7.5.2 Разновидности висячих и вантовых металлических мостов. Способы увеличения жесткости мостов с кабелем. Виды закрепления вант на пилонах.

В зависимости от вида основной несущей конструкции висячие мосты можно разделить на мосты с кабелем или цепью и вантовые.

В висячих металлических мостах главными несущими элементами служат кабели или ванты, работающие на растяжение.

Кабели изготавливают из крученых проволочных канатов, а при особо больших пролетах - из мощного пучка параллельных проволок. Кабель, имеющий в пролете (по фасаду моста) криволинейное очертание, проходит над вершинами пилонов и в виде оттяжек закрепляется концами в устоях. К кабелю с помощью подвесок подвешивают балки жесткости с конструкцией проезжей части моста. В вантовых мостах балки жесткости поддерживаются прямолинейными наклонными оттяжками, закрепленными на пилонах. Эти наклонные элементы из стальных крученых проволочных канатов или параллельных высокопрочных проволок называют вантами. Бывают также мосты с вантовыми фермами, образованными из прямолинейных отрезков стальных канатов, соединенных между собой в узлах. Схема и геометрические размеры вантовой фермы должны быть выбраны так, чтобы при любых воздействиях расчетных нагрузок все ее элементы работали только на растяжение.

Крученые канаты для кабелей и вантов висячих мостов делают из стальной холоднотянутой оцинкованной проволоки с пределом прочности 1500-1800 МПа. Благодаря высокой прочности стальных проволочных канатов вес висячих мостов получается наименьшим, что дает возможность перекрывать ими очень большие пролеты. Наибольший по пролету висячий мост с кабелем, построенный в 1964 г. в Нью-Йорке, перекрывает пролет в 1300 м. Пролеты мостов с вантами достигают 300 м и более.

Висячие мосты с кабелем. В висячих мостах с кабелем стрелу его f принимают от до пролета. Наивыгоднейшая величина стрелы обычно составляет около пролета.

Рис.158. Схема висячих мостов с кабелем

1 - кабель; 2 - деформированное состояние кабеля при загрузке левого полупролета; 3 - балка жесткости; 4 - деформированное состояние балки жесткости при загрузке полупролета; 5 - вертикальная подвеска; 6 - пилон; 7 - оттяжка; 8 - анкерное закрепление оттяжки;

При различных положениях временной нагрузки кабель меняет свое геометрическое очертание. Например, при загружении временной нагрузкой левой половины пролета (рис.158) кабель - сильно провисает в этом полупролете за счет правого. В результате пролетное строение значительно прогибается в загруженной половине пролета вниз и в незагруженной вверх, образуя двухвалковую (S-образную) форму линии прогиба моста. Чтобы уменьшить большие прогибы, вызываемые деформациями кабеля, устраивают балки (или фермы) жесткости (см. рис.158). Чем больше высота балки жесткости, тем меньше прогибы висячего моста под временной нагрузкой. В современных висячих мостах высоту балки жесткости принимают от до пролета, а при перекрытии очень больших пролетов - . Известны и другие способы увеличения жесткости висячих мостов, например прикрепление кабеля в середине пролета к балке жесткости или же устройство наклонных подвесок, превращающих систему в своеобразную ферму (рис.159).

Рис.159. Схема висячих мостов с кабелем

1 - кабель; 2 - балка жесткости; 3 - пилон; 4 - наклонные подвески.

Висячие мосты в зависимости от способа закрепления концов кабеля разделяют на распорные и безраспорные. В распорных мостах усилия оттяжек (см. рис.6) и концов кабеля (см. рис.159) передаются на грунт или на массивные устои. В безраспорных мостах, называемых также висячими мостами с воспринятым распором, горизонтальные слагающие Н усилия в оттяжках и концевых частях кабеля (рис.160) передаются балке жесткости и только вертикальные слагающие требуют закрепления в устоях. Из-за передачи распора на балки жесткости возрастает затрата на них металла, но зато устои имеют меньший объем, чем в распорных мостах. Поэтому безраспорные висячие мосты применяют для сравнительно небольших пролетов не более 200-300 м в случае, когда из-за плохих грунтов желательно освободить устои от передачи им распора.

