книги из ГПНТБ / Крыльцов, Е. И. Современные железобетонные мосты [монография]

же подача на плаву крупных секций блоков в пролет сооружаемого моста.

Автор систем и ряда проектов висячих железобетонных мостов Д. Вандепитте (Бельгия) обосновал их экономичность для пере­ крытия пролетов до 500 м. Необходимо отметить, что впервые идея

пешеходного моста через железнодорожные пути в Лаоне. Современные построенные железобетонные мосты висячих ван-

товых систем — это преимущественно безраспорные мосты с желе­ зобетонной балкой жесткости. Железобетонная балка жесткости с мощным поперечным сечением воспринимает распор без дополни­ тельного усиления ее сечения и без дополнительных связей для уве­ личения устойчивости в горизонтальной плоскости. А так как в мос­ тах больших пролетов постоянная нагрузка составляет большую долю от общей, то возможность снижения ее применением в вися­ чих системах открывает пути существенного улучшения технико­ экономических показателей таких мостов.

Висячие железобетонные мосты, применяемые в мостостроении последних лет, представляют собой как бы преобразованные балоч­

кости поддерживается различной системой вантов. К этой группе относятся и мосты комбинированных систем с вантовыми элемен­ тами.

Кроме того, в настоящее время появляется новая разновидность висячих железобетонных мостов—-это мосты с пролетными строе­ ниями в виде гибких лент, так называемые м о с т ы - л е н т ы .

Наибольшее распространение в мостостроении последних лет по­ лучила вторая группа — вантовые железобетонные мосты безраспорных систем или как их иногда называют — в а н т о в о - б а л о ч ­ ные или балочно-вантовые. Распорные системы вантовых мостов пока еще не нашли применения.

Среди большого разнообразия вантово-балочных мостов разли­

300

Рис. V.l. Основные системы железобетонных вантовых безраспорных мостов

трехшарнирной системы Ьте за счет включения элемента cd балки жесткости обращается в двухшарнирную bcde для варианта рас­ порной системы;

2) «а р ф а» с параллельным расположением вантов и ярусным присоединением их к пилону (рис. V.1, г). Эти системы, разгружая верх пилона, увеличивают усилия в вантах;

3) в е е р н ы е с лучами-вантами, присоединенными к пилону ярусно и сходящимися в опорных узлах в боковых пролетах (рис. V.1, д).

В соответствующих условиях могут найти применение также ван­ товые железобетонные мосты внешне распорных систем.

К числу р а с п о р н ы х в а н т о в ы х с и с т е м железобетон­ ных мостов нужно отнести прежде всего решетчато-комбинирован­ ные с решетчатым заполнением из вантовых элементов между верх­ ней цепью и балкой жесткости (рис. V.2, а). Недостаток системы — отдельные ванты, в которых появляются сжимающие напряжения, выходят из работы, вызывая дополнительные изгибающие моменты в балке жесткости.

Развитием этой системы можно считать применение перекрещи­ вающихся решеток, как это было предусмотрено в проекте моста через р. Тежу (Тахо) в Лиссабоне

Перспективные возможности представляют также разработан­ ные в Гипротрансмосте распорные вантовые системы с перекрест­ ными вантами (рис. V.2, б) и многопанельные с наклонными под­ весками 21 (рис. V.2, в, г).

Особое качество системы с перекрестными вантами — преобла­ дание положительных моментов на всех участках балки жесткости с шарнирами на промежуточных опорах и повышенная жесткость

301

(см. рис. V.2, б). Другая 'система многопанельная с наклонными подвесками позволяет уменьшить длину панелей, что важно для же­ лезобетонных сборных конструкций моста, монтажную массу эле­ ментов-блоков которых целесообразно ограничить до 25—30 т и, следовательно, обойтись без тяжелого монтажного оборудования. Предложенные 10-панельные (см. рис. V.2, в) и 16-панельные (см. рис. V.2, г) схемы вантовых ферм обеспечивают возможность при­ менения таких систем для перекрытия пролетов до 500 м. Особен­ ность многопанельных систем с наклонными подвесками — наличие концевых горизонтальных вантовых элементов г2г\, передающих на опоры горизонтальные слагающие усилий в наклонных подвесках в зависимости от расположения нагрузки (над входящим или нисхо­ дящим положением подвесок).

