Введение

Учебное пособие составлено в соответствии с учебным планом Сибирского Государственного университета путей сообщения (СГУПС) по специальностям 270201 «Мосты и транспортные тоннели» и 271501 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей». По этому плану студенты 3-го курса знакомятся с некоторыми общими положениями проектирования мостов, относительно подробно изучают железобетонные мосты, выполняют курсовой проект моста под железную дорогу с пролетными строениями из обычного железобетона. Проект состоит из вариантов моста, их анализа с выбором решения, разработки конструкции с необходимыми расчетами пролетного строения и одной бетонной опоры. Как правило, проектируется пролетное строение разрезной балочной системы, но в вариантах рассматриваются мосты и других систем.

Необходимость в учебном пособии вызвана рядом причин.

Основная учебная литература по мостам [5,6,8] в значительной степени устарела, она не отражает те изменения, которые произошли в мостостроении в последние годы. Появились новые конструктивные решения, новые типовые проекты и, что очень важно, в этой литературе расчеты в значительной степени ориентированы на отмененные нормативные документы.

Работа над курсовым проектом вызывает у студентов определенные трудности. В учебном плане специальности «Мосты и транспортные тоннели» специализации «Мосты» нет дисциплины «Строительные конструкции». Поэтому с общими положениями расчетов строительных конструкций студенты должны быть ознакомлены при изучении дисциплины «Мосты». Все расчеты при работе над курсовым проектом студенты должны выполнять с учетом требований действующих нормативных документов и не только правильно выполнить расчеты с использованием формул из этих документов, но и понять их суть, знать, как они получены. Ведь все инженерные, т.е. практические, расчеты строительных конструкций являются приближенными, они основаны на тех или иных допущениях. Используя расчетные формулы из нормативных документов, студент должен знать, какие допущения положены в их основу, что определяет область их применения. Особенно это важно в настоящее время, когда часть расчетов студенты выполняют с использованием компьютерных программ. Для облегчения работы студента при выполнении курсового проекта в приложении приведены некоторые справочные материалы.

Материал в пособии изложен, в основном, применительно к железнодорожным мостам, в значительной степени ориентирован на выполнение курсовых проектов, в которых рассматриваются, как правило, небольшие мосты. Чтобы студенты могли получить представление о железобетонных мостах разных систем, с большими пролетами, в том числе об автодорожных и городских мостах, в пособии приведены примеры существующих мостов в их историческом развитии, с соответствующими иллюстрациями. Некоторые фотографии мостов дополнены их схемами с размерами в метрах, что позволяет получить представление о фактической величине сооружения. При этом студенты знакомятся с объектами своей будущей инженерной деятельности, в том числе, с архитектурой мостов. Примеры взяты, в основном, из практики отечественного мостостроения; прежде всего, приведены примеры мостовых сооружений г. Новосибирска. Поэтому студенты СГУПС могут ознакомиться с реальными мостовыми сооружениями города, краткие описания которых приведены в учебном пособии. Дополнительные сведения о мостах Новосибирска, их конструкции и способах сооружения, студенты могут получить в книге [1]. При прохождении производственных практик студенты, в ряде случаев, имеют возможность увидеть сооружения, приведенные в учебном пособии, и в других городах.

Учитывая возможный характер будущей работы выпускников университета, связанный с эксплуатацией мостов, в пособии приведены некоторые сведения о мостах старых проектировок, указаны причины и пути их совершенствования.

Ознакомление с ранее построенными мостами необходимо еще по одной причине. При разработке новых конструктивных решений инженеры учитывают опыт своих предшественников, но с использованием последних достижений науки и техники – новых строительных материалов и новой строительной техники с соответствующими технологическими процессами, более совершенных способов расчета и т.п. Не случайно бытует крылатое выражение: новое – это хорошо забытое старое. Можно привести такой пример. Раньше опоры мостов выполняли из камня. Речные опоры делали в облицовке. Назначение облицовки – защита кладки опоры от истирающего действия льда во время ледохода, от ударов судов и плывущих по реке предметов, Блоки облицовки изготавливались из прочного морозостойкого камня и укладывались по периметру сечения опоры по высоте в один ряд, а промежуток между ними заполнялся обычными камнями произвольной формы на цементном растворе. Так, например, были сооружены опоры первого железнодорожного моста через р. Обь в г. Новосибирске.