Рис.160. Схемы висячих мостов с кабелем

1 - кабель; 2 - балка жесткости; 3 - вертикальная подвеска; 4 - пилон.

В висячих мостах на кабель передают всю постоянную нагрузку пролетного строения, включая вес балок жесткости с конструкцией проезжей части. Для этого применяют специальные способы монтажа и конструктивные меры.

Используемые для кабелей стальные проволочные канаты обычно имеют крестовую свивку, при которой проволоки в прядях и сами пряди навиты в противоположные стороны (рис.161, а). Толщина проволок в канатах составляет 3-5 мм. Против ржавления проволоки покрывают оцинковкой и, кроме того, заполняют промежутки между проволоками, прядями и канатами (в кабеле) антикоррозионной смазкой. Применяют также плотные или закрытые канаты, в которых наружные слои имеют проволоки фасонного сечения (рис.161, б), предохраняющие внутренние проволоки от проникания к ним влаги.

Рис.161. Детали конструкции висячих мостов с кабелем

1 - продольный канат крестовой свивки; 2 - проволочный канат закрытого сечения;

3 - кабель из проволочных канатов; 4 - хомут, обжимающий кабель; 5 - подвеска из тяжа.

Кабели образуют из нескольких рядов канатов, стянутых стальными хомутами (рис.161, в), к которым прикрепляют подвески из стальных тяжей или крученых проволочных канатов. В мостах особо больших пролетов кабель часто делают из большого числа параллельных проволок. Кабель изготавливают на месте, постепенно навешивая последовательные нити проволоки с помощью движущихся вдоль кабеля прядильных колес. Такой способ называют прядением кабеля. Навешенные проволоки обжимают, обматывая мягкой проволокой и обычно покрывают еще защитной оболочкой.

Пилоны современных висячих мостов возводят металлическими, или, реже, железобетонными. Пилоны представляют собой мощные стойки, шарнирно опертые или защемленные нижним концом на опорах. Пилоны, шарнирно опертые нижним концом, принято называть качающимися. Кабель проходит над вершинами пилонов и опирается на них с помощью стальных литых подушек.

Рис.162. Детали конструкции висячих мостов с кабелем

1 - кабель из проволочных канатов; 2 - балка жесткости; 3 - стойка пилона; 4 - распорка пилона;

5 - связи между стойками пилона; 6 - подвеска; 7 - ферма жесткости.

В поперечном направлении стойки пилонов связывают между собой распорками (рис.162, а), а при большой высоте - системой поперечных элементов. Иногда стойкам пилона придают наклон в поперечном направлении (рис.162, б). В некоторых случаях находят применение пилоны в виде отдельно стоящих стоек.

Рис.163. Детали конструкции висячих мостов с кабелем

1 -кабель из проволочных канатов; 2 - балка жесткости; 3 - траверса, поддерживающая анкерные стаканы; 4 - анкерные стаканы, закрепляющие проволочные канаты; 5 - качающаяся стойка, воспринимающая растягивающие и сжимающие опорные реакции.

Концы кабелей или оттяжек закрепляют в массивных бетонных или железобетонных устоях; при прочном скальном грунте возможно непосредственное закрепление в нем концов кабелей. Стальные канаты, составляющие кабель, обычно разводят веерообразно изакрепляют каждый с помощью анкерных стаканов (рис.163, а). Для этого конец каждого каната расплетают, заводя в полость анкерного стакана и заливают расплавленным цинковым, алюминиевым или другим сплавом. В безраспорных висячих мостах кабель закрепляют на конце балки жесткости (рис.163, б) или обводят через торец балки и закрепляют в кладке устоя.

