Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Проектирование деревянных и железобетонных мостов Минимаркер Схемы железобетонных вантовых мостов

Схемы железобетонных вантовых мостов

Страница 1 из 4

Вантовыми называют мосты, в которых основные элементы растянуты и образуют геометрически неизменяемую систему, в состав которой часто включают балку жесткости с расположенной на ней проезжей частью. Балку жесткости поддерживают растянутые наклонные элементы – ванты, прикрепленные к сжатым стойкам–пилонам.

Ванты можно изготовлять из стальных тросов, пучков или кабелей высокой прочности, поэтому вантовые мосты получаются легкими и экономичными. Расход железобетона на 1 м2 полезной площади при пролетах 100–300 м. существенно меньше, чем для других видов железобетонных мостов; дополнительные расходы на ванты относительно уменьшаются с увеличением пролета. Вантовая система может быть выполнена из сборного железобетона с использованием современных методов, монтажа и в общем имеет перспективу широкого применения.

С 1962 г. построено около 20 железобетонных вантовых мостов, в том числе шесть с пролетами более 200 м. Наибольший пролет (320 м) имеет мост Бротон во Франции. Вантовые мосты строили в основном под автомобильную дорогу, но имеются примеры и железнодорожных вантовых мостов.

Вантовые мосты (рис. 9.1) могут иметь балку жесткости (1), поддержанную наклонными вантами (2) и (4) с помощью пилонов (3). Особую роль играют крайние ванты (2), прикрепленные к балке жесткости над опорами. Они препятствуют горизонтальным перемещениям головы пилона при действии вертикальных нагрузок и придают всей системе жесткость. Усилия в этих вантах значительны; как правило, на крайних опорах появляются отрицательные опорные реакции, которые должны быть восприняты.

Благодаря передаче горизонтальных составляющих усилий в вантах на балку жесткости в ней на большей части длины, кроме изгибающих моментов, возникают и сжимающие усилия. Это весьма благоприятно для железобетонной балки жесткости: создается как бы предварительное напряжение бетона балки, что позволяет уменьшить количество арматуры и в ряде случаев исключить преднапряженную арматуру.

В двухпилонной схеме вантового моста (рис. 9.1, а, в, г) балка жесткости поддерживается вантами в большем числе точек, расположенных равномерно по длине. Углы наклона вантов, как правило, получаются более благоприятными, а система в целом – более экономичной. Однопилонная схема (рис. 9.1, б) может оказаться приемлемой лишь в особых местных условиях или по архитектурным соображениям, если она лучше вписывается в ансамбль зданий и сооружений города.

Схемы вантовых мостов

Рис. 9.1 – Схемы вантовых мостов

Ванты сходятся в одной точке на голове пилона (рис. 9.1, а, б) – система «пучок» или прикрепляются к пилону рассредоточение (см. рис. 9.1, в, г) – система «арфа». В первом случае пилон при наличии крайних вантов (2) почти не работает на изгиб от вертикальных нагрузок; кроме того, средние ванты имеют больший наклон к горизонту, что уменьшает действующие на них усилия. В системе «арфа» при ее одностороннем загружении пилон интенсивно работает на изгиб, однако узлы прикрепления вантов к пилону проще, а к балке жесткости однотипны, так как углы наклона всех вантов одинаковы.

Особенно упрощается конструкция вантов и их креплений в многовантовой системе (см. рис. 9.1, г). Кроме того, в этой системе нет мест приложения к балке жесткости значительных усилий и, следовательно, не возникает проблема борьбы с местными напряжениями в этих местах.

К недостаткам многовантовой системы можно отнести трудность регулирования усилий в вантах, а также не очень привлекательный внешний вид.

При выборе схемы вантового моста необходимо учитывать приведенные выше, а также следующие соображения. Опирание балки жесткости только на подвижные опорные части (см. рис. 9.1) имеет свои преимущества, так как при постановке одной неподвижной опорной части изменение температуры вызывает несимметричные искажения геометрической системы, что нежелательно. Однако продольные горизонтальные силы (торможение) передаются через ванты на верх пилонов, вызывая появление в пилонах значительных изгибающих моментов. Практика проектирования показывает, что в мостах под автодорогу эти силы могут быть восприняты без существенного развития поперечного сечения пилонов.