При проектировании висячих вантовых мостов определяющими служат расчетные значения изгибающих моментов в балках жест­ кости и усилий в элементах ферм от подвижных нагрузок. Предва­ рительное выявление этих величин позволяет оценивать применяе­ мые системы и назначать размеры основных элементов конструкции. Сопоставить системы по приближенным величинам наиболь­ ших изгибающих моментов и усилий можно при помощи характе­ ристик ki и k2, пропорциональных величинам изгибающих момен­ тов М в балках жесткости, и усилий 5 в элементах ферм от дей­ ствия подвижной равномерно распределенной нагрузки, равной 1 тс на 1 пог. м балки.

Имея

Здесь й м и Qy — расчетные площади линий влияния соответственно изгибаю­ щих моментов и усилий; k\ и k2— характеристики системы соответственно для изгибающих моментов и усилий от временной нагрузки.

Для висячих и вантовых систем, имеющих подобные геометриче­ ские данные, характеристики по величине одинаковы, если не учи­ тывать изменения отношений жесткостей элементов ферм и балок

а .)

Рис. V.2. Вантовые распорные системы мостов

302

присоединения пересекающихся лучей (см. рис. V.2, б).

Для вантовых систем как с наклонными подвесками, так и двух­ шарнирных (рис. V.3) величины характеристик k{ уменьшаются в 8—10 раз по сравнению с этими характеристиками для висячих од­ ноцепных с балками жесткости и до 2—3 раз по сравнению с двух­ цепными и решетчато-комбинированными системами.

В системах висячих и вантовых мостов, являющихся статически неопределимыми, возможно регулирование усилий с целью пони­ жения наибольших и наименьших их величин.

§ 25. ОБЩИЙ ОБЗОР ПОСТРОЕННЫХ И ЗАПРОЕКТИРОВАННЫХ ВАНТОВЫХ МОСТОВ

Первый вантовый мост с железобетонной балкой жесткости по­ строен в 1925 г. через р. Темпул в Испании по схеме пролетов 20,1+60,3+20,1 м с 20-метровым подвесным пролетным строением. Натяжение вантов из проволочных канатов открытого типа созда­ вали при помощи домкратов, расположенных под опорными подуш­ ками на голове пилона. При этом оголовок пилона с прикреплен­ ными к нему вантами был поднят на 25 см. Все характерные эле­ менты, свойственные железобетонным вантовым мостам, нашли

303

отражение в конструкции этого моста, включая навесной монтаж подвесного пролетного строения.

С 1925 г. и до постройки в 1962 г. моста через оз. Маракайбо в Венесуэле вантовые системы не получали такого широкого развития в проектировании и строительства, как за последние 10—15 лет (см. ниже табл. V.1) за рубежом.

В нашей стране в 1963 г. был построен мост через гавань р. Днепр в Киеве, эксплуатация которого, а также данные статиче­ ских и динамических испытаний подтвердили перспективность ис­ пользования вантовых систем для железобетонных мостов больших пролетов (см. § 27).

элементов длиной по 16,7 ж монтаж пролетного строения моста за­ нял всего 24 дня.

Годом позже в Италии были построены два виадука — один че­ рез р. Полчеверу (см. § 27) и второй через р. Тибр.