Балки жесткости висячих мостов могут быть в виде балок со сплошной стенкой, решетчатых ферм и коробчатой конструкции.

Рис.164. Детали конструкции висячих мостов

1 - балка жесткости; 2 - подвеска; 3 - поперечная балка; 4 - балка жесткости коробчатого обтекаемого сечения.

В зависимости от схемы висячего моста балки жесткости могут быть разрезными (см. рис.158) и неразрезными (см. рис.159 и 160). Балки располагают в плоскостях кабелей (рис.164, а), или принимают другое их расположение, исходя из конструктивных соображений. Подвески прикрепляют непосредственно к балкам жесткости, к поперечным балкам проезжей части и к их консолям. Между балками жесткости устанавливают ветровые связи. В новейших мостах балку жесткости устраивают в виде единой коробчатой конструкции с обтекаемым очертанием для уменьшения воздействия ветра (рис.164, б).

Вантовые мосты. Эти мосты с балкой жесткости, поддерживаемой системой наклонных вантов, опирающихся на пилоны, как разновидность висячих мостов получили за последние годы широкое распространение.

В вантовых мостах балку жесткости изготавливают неразрезной, а ванты располагают симметрично по обе стороны пилонов. Крайние ванты в береговых пролетах закрепляют нижними концами над опорами с тем, чтобы вертикальные слагающие усилий этих вантов передавались непосредственно опорам. Горизонтальные слагающие усилий всех вантов передаются балке жесткости.

Рис.165. Схемы вантовых мостов

1 - балка жесткости; 2 - пилон; 3 - ванты.

Ванты могут быть закреплены на пилонах различно. Если они веерообразно спускаются от вершины пилона к балке жесткости (рис.165, а), то система будет радиальной. Если ванты оперты на пилоны в нескольких точках по их высоте и располагаются параллельно друг другу, то систему называют "арфа" (рис.165, б). Мост с вантами может иметь только один пилон (рис.166, а). В поперечном сечении моста обычно устраивают две плоскости вантов и пилонов (см. рис.165, а). На дорогах с разделительной полосой могут быть применены одностоечные пилоны, установленные по продольной оси моста. В этом случае ванты располагают тоже в осевой плоскости (см. рис.165, б) или направляют их от вершин пилонов наклонно к краям моста (рис.166, а).

Рис.166. Схемы вантовых мостов

1 - балка жесткости; 2 - пилон; 3 - ванты; 4 - неподвижная опорная часть; 5 - шарнирно подвижная опорная часть.

Соотношение пролетов в трехпролетных вантовых мостах обычно составляет 1:2,5:1, а в двухпролетных - 1:1,5ч1:2. Высоту балки жесткости принимают от до , а возвышение пилонов над балкой жесткости от до от большего из перекрываемых пролетов.

Достоинство мостов с балкой жесткости и вантами - большая их жесткость по сравнению с кабельными мостами.

В вантовых мостах с балкой жесткости ванты делают из крученых проволочных канатов тех же видов, которые применяют для кабелей. Каждый вант образуют из пучка канатов, закрепленных нижними концами с помощью анкерных стаканов к балкам жесткости. На пилонах ванты обычно проходят непрерывно и передают на них свои усилия с помощью опорных частей.

При опирании на пилон нескольких вантов на разной высоте (система "арфа") один из них, обычно верхний, закрепляют неподвижно, обводя его по седловидной подушке. Остальные ванты опирают с помощью продольно подвижных опорных частей или шарнирно поворачивающегося балансира (рис.166, б).

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие вы знаете схемы и конструкции арочных, рамных и комбинированных металлических мостов?

2. От чего зависят высота и сечение металлических арочных пролетов?

3. Каковы разновидности висячих и вантовых металлических мостов?

4. Какие существуют способы увеличения жесткости мостов с кабелем?

5. Какие вы знаете виды закрепления вант на пилонах?