в 37

прядей. Балка жесткости имеет массу 17000 т.

5.6.2. В настоящее время завершается строительство вантово-

балочного моста через р. Волгу (Россия), l = 407 м.

118

Общая длина мостового перехода через р. Волгу в г. Ульяновске l

= 5736,3м, включая две эстакады (278,6 и 243,7 м), неразрезные фермы по

схеме (2 х 220 м) общей длиной 4180 м и вантово-балочное пролетное

строение 2 х 407 м (рис. 5.27). Металлическая ферма жесткости (h

= 12 м)

имеет нижнюю и верхнюю ортотропные плиты, обеспечивающие двухъя-

русное движение транспорта: внизу – два железнодорожных пути, вверху –

шесть рядов автомобилей (В = 25,58 м).

Железобетонный пилон представляет собой пространственную раму

на четырех стойках сечением 7,0 х 9,1 м, образующих по фасаду А-

образную, а поперек моста – П-образную рамы (см. рис. 5.27). Высота пи-

лона–204,14 м.

Рис 5.27 Схема моста в г. Ульяновске (Россия), р. Волга, l = 407 м

5.6.3. Судя по всему, центр мирового мостостроения до конца ны-

нешнего века переместится в Японию. В 1970 г. была создана «Ассоциация

японских мостов», которая поставила своей задачей до 2000 г. соединить

все 4 главных острова мостовыми и тоннельными переходами.

В настоящее время интенсивно ведутся проектные и строительные

работы по сооружению комплекса мостов, не имеющего аналога в мировой

истории, между островами Хонсю и Сикоку. Всего предполагается возвес-

ти 3 мостовых перехода между этими островами:

1) Восточный (г. Кобе – г. Наруто) общей длиной 81 км, имеющий

два выдающихся висячих моста: Акаси (l = 1990 м) и Онаруто (l = 876 м);

119

2) Центральный (г. Кодзима – г. Сакаиде) общей длиной 37,3 км, из

них 10 км мостовых переходов (6 висячих и вантовых мостов, включая

изображенные на рис. 5.28). Переход закончен в 1988 г.;

3) Западный (г. Ономити – г. Имабари) общей длиной 60 км, вклю-

чающий 9 больших мостов, в том числе мост Инносима-охаси (l = 770 м).

Мостовые переходы запроектированы с максимальным использова-

нием условий местности (малых островов, отмелей – чтобы по возможно-

Рис 5.28. Схемы японских мостов, построенных между островами

Хонсю и Сикоку (1978–1988 гг.)

сти обойтись эстакадными сооружениями). Но тем не менее для обеспече-

ния судоходства (габарит 65 м высотой) и преодоления больших глубин

(до 40–50 м) потребовалось запроектировать и построить ряд уникальных

висячих и вантовых мостов (рис. 5.29). Условия их возведения крайне

сложные: сейсмика до 8,5 баллов, скорость тайфунного ветра до 73 м/с, на-

клон морского дна до 45°, вихревые морские течения до 10 узлов, интен-

сивное судоходство и т. д.

Японскими учеными и инженерами разработаны для этого комплек-

са типовые решения. В частности, пролетное строение представляет собой

ферму жесткости высотой 13 м, обеспечивающую автомобильное и желез-

нодорожное движение со скоростью до 160 км/ч (см. рис. 5.28), что потре-

120

бовало специальной конструкции мостового полотна.

Кабели и ванты японских мостов изготовляются из канатов с парал-

лельными проволоками типа PWS 127 (127 проволок диаметром 5,17 мм,

объединенных в шестигранную форму размерами 67х58 мм). Из таких ка-

натов формируют кабели, например, для моста Кита-Бисан-Сэто (l =990 м)

диаметром 936 мм из 234 канатов, способных воспринять усилие до 457

МН.

Для прядения кабеля используется тележка, перемещающаяся со

скоростью 40 м/мин, что дает производительность 170 т канатов за сутки.

Пилоны мостов запроектированы из двух металлических вертикаль-

ных стоек, объединенных 2–3 ригелями. Масса пилона при высоте

126...195 м составляет порядка 15000 т стали SM 58. Толщина листов про-

ката 28...60 мм.

Пилоны опираются на фундаменты, представляющие собой железо-

бетонные плиты толщиной 9 м, длиной 60 м, шириной 25 м, объединяю-

щие железобетонные столбы диаметром от 4 до 7 м, длиной до 27 м.

Большой интерес представляет общая анкерная опора между моста-

ми Сэто-охаси (l =1100 м и l =990 м, см. рис. 5.28). Ее габаритные размеры:

86х79х62 м – дают объем бетонной кладки 253 519 м

, возможно макси-

мальный в истории мостостроения.

Строительство мостовых переходов между японскими островами

создает значительные проблемы для крупнотоннажного судоходства (во-

доизмещением до 200 тыс. т) и для рыболовных судов, часть из которых по

многовековой традиции ведет рыбный лов, находясь в дрейфе. В связи с

этим разрабатываются система сигнализации и освещения мостов, конст-

рукции для защиты опор от навала судов. Для снижения помех радарам су-

дов, возникающих от металлоконструкций и проложенных электрокабелей,

поверхность пролетных строений покрывается специальной пленкой на

основе резиновых ферритов.

Открытие самого большого в Японии моста, названного Сэто-охаси

(Минами-Бисан-Сэто), в 1988 г. превратилось в национальный праздник,

на котором присутствовало более 100000 человек. Мост Сэто-охаси проле-

том 1100 м рассматривается как выдающаяся достопримечательность Япо-

нии, еще один символ ее технического прогресса. В 1999 году закончено

строительство моста Акаси по схеме 960 м + 1990 м + 960 м.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы / Госстрой СССР. М., 1985. 200 с.