Построенный в 1967 г. на пойме р. Тибр в Риме автодорожный виадук Маглиана имеет один пилон и два пролетных строения про­ летами 145 и 53,6 ж (рис. V.4, а). Балка жесткости большого про­ лета состоит из консольного участка длиной 69 м с шарнирным за­ креплением пилона, поддерживающего наклонные ванты, и подвес­ ного 63-метрового пролетного строения. Пилон портального типа с шарнирным опиранием отклонен на 2,37 м от вертикали. Коробча­ тое с семью ячейками сечение сборной балки жесткости имеет пе­ ременную высоту от 3 до 4 ж и составлено из семи двутавровых балок-блоков. Канаты вантов из параллельных (76 и 36) проволок имеют защитную железобетонную оболочку. Ширина моста 24,2 м вызвана расположением его на кривой в плане, в связи с чем по­ требовалось высоту поперечной балки в месте прикрепления наклон­ ного ванта увеличить до 8 ж при ширине 2,7 ж.

Мост-трубопровод вантовой системы, построенный в 1968 г. в Претории (Южная Африка), имеет два пролета по 28,35 ж (рис. V.4, б). Железобетонная балка жесткости поддерживается вантами, заанкеренными в ней на расстоянии 4,06 ж друг от друга в попереч­ ном сечении; к голове пилона ванты сближены. Ширина коробки балки жесткости 4,83 ж, высота 0,91 ж. Внутренние габариты короб­ чатой балки рассчитаны на три нитки труб. Канаты вант даны из параллельных проволок; системы натяжения их расположены на балке жесткости, которая опирается шарнирно на пилон.

Пешеходный мост-трубопровод Барвон-Ривер через р. Барвон, построенный в 1969 г. в Австралии, имеет центральный пролет 92,3 ж и боковые по 54,96 ж (рис. V.4, в). Балка жесткости поддер­ живается восемью вантами из витых прядей, сооружена в централь­ ном пролете методом навесного бетонирования {секциями по 3,0 ж) двумя консольными участками, объединенными затем в балочно­ неразрезную систему. Сечение балки трапецеидальное шириной

304

Рис. V.4. Вантовые мосты безраспорных систем:

р. Фойл в Северной Ирландии; е — железнодорожный мост в Англии

1,83 м поверху и 1,45 м понизу. Высота балки жесткости переменная от 2,0 до 2,31 м.

Пилоны построены в виде Н-образных шарнирных рам. В их ос­ нование заложены плоские домкраты Фрейсине для возможности корректирования положения пилонов после проявления усадки и ползучести бетона.

Вантовый мост системы «арфа» через р. Майн у Хёхста сдан в эксплуатацию в 1971 г. в ФРГ. Это мост с вантовыми элементами из арматурных проволок. Заканчивается строительство оригинальных по конструкции вантовых мостов через р. Парану в Аргентине и "р. Ваал в Голландии, построен в 1973 г. мост через долину Вади-Эль-Куф в Ливии (см. § 27). Главный пролет этих трех мос­ тов значительно превышает вантовый пролет Маракайбо и состав­ ляет 267—282 м.

Строительство второго вантового пешеходного путепровода Маунт-Стратт (рис. V.4, г) заканчивается в настоящее время в Ав­

305

стралии над автострадой Митчелл. Два пролета путепровода по 35,6 м перекрыты неразрезной балкой жесткости, имеющей короб­ чатое сечение шириной 4,8 м и высотой в пролете 0,61 м, а у пилона 1,22 м. На пилоне, представляющего собой стойку высотой 14,9 м от верха балки жесткости, расположены раздельно (по высоте) две нитки пересекающихся вантов, заанкеренных своими концами в бал­ ку жесткости. Устройство для натяжения вантов закреплено на пи­ лоне.

В Северной Ирландии предполагается построить мост Мэдемс Бэнк через р. Фойл у Лондондерри. Вантовый мост имеет центр.альный пролет в 210 м с одним пилоном и боковые по 70 м (рис. V.4, <3). Ширина пролетного строения 30 м. Парные ванты системы «арфа» поддерживают неразрезную балку жесткости с пятью пане­ лями по 70 м, продолжающимися над боковыми подходными про­ летами эстакады.

Особенность конструкции моста — сближенные поперек моста плоскости вантов, расположенные в пределах разделительной поло­ сы, где предусмотрена пешеходная дорожка-тротуар. Пилон высо­ той ПО м в виде А-образной рамы с колонной-мачтой имеет внизу расширяющуюся часть, где установлен второй вертикальный пилон, поддерживающий нижний ярус сооружения. Пилон из монолитного бетона предусмотрено возводить в скользящей опалубке. На про­ тяжении вантового пролета и непосредственно примыкающих к не­ му (по одному с каждой стороны) пролетов балка жесткости преду­ смотрена неразрезной сборной коробчатой конструкции (из бето­ на М-600) высотой 3,5 м и шириной понизу 9,0 м, а поверху она имеет сильно развитые консоли длиной по 7 м. Развитая в горизон­ тальном направлении коробчатая балка обеспечивает хорошую жесткость на кручение при несимметричном расположении времен­ ной нагрузки. Поперечные консоли и плиту проезжей части преду­ смотрено монтировать после окончания сборки основной коробки балки жесткости. Стыки между блоками-секциями пролетного стро­ ения в центральном пролете омоноличиваются бетоном, а на эста­ каде эпоксидным клеем.

В Чертей (Англия) строится первый вантовый мост для двухпут­ ного железнодорожного движения на косом (в 50°) пересечении с автомобильной дорогой. Мост веерной системы с одним пилоном высотой 21,86 м и двумя пролетами по 59,37 м (рис. V.4, е), пере­ крытыми неразрезной балкой жесткости, поддерживаемой вантами. Балка жесткости из монолитного железобетона в поперечном сече­ нии состоит из двух коробок высотой 2,74 м, расположенных на рас­ стоянии 10,36 м друг от друга и соединенных понизу плитой. На плите между коробками расположены железнодорожные пути на балласте. Наклонные ванты из параллельных проволок напрягают­ ся путем поддомкрачивания их на пилоне. Нижние ванты заанкерены в пилон, а верхние закреплены к его вершине шарнирно. В целях повышения надежности моста в анкерах предусмотрена возможность замены канатов, заанкеренных каждый в отдельный блок.

306

На международном конкурсе, объявленном Данией по мостово­ му переходу через пролив Большой Белы, среди проектов моста при пролетах более 200 м представлены преимущественно вантовые системы с балками жесткости коробчатого сечения из металла и предварительно напряженного железобетона.

Трасса этого мостового перехода на западе пролегает от г. Нюборга через о. Спрого и далее северо-западнее г. Корсора. Протя­ женность трассы около 20 км, в том числе 1,3 км она проложена по острову, который разделяет переход на западный и восточный участки.

По одному из получивших первую премию в 1967 г. проектов мостового перехода для запасного участка под совмещенное авто­ мобильное и железнодорожное движение был представлен ориги­ нальный проект железобетонного моста с судоходными пролетами по 350 м, перекрытыми вантовыми пролетными строениями в виде многолучевой системы «арфа» (рис. V.5, а). На большом протяже­ нии западного участка глубина воды доходит до 20—25 м. Подмос­ товой габарит — 36 м по всему судоходному пролету. Несущий грунт состоит из прочного валунного мергеля, мела или известняка, по­ крытого насосными слоями разной толщины (до 10 ж). В попереч­ ном сечении пролетного строения шириной 44,5 м расположены симметрично две вантовые фермы на расстоянии 12,8 м друг от дру­ га. Пилон общей высотой от уровня воды 158,5 м возвышается над проезжей частью на 89 м.

По другому получившему высшую премию проекту мостового перехода предложен вариант вантового железобетонного моста с пролетами по 300 м общей шириной 35 м под автомобильное много­ полосное движение. Вантовая конструкция моста (рис. V,5, б) в виде двухлучевой системы «арфа» поддерживает железобетонную коробчатую балку жесткости, разделенную поперек моста по оси проезда одним пилоном. Проезд автомобилей в каждом направле­ нии предусмотрен на консольных свесах коробки. Полоса, занимае­ мая пилоном шириной 4 м, служит разделительной полосой между двумя направлениями движения транспорта.

Тонкостенная конструкция пилонов, уширенная к основанию, обеспечивает необходимую их жесткость на изгиб при односторон­ нем загружении прилегающих пролетных строений. Монтаж пролет­ ного строения предусмотрено начинать в обе стороны от пилона, в который прочно защемлена главная балка. При этом свободные концы пролетного строения через определенные промежутки будут подхвачены вантами.

В нашей стране из проектов вантовых мостов значительную но­ визну представляет разработанное в Гипротрансмосте типовое ре­ шение вантового безраспорного железобетонного моста с пере­ крестными вантами (см. § 26). Произведенные при этом исследова­ ния показали возможность обеспечения большой жесткости пролетных строений с предварительно напряженными вантовыми элементами и перспективность таких систем для мостов значитель­ ных пролетов (до 300 м ).

308

И з а н а л и з а д а н н ы х (табл. V.1) по конструктивным и тех­ нологическим особенностям железобетонных вантовых мостов вид­ но, что достигнутые наибольшие пролеты среди построенных мостов составляют 282 м. Сечение балок жесткости, как правило, коробча­ тое, многосекционное, а в последний период применяют и односек­ ционное с развитыми поперечными консолями. Оптимальный угол наклона вантов к балке жесткости составляет 25—35°. При увели­ чении его увеличивается высота и свободная длина сжатого пилона, при уменьшении усложняется анкеровка вантов из-за увеличения усилий в балке.

Пилоны современных вантовых мостов располагают как сим­ метрично с обеих сторон главного пролета, так и несимметрично с одной стороны. В поперечном сечении моста пилоны применяют в виде двух колонн, между которыми находится пролетное строение, или в виде одной колонны-стойки по оси моста, поддерживающей единственную вантовую ферму. В ряде случаев пилоны поперек моста имеют А-образное очертание, что позволяет располагать две вантовые наклонные фермы, а также одну осевую с одной или дву­ мя ветвями вантов. Конструкция с двумя плоскостями вантов более целесообразна для восприятия временной нагрузки, конструкция же с одной плоскостью вантов применима в услових, когда балка жест­ кости обладает повышенной прочностью на кручение от несиммет­ рично расположенных нагрузок.

При радиальном размещении вантов целесообразнее конструк­ цию пилона давать продольно жесткой, при веерном — гибкой.

Конструкция канатов вантов предпочтительна из параллельных проволок; эффективная защита их от коррозии может быть обеспе­ чена синтетическими покрытиями. Обетонирование вантов с предва­ рительным напряжением, служащее защитой от коррозии, может быть целесообразно как мера значительного повышения жесткости системы под действием временных нагрузок. Так, проведенные ис­ следования в Гипротрансмосте показали возможность увеличения жесткости до 60%.

В аэродинамическом и динамическом отношении вантовые же­ лезобетонные мосты близки к металлическим вантовым, но коэффи­ циенты затухания колебаний у них выше.

Монтаж железобетонных вантовых пролетных строений наибо­ лее целесообразен навесной сборкой с применением временных ка­ белей или с временным предварительным напряжением балок. Для крепления временных вантов удобны металлические закладные де­ тали или каналы в бетоне балок жесткости.

С целью уменьшения веса конструктивных деталей и упрощения конструкции вантовых ферм рационален прием безобрывного при­ соединения вантов в узлах, состоящий в свободном пропуске необ­ ходимого количества каналов через фасонные обжимки узлов с обрывом лишь части канатов. Обрываемые канаты опираются конце­ выми анкерными стаканами на торцы узловых фасонок. Это позво­ ляет монтировать вантовые безраспорные (см. рис. V.1, в) и рас­ порные (см. рис. V.2, б) фермы с перекрестными лучами путем ус-

309