Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Металлические мосты Минимаркер Основные особенности висячих мостов

Основные особенности висячих мостов

Страница 1 из 6

Висячие системы представляют собой обширный класс строительных конструкций, основными несущими элементами которых служат растянутые тросы, воспринимающие полезную поперечную нагрузку. Важная отличительная черта висячих систем – рациональное использование высокопрочных материалов в растянутых элементах, что дает возможность создавать экономичные конструкции, способные перекрывать значительные пролеты.

Пролетные строения висячих мостов чаще всего осуществляют по трехпролетной схеме. Большим преимуществом висячих мостов служит удобство монтажа пролетных строений. После сооружения устоев и промежуточных опор устраивают подвесной рабочий мостик, который используют при формировании и укладке основного кабеля. Несущий кабель закрепляют в концевых опорах и на промежуточных опорах пилонов. В процессе монтажа пролетного строения к кабелю последовательно присоединяют блоки балки или фермы жесткости, что позволяет избежать устройства подмостей, загромождающих пролет и стесняющих судоходство. Балки или фермы жесткости, поддерживающие проезжую часть, соединяют с кабелем при помощи подвесок.

Воспринимая вес элементов пролетного строения, несущая конструкция получает предварительное натяжение, что увеличивает общую жесткость пролетного строения и снижает его прогибы при воздействии временной нагрузки. Исходное очертание кабеля определяется выбором взаимного расположения опорных точек, размером стрелы провисания и распределением усилий от собственного веса, воспринимаемых кабелем. Современные висячие мосты с кабелем позволяют перекрывать пролеты до 3000 м.

В отличие от мостов с кабелем, мосты с несущей цепью получили меньшее распространение. Распределение усилий в звеньях, составленных из нескольких параллельно расположенных стальных пластин, трудно контролировать, что может породить опасные перегрузки в отдельных пластинах. Опасны также усталостные повреждения, развивающиеся в местах концентрации напряжений у проушин пластинчатых звеньев. В период до 40–х годов в ряде стран Европы было построено несколько цепных городских мостов. Среди них мост через р. Москву у парка культуры и отдыха им. А. М. Горького в Москве (рис. 7.1).

Висячий мост  р. Москву

Рис. 7.1 – Висячий мост  р. Москву

Технология постройки мостов с несущей цепью значительно сложнее, чем с кабелем и поэтому цепные мосты применяют при пролетах 100–200 м.

Кабель или цепь при расчетах можно рассматривать как нить, не сопротивляющуюся изгибу, но обладающую значительной жесткостью при растяжении. Поэтому несущая нить сама по себе способна эффективно воспринимать и передавать на опоры ту долю нагрузки, для которой ее форма является веревочной кривой. Обычно очертание кабеля мало отличается от параболической кривой, а следовательно, на несущую нить практически полностью передается нагрузка, равномерно распределенная по пролету моста. При загружении моста сосредоточенной или кусочно–распределенной перемещающейся нагрузкой внутренние усилия в пролетном строении изменяются по сложному закону. Балки или фермы жесткости передают временную нагрузку на подвески и позволяют уменьшить прогибы пролетного строения при неблагоприятном расположении временной нагрузки на проезжей части. Если распределенная временная нагрузка расположена на половине пролета, то в работу на изгиб интенсивно включаются балки или фермы жесткости, а часть нагрузки воспринимается несущей натянутой нитью, которая служит для балок жесткости своеобразным упругим основанием. При этом проявляются свойства несущей нити, которые могут быть охарактеризованы, как струнный эффект. Поддерживающее влияние растянутого кабеля или цепи зависит от уровня натяжения и увеличивается по мере возрастания распора. Поэтому перемещение временной нагрузки непрерывно изменяет жесткость пролетного строения. Каждому положению и уровню интенсивности временной нагрузки соответствует своя жесткость рассматриваемой системы, а следовательно, в каждый момент времени возникает как бы новая система.

Такая нестационарность свойств пролетных строений висячих мостов приводит к необходимости нелинейной формулировки задачи определения внутренних усилий и перемещений точек системы и не позволяет непосредственно использовать аппарат линий влияния в его традиционной форме. Учет нелинейных эффектов делает возможным существенно уточнить расчетные значения усилий и как следствие облегчить сооружение. Все это приводит к экономии металла.

Расчеты висячих мостов отличаются большой сложностью, и их обычно выполняют на вычислительных машинах.

Стремление упростить и удешевить расчеты привело к разработке и применению в практике некоторых проектных организаций упрощенных расчетных моделей, позволяющих осуществить линеаризацию задачи определения усилий в висячей системе. Такой подход основан на введении модели растянуто–изогнутого стержня. Работа висячей системы, состоящей из кабеля и балки жесткости, может быть сведена к такой модели, если считать, что уровень натяжения несущего кабеля не зависит от положения временной нагрузки в пределах пролета, а переменное значение распора заменяется некоторой фиксированной его величиной, учитывающей, в частности, и временную нагрузку.

При удачном выборе значения распора результаты расчета упрощенной модели могут быть хорошими, особенно в тех случаях, когда распор в системе мало зависит от временной нагрузки.

Большое преимущество модели растянуто–изогнутого стержня – возможность использования аппарата линий влияния.

