1. Общая характеристика и область применения металлических мостов. Типы и схемы металлических пролетных строений. Достоинства и недостатки металлических мостов.

Металл, в первую очередь сталь – наиболее совершенный материал для строительных конструкций. Современные конструкции стальных пролетных строений позволяют перекрывать пролеты длиной до 3 км.

По статической схеме пролетные строения могут быть:

-Балочными разрезными

-Балочными неразрезными

-Арочными

-Комбинированными

-вантовыми или висячими.

По расположению уровня проезда:

-с ездой поверху

-с ездой понизу

-с ездой посередине

В некоторых случаях целесообразными бывают пролетные строения с проездом в двух уровнях – поверху и понизу.

По типу конструкции – со сплошными несущими конструкциями (балками, рамами, арками) и со сквозными (решетчатыми).

Наибольшее распространение получили балочные пролетные строения с ездой поверху. Различают стальные балочные пролетные строения, в которых главные балки и плита проезжей части выполняются из стали и сталежелезобетонные – в которых главные балки выполняются из стали, а плита проезжей части из железобетона. Сталь имеет более высокий модуль упругости, чем железобетон. Это обеспечивает требуемую жесткость конструкций, при значительно меньшей площади поперечного сечения, в сравнении с железобетоном.

Достоинства металлических пролетных строений:

- высокая индустриальность изготовления;

- удобство монтажа, независимо от времени года;

- высокий темп монтажа стальных пролетных строений;

- сравнительно небольшой вес монтажных блоков, что позволяет применять простые схемы монтажа стреловыми кранами, а при невозможности таких схем применять навесной, полунавесной способ монтажа или способ продольной надвижки;

- возможность перекрытия больших пролетов, за счет высокой прочности стали и небольшом собственном весе конструкции;

- сравнительная простота восстановления конструкции в случае повреждения, а также простота усиления, в случае необходимости;

Недостатки металлических пролетных строений:

- высокий расход прокатного металла, обладающего достаточно высокой стоимостью, в сравнении с арматурной сталью и стоимостью железобетона;

- большие эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью периодической окраски металлоконструкций.

2. История развития металлических мостов. Влияние совершенствования материалов для металлических мостов на конструктивные решения.

Задолго до нашей эры металл применяли для строительства сооружений и мостов в древних государствах Междуречья, Персии, Египте и Малой Азии. Однако вплоть до XVIII века металл оставался, главным образом, материалом для изготовления деталей отдельных скреплений несущих конструкций мостов, а также механизмов разводных мостов. Связано это конечно в первую очередь с отсталой технологией производства металла, при которой его производство было весьма дорого.

Переворот в использовании металла для мостостроения связан с эпохой промышленной революции в Англии и других передовых странах Европы второй половины XVIII века. Индустриализация производства, развитие металлургии способствовали получению сравнительно дешевого и однородного по качеству чугуна.

По-видимому, первый чугунный арочный мост был построен через р.Северн в Коэлбрукдейле (Англия) в 1779 году. Мост имел один пролет длиной 31 м.

В 1796 году в Сандерленде (Англия) возведен арочный чугунный мост, имевший пролет длиной 72 м и стрелу подъема арок 13,65 м.

В дальнейшем, главным образом в первой половине XIX века арочные чугунные сооружения строят как под шоссейную, так и под железную дороги. Появляются трубчатые арки с эллиптическим и круглым поперечным сечением, из элементов двутаврового профиля, соединяемых болтами, и др. Насколько известно, пролет мостов этого типа не превышал 72 м.

Вслед за этим в 1780-е годы начинается строительство чугунных мостиков в парковых ансамблях Царского Села и Павловска. Архитектором Вильямом Гесте в начале XIX века были построены в Санкт-Петербурге шесть городских чугунных арочных мостов пролетами от 15 до 32 м.

В то время надежной конструкцией считалось использование в арках литых двутавровых секций или ребристых блоков-ящиков, скрепляемых болтами, со свинцовыми прокладками в швах. Благодаря такой несущей конструкции пролетных строений рационально используется способность чугуна хорошо воспринимать высокие сжимающие и касательные напряжения, возникающие в сводчатых или арочных конструкциях. На этой основе в 1807 году Гесте разработал первый в истории типовой проект чугунного арочного моста через р.Мойку.

В 1850 году заканчивается строительство крупнейшего для своего времени первого постоянного моста через реку Неву – Благовещенского. Чугунный арочный мост имел семь пролетов длиной от 32,6 до 47,2 м и разводной пролет длиной 22 м.

Век XIX вошел в историю как век «железный», характеризующийся появлением и бурным развитием железных дорог. Усиленное строительство большепролетных мостов через многоводные реки заставило задуматься о выборе системы металлического пролетного строения, рассчитанного на воздействие высоких динамических нагрузок подвижного состава. Мостостроители обратили внимание на балочную систему, выгодную отсутствием распора при высоких опорах и слабых грунтах.

Небольшие мостики из чугунных балок пролетами до 20 метров входят в обиход с самого начала строительства американских, английских, французских железных дорог. Для увеличения перекрывающей способности их снабжали усиливающей конструкцией в виде шпренгеля. Элементы, работающие в нем на растяжение, изготавливали из круглого или полосового железа.

Однако недостаточные механические свойства не позволили использовать чугун в элементах, работающих на изгиб и растяжение, и он не получил распространения в пролетных строениях крупных мостов.

Первым большим балочным ж.д. мостом из металла считается мост Британия, через Менейский залив возведенный в 1850 г. Он состоял из двухпролетных неразрезных балок пролетами по 140 и 70 м. Поперечное сечение имело вид замкнутой прямоугольной трубы, внутри которой двигались поезда.

Одновременно с сооружением балочных мостов трубчатого сечения со сплошной стенкой шла работа в области сооружений с решетчатыми фермами. Первые из них были явным подражанием многорешетчатым деревянным фермам Тауна, иногда Гау, как по внешнему очертанию, так и по некоторым конструктивным деталям.

В России первый металлический железнодорожный балочный мост по неразрезной схеме 2х55,3 м через реку Лугу построили в 1857 году.

При расчете металлоконструкций этого моста впервые было учтено явление «продольного изгиба» сжатых элементов ферм, что позволило сделать эти элементы более жесткими и уйти от многочисленных пересечений элементов решетки.

Впоследствии в 1870-1880 г.г. по проекту Николая Аполлоновича Белелюбского на первой в России ж.д. магистрали Санкт-Петербург-Москва деревянные пролетные строения с фермами Гау пролетами 54,41 и 61,17 м заменили на соответствующие металлические.

Теорию расчетов такой системы создал выдающийся инженер Дмитрий Журавский.