Крайние ванты закреплены на концах балки жесткости (см. рис. 9.1). Возможен вариант анкеровки крайних вантов и в опорах. Этот вариант предпочтительнее с точки зрения облегчения монтажа, так как верх пилона закреплен крайним вантом независимо от того, смонтирована ли балка жесткости. Горизонтальные составляющие усилий в вантах передают на опору с помощью специальных опорных частей, а в середине пролета устраивают разрыв балки жесткости (рис. 9.2, а) либо применяют измененную систему с соединением средних вантов в середине пролета (рис. 9.2, б). Работу железобетонной балки жесткости на растяжение допускать не следует. Для уменьшения панелей балки жесткости и сокращения веса монтажных элементов, по длине равных панели, применяют более сложные вантовые системы (рис. 9.2, в).

Вантовые системы с закреплением крайних вантов на устоях

Рис. 9.2 – Вантовые системы с закреплением крайних вантов на устоях

Ванты на всех стадиях монтажа при любом положении временной нагрузки на мосту должны оставаться растянутыми, что обеспечивают выбором надлежащего соотношения между пролетами вантовой системы, правильной последовательности монтажа и при необходимости регулированием усилий в вантах. Необходимый запас против появления сжимающих усилий в вантах проверяют расчетом.

Большинство вантовых систем (см. рис. 9.1) имеет три пролета: главный и два боковых с закреплением крайних вантов в балке жесткости над крайними опорами. Узлы прикрепления крайних вантов к балке жесткости занимают значительную длину по фасаду. Если здесь балка жесткости опирается не на устои, а на промежуточные опоры, конструирование узла опирания балки жесткости вантовой системы и соседнего пролетного строения становится затруднительным. Для преодоления этих затруднений целесообразно включить в состав балки жесткости соседние пролеты, сделав ее неразрезной. При этом длину соседних пролетов подбирают так, чтобы в них можно было сохранить поперечное сечение балки жесткости, принятое по условиям ее работы в составе вантовой системы (рис. 9.3, а).

Схемы многопролетных вантовых мостов

Рис. 9.3 – Схемы многопролетных вантовых мостов

Особенность систем с закреплением крайних вантов над опорой (см. рис. 9.1) – геометрическая неизменяемость даже при включении в балку шарниров в местах прикрепления вантов, что соответствует минимальной изгибной жесткости балки. Эти системы обладают поэтому большой жесткостью, а изгибающие моменты в балке сравнительно невелики.

При необходимости устройства в мосту двух смежных судоходных пролетов, поддерживаемых вантами (рис. 9.3, б), средний треугольник может поворачиваться относительно верха пилона. Неизменяемость системы обеспечивается только за счет изгибной жесткости балки, что приводит к появлению больших прогибов и изгибающих моментов в балке при несимметричном загружении временной нагрузкой, особенно в сечениях, где прикреплены крайние ванты треугольника. Поэтому такую систему можно рекомендовать лишь при сравнительно небольших пролетах.

Для улучшения работы системы можно закрепить балку жесткости на опоре от горизонтальных смещений, а поскольку при этом сильно возрастут изгибающие моменты в пилоне, сделать его жестким и А–образной формы. Такое решение принято в ряде крупнейших вантовых мостов за рубежом (рис. 9.3, в). Горизонтальные силы передают на опору с помощью наклонных подкосов. Пилон выполнен жестким, балка жесткости у середины пролета прерывается подвесной балкой.

При выборе схемы вантового моста важно правильно назначить ее размеры – расстояния между точками прикрепления вантов к балке жесткости, высоту пилона, и следовательно, углы наклона вантов к горизонту, а также соотношение жесткостей балки и вантов. Эти вопросы необходимо решать с учетом принятого способа монтажа пролетного строения.

Для стандартизации элементов конструкции, как правило, оказывается полезным разбить балку жесткости на равные панели или сделать среднюю панель несколько меньше остальных, чтобы избежать большой разницы в изгибающих моментах по длине балки. Изгибающие моменты в балке жесткости уменьшаются при сокращении расстояния между точками подвеса и при увеличении жесткости вантов.

