2. Вариантное проектирование висячих и вантовых мостов

2.1. Основные концепции вариантного проектирования

Задача вариантного проектирования состоит в выборе наиболее целесообразного в данных условиях решения. При проектировании висячих и вантовых мостов эта задача значительно усложняется, так как отсутствуют типовые решения для пролетных строений. В связи с этим традиционное вариантное проектирование, приемлемое для большинства конструкций, требует специального подхода для этих мостов.

Общее направление вариантного проектирования состоит в том, что необходимо для конкретных местных условий и на основании ряда исходных технических данных (например, назначение моста, отверстие моста, размеры подмостового габарита, другие дополнительные условия) эскизно запроектировать ряд вариантов висячего или вантового моста, определить технико-экономические показатели и сделать сравнение составленных вариантов с выбором оптимального для детальной проработки. Последнее является одной из основных задач эскизного проектирования. При этом сравниваются показатели, из которых одними из основных являются расход материалов и связанная с ним стоимость сооружения.

При разработке вариантов важно выбрать рациональные пропорции сооружения. В частности, составление вариантов начинают с разбивки на пролеты, которая может определяться условиями (размерами) подмостового габарита, гидрологическими (ледовыми) условиями, а также условиями наиболее экономичной разбивки.

Для вариантов мостов с применением висячих и вантовых конструкций разбивка на пролеты только по экономическим соображениям маловероятна. Чаще всего здесь приходится решать комплексную задачу, когда один-два пролета определяются условиями судоходства, а остальные – условиями экономики. Судоходные пролеты перекрываются висячими или вантовыми системами, а остальные – другими системами из различных материалов.

В связи с этим возникают три возможных подхода в компоновке общей схемы висячего или вантового моста:

1) компоновка общей схемы моста с обеспечением заданного отверстия и размеров подмостового габарита в виде однопролетной распорной висячей или вантовой системы. В этом случае речь идет о вариантном решении чисто висячего (вантового) моста;

2) компоновка общей схемы моста с обеспечением заданного отверстия моста и размеров подмостового габарита в виде двух- или трехпролетной безраспорной висячей или вантовой системы (решение для чисто висячего или вантового моста);

3) компоновка общей схемы моста с обеспечением размеров подмостового габарита (в пределах русловой части для рек и наибольшей глубины – для морских акваторий) двух- или трехпролетными висячими или вантовыми системами, а заданного отверстия моста – с помощью дополнительных пролетных строений других систем (чаще всего балочной). Здесь имеет место определение – мост с висячими или вантовыми пролетами.

Для рассмотренных выше компоновочных схем моста (в пределах заданного отверстия) важное значение приобретает решение подходов, связанное прежде всего с назначением моста и его высотой, так как рассматриваются мосты высокого уровня.

Для железнодорожных и автодорожных мостов, расположенных вне населенных пунктов, решение подходов осуществляется в виде насыпи или подходной эстакады (рис. 2.1, а).

Для железнодорожных, автодорожных, городских мостов, расположенных в районах городской застройки, решение подходов осуществляется с устройством эстакад при применении железобетонных или металлических балочных пролетных строений и опор (рис. 2.1, б).

Пешеходные мосты должны заканчиваться сходами в виде лестничных сходов или пандусов. Лестничные сходы (пандусы) устраиваются как продолжение моста или располагаются нормально к оси моста; возможны и комбинированные решения (рис. 2.1, в). Лестничные сходы устраиваются с уклоном 1:2, а пандусы – с уклоном 1:10…1:20.

Висячие или вантовые мосты под техническую нагрузку (водопровод, теплофикация, газо- или нефтепровод, кабели и трубопроводы различного назначения, кроме канализации) заканчиваются вертикальными коленными сходами, т. е. переводом трубопровода из одного уровня в другой (рис. 2.1, г).

Основными задачами эскизного проектирования только висячей или вантовой части моста являются выбор системы и определение рациональных размеров элементов выбранного решения.

Первую задачу решают путем составления вариантов систем висячей или вантовой части моста и сравнения их по экономическим показателям, эксплуатационным, строительным и архитектурным качествам. При сравнении вариантов по стоимости определяют размеры массивных элементов: промежуточных и береговых опор, массивов для закрепления оттяжек, фундаментов опор. Кроме того, необходимо установить стоимость пролетных строений, для чего требуется определить количество расходуемого металла разных сортов (канаты, прокат) или железобетона (бетона) различной прочности. Для решения этой задачи требуется определить вес пролетных строений.

Рис. 2.1. Решения подходов для мостов различного назначения: а– для железнодорожных, автодорожных мостов вне населенных пунктов;б– для городских мостов;в– для пешеходных мостов;г– для трубопроводных мостов;1– насыпь;2– эстакада;3– застройка;4 – лестничный сход вдоль оси моста;5– то же поперек оси моста;6– сход трубопровода

В процессе разработки конкретного варианта приходится назначать основные размеры элементов сооружения исходя из имеющихся на этот счет рекомендаций, сформулированных на основании опыта проектирования (подразд. 1.2).

В частности, если рассматривается вариант висячей системы с балкой жесткости, надо определить:

• число плоскостей кабеля (подвесок) по ширине моста;

• число пролетов: однопролетная, трехпролетная или многопролетная;

• распорная или безраспорная система.

Необходимо установить соотношение пролетов, величину стрелы провиса кабеля, высоту балки (фермы) жесткости, высоту пилонов и т. д.

Для варианта вантовой части моста тоже решается вопрос о разбивке на пролеты, числе вант в пролете, высоте пилонов и балки жесткости, числе плоскостей вант по ширине моста (две или одна) и др.

Сравнение вариантов моста производят поэтапно:

• устанавливают оптимальный вариант из всех с висячей системой;

• выбирают оптимальный вариант из всех с вантовой системой;

• сравнивают эти два варианта; к детальной разработке принимают наиболее оптимальный по всем показателям.