Применявшиеся в течение длительного времени конструкции висячих мостов уступали фермам по жесткости, что препятствовало использованию висячих систем под железнодорожную нагрузку. Совершенствование конструктивных форм сооружений за последние десятилетия позволило почти полностью снять такое ограничение. В настоящее время успешно строят висячие мосты с рекордными пролетами, достигающими 1400–1700 м. Подобные решения незаменимы в тех случаях, когда сооружение большого числа промежуточных опор становится по тем или иным причинам невозможным или неэкономичным. Достигнутый к настоящему времени уровень развития знаний в области аэродинамики не позволяет чисто теоретическими средствами выяснить все особенности поведения мостовой конструкции сложной формы, находящейся в ветровом потоке. Между тем в истории техники зарегистрированы случаи разрушения висячих мостов в результате воздействия резонансных колебаний, возникающих от сильного ветра или при пропуске массы людей, шедших в ногу. Поэтому при проектировании висячих мостов большое внимание уделяют динамическим и аэродинамическим экспериментам и исследованиям. Модели целых мостов или их фрагменты тщательно испытывают в аэродинамических трубах.

Накопленный опыт эксплуатации и строительства висячих мостов позволяет в процессе проектирования достаточно надежно выбирать конструктивные формы с учетом назначения сооружения, а также предварительно задавать некоторые конструктивные параметры, обеспечивающие высокие эксплуатационные качества будущего сооружения.

Расчеты висячих мостов отличаются большой сложностью и обычно их выполняют на вычислительных машинах.

Висячие мосты – это крупные сооружения, конструктивные формы которых отличаются большой индивидуальностью и определяются назначением каждого моста, а также условиями строительства перехода. Однако для висячих мостов могут быть выделены некоторые наиболее существенные признаки, характеризующие основные особенности сооружения. К таким признакам относятся:

  • назначение моста – мост совмещенный, под автомобильную дорогу, городской, пешеходный, мост–трубопровод;
  • вид основной несущей конструкции – кабель или шарнирно–стержневая цепь;
  • вид конструкции, непосредственно поддерживающей проезжую часть – балка или ферма жесткости;
  • характер связи между балкой или фермой жесткости и кабелем в середине главного пролета – с присоединением кабеля или без присоединения;
  • расположение подвесок – вертикальные или наклонные;
  • способ закрепления кабеля – на анкерные опоры (распорная система) или на балку жесткости (внешне безраспорная система).

Кабельные висячие мосты с рекордными пролетами под совмещенное автомобильное и железнодорожное движение представляют собой вершину мостостроительной техники.

Крутильная жесткость пролетного строения висячего моста может быть существенно увеличена за счет использования для балок или ферм жесткости конструкций коробчатого и каркасно–трубчатого типа с замкнутым поперечным сечением, а также за счет введения дополнительных связей между кабелем и поясами балок (ферм) жесткости. Такие связи ограничивают возможность проявления и развития наиболее опасных кососимметричных форм колебаний пролетного строения, наблюдавшихся при катастрофе Такомского моста и сопровождавшихся взаимными горизонтальными смещениями точек прикрепления подвесок к балкам жесткости и кабелю. Характер связи между балками или фермами жесткости и кабелем – важный конструктивный признак. При некоторых сочетаниях геологических условий может оказаться желательным освободить концевые опоры от значительных горизонтальных усилий и передать распор кабеля полностью или частично на балку жесткости (рис. 7.2). При полной передаче горизонтальной составляющей усилия в кабеле на балку жесткости получается внешне безраспорная конструкция, менее чувствительная к колебаниям температуры. Однако значительные сжимающие усилия в балке жесткости требуют утяжеления конструкции. Эти усилия могут оказаться полезными в случае, если балка жесткости железобетонная. Безраспорные схемы могут быть рекомендованы для перекрытия относительно небольших пролетов.

Анкерное устройство для несущего кабеля

Рис. 7.2 – Анкерное устройство для несущего кабеля

Специальными разновидностями висячих мостов являются мосты–ленты и мосты–трубопроводы.

Мосты–ленты, предложенные У. Финстервальдером (ФРГ), отличаются простотой конструкции и могут быть использованы в широком диапазоне пролетов. В мостах–лентах несущая конструкция – система сильно натянутых тросов, имеющих стрелу провисания порядка (1/ 150÷1/200)l. Конструкцией проезжей части служит тонкая, предварительно обжатая железобетонная плита, непосредственно связанная с тросами. Плита распределяет нагрузку в поперечном направлении и выполняет роль продольных связей системы. Необходимая жесткость на кручение обеспечивается совместной работой плиты с системой натянутых тросов.

Малая стрела провисания позволяет получить настолько значительные радиусы кривизны дорожного покрытия проезжей части в фасадной плоскости сооружения, что автомобильное движение не затрудняется. Недостаток мостов–лент – необходимость устройства дорогостоящих, развитых по длине устоев, способных воспринимать горизонтальные усилия, доходящие в больших мостах в отдельных случаях до сотен тысяч тонн. Значимость этого недостатка существенно снижается, если для закрепления тросов можно применить анкерные штольни или колодцы, расположенные непосредственно в толще прочных скальных пород.

Висячие мосты–трубопроводы, как правило, имеют легкие фермы жесткости и снабжаются системой напрягающих кабелей или оттяжек, стабилизирующих положение трубопровода в пространстве и воспринимающих ветровые и сейсмические нагрузки. Опыт сооружения трубопроводных переходов через крупные реки свидетельствует о больших преимуществах висячих конструкций, не требующих значительных трудозатрат при монтаже. Существуют конструкции трубопроводов, в которых роль балки жесткости отводится непосредственно самим трубам.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика