32. Конструктивные решения вантовых мостов и их применение при проектировании парковых и прогулочных зон.

Ва́нтовый мост — тип висячего моста, состоящий из одного или более пилонов, соединённых с дорожным полотном посредством прямолинейных стальных тросов — вантов. В отличие от висячих мостов, где дорожное полотно поддерживается вертикальными тросами, прикреплёнными к протянутым по всей длине моста основным несущим тросам, у вантовых мостов тросы (ванты) соединяются непосредственно с пилоном.

Одним из преимуществ вантовых мостов является относительная неподвижность дорожного полотна, что делает их пригодными для использования в качестве железнодорожных мостов.

Несущие конструкции пролетных строений вантовых мостов часто имеют структуру, принципиально не допускающую упрощенного подхода к определению усилий, основанному на выборе плоскостных расчетных схем. Сюда в первую очередь нужно отнести пролетные строения с шатровым расположением вант.

По вопросу 32,34,35 см лекции 18.10 и 1.11

33. Одно и двухпоясные висячие системы и тросовые фермы. Формообразование и особенности проектирования

Однопоясные висячие покрытия включают в себя несущие гибкие стержни или тросы, на которые уложены плиты покрытия или настила с теплоизолирующими и гидроизолирующими элементами кровли.

Чаще всего в практике строительства применялись однопоясные покрытия с железобетонными или керамзитобетонными плитами. Плиты укладывались на стальные тросы. Швы между ними замоноличивались на монтаже, создавая висячую оболочку. Для повышения эффективности использования железобетона такая оболочка предварительно напрягалась путем натяжения тросов во время монтажа или с помощью укладки в швы бетона на расширяющемся цементе.

Вместо тросов и железобетонных плит висячая система может быть образована металлическими оболочками-мембранами, листы которых выполняют как несущие, так и ограждающие функции и служат основанием для утеплителя и кровли.

Простота такой конструктивной формы позволяет иметь небольшое число типоразмеров элементов покрытия, что способствует их индустриальному изготовлению и простому монтажу.

Однопоясные покрытия с железобетонными плитами могут быть запроектированы на прямоугольных, круглых, эллиптических планах. Покрытия на прямоугольном плане (рис. 2.31) имеют цилиндрическую форму с небольшой выпуклой кривизной в направлении, перпендикулярном тросам. Эта кривизна обеспечивает скат кровли, необходимый для отвода воды с покрытия. Расстояния между вантами в таких покрытиях не превышают 6 метров.

Двухпоясными системами называются такие, которые состоят из двух гибких нитей, расположенных друг над другом, связанных между собой распорками или растяжками и совместно работающими на восприятие внешних нагрузок. Совместная работа нитей обеспечивается предварительным напряжением, что позволяет уменьшить упругие деформации и кинематические перемещения по сравнению с однопоясными системами и создает условия для применения легких кровель. Пояса с положительной кривизной, стрелка провеса которых направлена вниз, являются несущими, а пояса с отрицательной кривизной – стабилизирующими.

Наиболее распространены конструктивные формы двухпоясных систем на круглом плане с радиально расположенными тросами (рис. 2.43 а-в) и, в первую очередь, с линзовидными выпуклыми фермами. В то же время известны решения с ортогональной системой из перекрещивающихся вантовых ферм с опорным кольцом (рис. 2.43,г) и диагональные системы из перекрещивающихся вантовых ферм на квадратном плане с изгибным и безизгибным опорными контурами.

Экономичность двухпоясной системы в значительной мере определяется затратами на изготовление опорного контура.

Так, при расположении несущих нитей над стабилизирующими (рис. 2.42, а) их совместная работа обеспечивается легкими растяжками, которые требуют для своего устройства очень мало металла, в то же время для каждой системы вант необходимо делать свой самостоятельный опорный контур (рис. 2.43, б). Кроме этого, для такого решения более сложным оказывается и отвод воды с покрытия.

При размещении стабилизирующих вант над несущими (рис. 2.42, б) опорный контур для обеих систем вант может быть общим и расход материала на его устройство будет минимальным. Однако в этом случае сжатые стойки, соединяющие обе системы вант, потребуют большого расхода металла из-за необходимости обеспечения их устойчивости. Для покрытий больших пролетов длина стоек увеличивается, их сечения и вес резко возрастают и начинают составлять значительную часть общего веса покрытия.

Промежуточная система (рис. 2.42, в) позволяет уменьшить общую высоту покрытия. Распор от несущих нитей воспринимается верхним железобетонным кольцом, а от стабилизирующих - колоннами.

Оптимальное решение конструктивной формы двух поясной системы в каждом конкретном случае определяется вариантным проектированием.

Стрелки провесов тросов в двухпоясных конструкциях колеблются в широких пределах от 1/10 до 1/30 пролета. Эти размеры сильно влияют как на усилия в самих поясах, так и на усилия в опорной конструкции. При назначении стрелок провисания следует учитывать, что большие величины целесообразны при большем соотношении между постоянной и временными нагрузками, но при этом их кинематические перемещения возрастают.

Пояса двухпоясных систем обычно изготовляют из стальных канатов и тросов. Площади сечения поясов подбирают по усилиям: в несущем поясе - от остаточного предварительного напряжения и полной (постоянной) и временной нагрузок на покрытие, в стабилизирующем поясе - от действия постоянной нагрузки, предварительного напряжения и отсоса ветра.

Дальнейшим развитием двухпоясных конструкций являются тросовые фермы, представляющие собой систему, которая включает несущие и стабилизирующие нити, соединенные раскосной или треугольной решеткой (рис. 2.44) из гибких элементов.

Наличие такой решетки увеличивает жесткость конструкции, превращая ее в геометрически неизменяемую. Тросовые фермы нашли применение в покрытиях с неравновесными и большими временными нагрузками. Для них, как правило, используются легкие кровельные конструкции. При работе в гибких элементах решетки могут возникать как растягивающие, так и сжимающие усилия. Для того чтобы обеспечить восприятие гибкими элементами сжимающих усилий в конструкции, необходимо создавать предварительное напряжение растяжения, величина которого превышает действующее сжимающее усилие в решетке. Тросовые фермы рассчитывают методами строительной механики, применяемыми при расчете статически неопределимых стержневых систем.

В последнее время при строительстве спортивных сооружений с крытыми трибунами была использована конструктивная схема, включающая внутреннее кольцо, работающее на растяжение, и два наружных кольца на круглом или овальном планах

Схемы двухпоясных висячих покрытий

а - вогнутая; б - выпуклая; в - выпукло-вогнутая; 1 - несущая ванта; 2 - стабилизирующий трос; 3 - оттяжки; 4 - опора; 5 - жёсткие распорки; 6 - гибкие затяжки

Схемы покрытия спортивных сооружений: а - колесо со спицами; б - спицы крепятся к двум сжатым кольцам и сходятся к центру; в - в центре располагается кольцо; г - круглое кольцо заменено овальным, вертикальное расстояние между сжатыми кольцами переменно; д -конструкции покрытия опираются на вертикальные стойки, спицы соединены растяжками