На основании имеющегося опыта проектирования можно дать некоторые рекомендации по назначению основных размеров вантовых систем при пролетах до 200–250 м. Оптимальные соотношения размеров следует уточнять с помощью составления и сравнения вариантов. Расстояние между точками опирания балки на ванты и опоры желательно назначать не очень большим, как правило, не более 30–40 м, а в многовантовых системах – до 10–15 м. Наклон вантов к горизонту не должен быть меньше 1:3 (лучше до 1:2,5), так как при слишком пологих вантах усилия в них возрастают, жесткость системы уменьшается и узлы прикрепления вантов к балке усложняются.

Высоту сечения балки жесткости можно предварительно назначить на основании общих соображений о ее работе, высказанных выше. Рациональная высота находится в пределах 1/15–1/25d и 1/40–1/70L, где d – расстояние между точками опирания на ванты или опоры, L – длина наибольшего пролета системы, причем меньшие значения соответствуют большей длине панелей и пролетов. Иногда высоту принимают еще меньшей – до 1/100L. Назначая меньшие значения высоты сечения, можно несколько снизить изгибающие моменты в балке жесткости.

Для увеличения жесткости вантов и дальнейшего уменьшения изгибающих моментов в балке применяют жесткие железобетонные ванты с предварительным напряжением.

Способ монтажа существенно влияет на схему моста и еще более на конструктивные формы балки жесткости, поэтому основные характеристики должны быть установлены перед выбором системы.

В поперечном сечении ванты располагают в одной плоскости или в двух плоскостях. Пилон и ванты, находящиеся в одной плоскости (рис. 9.4, а), обычно размещают в пределах ширины разделительной полосы между проезжими частями обоих направлений движения. При загружении одной проезжей части временной нагрузкой в балке жесткости, кроме изгибающих, возникают крутящие моменты и одна сторона поперечного сечения балки перегружается. Для восприятия крутящих моментов и уменьшения перегрузки одной стороны балки необходимо применять коробчатое сечение, обладающее большей жесткостью на кручение. Достоинством этого решения является сравнительная простота прикрепления вантов к балке жесткости, которая для этого должна иметь среднюю стенку, а также сокращение объема опор, особенно значительное при использовании коробки с наклонными боковыми стенками.

Поперечные разрезы при расположении вантов в одной плоскости

Рис. 9.4 – Поперечные разрезы при расположении вантов в одной плоскости

При расположении вантов в одной плоскости пилоны могут быть одиночными или А–образными (рис. 9.4, б). Одиночные пилоны экономичнее, однако труднее конструировать узел пересечения пилона с балкой жесткости, который может быть выполнен с пропуском пилона сквозь балку жесткости с усилением ее для компенсации ослабления. Возможно решение этого узла с установкой пилона на балку жесткости при жестком или шарнирном его опирании; балку жесткости в месте опирания также усиливают.

При расположении вантов в двух плоскостях проезжую часть обычно размещают между ними, а тротуары выносят на консоли за плоскости вантов (рис. 9.5, а). Пилон обычно выполняют в виде рамы с двумя стойками, соединенными поверху распоркой. Для сопряжения ног пилона и балки жесткости при расположении вантов в вертикальных плоскостях можно придать ногам пилона небольшой наклон и избавить распорку от работы на изгиб. Ванты располагают иногда в наклонных плоскостях с закреплением в верхней части А–образного пилона (рис. 9.5, б).

Поперечные разрезы при расположении вантов в двух плоскостях

Рис. 9.5 – Поперечные разрезы при расположении вантов в двух плоскостях

При проектировании вантовых мостов с железобетонными балками жесткости под железную дорогу необходимо иметь в виду, что нагрузка здесь значительно больше автомобильной, а нормативные прогибы ниже. Поэтому рациональная длина пролетов для вантовых железнодорожных мостов меньше и, как показали предварительные исследования, может находиться в пределах до 60–80 м.

Необходимо обеспечивать достаточную жесткость железнодорожных мостов, применяя, например, жесткие железобетонные ванты. Для этих мостов сравнительно большее значение имеют тормозные силы, которые должны надежно восприниматься конструкцией моста. Для этого предусматривают неподвижную опорную часть в балке жесткости или жесткие пилоны, способные воспринимать тормозную силу при передаче ее через ванты на верх пилонов.


© 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