Сооружение опор в облицовке – дело очень трудоемкое. Особенно трудоемким является изготовление самой облицовки. Она состоит из отдельных блоков разной формы, вытесываемых из камней твердых пород с точным соблюдением проектных размеров. Поэтому в последующем опоры стали делать из бетона. Но опыт эксплуатации таких опор показал, что их поверхности истираются льдом, появляются усадочные трещины. В условиях многократного замораживания и оттаивания это не может не сказаться на долговечности опор. Поэтому пришлось вспомнить о старой конструкции опор, внеся в нее существенные изменения. Блоки облицовки стали делать из железобетона с применением высокопрочных морозостойких бетонов. Такие блоки изготавливают, как правило, в заводских условиях, что гарантирует их высокое качество с точным соблюдением всех размеров. Это позволяло при сооружении опоры блоки облицовки устанавливать по высоте не в один ряд, как делалось раньше, а в несколько рядов, создавая пространство, которое заполнялось затем бетоном или бутобетоном. Такие опоры стали называть сборно–монолитными. Трудоемкость их сооружения и стоимость много ниже по сравнению с массивными каменными опорами. В то же время они обеспечивают необходимую надежность и долговечность моста.

Одновременно с изменением конструктивных решений мостов совершенствовались и способы их расчетов, рекомендуемые, как правило, нормативными документами. В связи с развитием строительной науки отдельные положения норм уточнялись, разрабатывались их новые редакции. Основным нормативным документом, регламентирующим общие правила проектирования мостов – сведения о нагрузках и материалах, указания по расчетам и конструированию – в настоящее время является Свод правил СП. 35.13330.2011 (Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84). Если в учебном пособии делается ссылка на нормы проектирования, то имеется в виду этот нормативный документ. В некоторых случаях необходимо использовать и другие нормативные документы, на которые есть конкретные ссылки в тексте, а их названия и выходные данные имеются в списке литературы, помещенном в конце учебного пособия.

Конечно, учебное пособие не заменяет ни учебники, ни конспекты лекций, оно лишь дополняет их. А чтобы быть в курсе последних достижений в области мостостроения, стать хорошим специалистом, будущий инженер-мостовик должен взять за правило регулярно знакомиться со специальной технической литературой, в том числе с периодическими изданиями. В настоящее время многие новинки мостостроения освещаются в журналах «Вестник мостостроения», «Мостостроение мира», «Транспортное строительство», которые имеются в библиотеке СГУПС.

Пособие рассчитано на самостоятельную работу студента. Поэтому в нем приведены контрольные вопросы, с помощью которых студент может проверить свое понимание и свои знания по отдельным разделам учебного пособия.

Авторы выражают благодарность начальнику отдела мостов ОАО «Сибгипрострой» А.В. Арбекову за полезные замечания, сделанные им при рецензировании рукописи.

1. Общие сведения о железобетонных мостах.

1.1. Виды и область применения железобетонных мостов. История их развития.

Железобетонными принято считать мосты с железобетонными пролетными строениями. Опоры в таких мостах обычно делают бетонными или бутобетонными, а в путепроводах часто применяют железобетонные опоры в связи с тем, что они имеют небольшие поперечные размеры, незначительно стесняющие подмостовое пространство.

Элементам из железобетона можно придавать различную форму, поэтому системы и конструкции железобетонных мостов разнообразны. Наиболее широкое распространение получили балочные системы – разрезные, неразрезные, консольно-балочные. Находят применение также различные рамные, арочные и комбинированные системы. По способу сооружения пролетные строения могут быть монолитными, т.е. бетонируемыми непосредственно на объекте; сборными, собираемыми из заранее изготовленных элементов; сборно-монолитными, представляющими собой сочетание сборных элементов и монолитного бетона и железобетона.

Железобетон, как строительный материал, появился во второй половине XIX века. Его изобретателем принято считать француза Ж. Монье. В 1867 г. он получил патент на изготовление цветочных кадок из бетона, усиленного железными обручами (по профессии Ж. Монье был садовником). В 1873 г. им был взят патент на конструкцию железобетонного моста, а в 1875 г. в частном парке, во Франции, был построен первый железобетонный пешеходный мост длиной 16 м и шириной 4 м. Этот мост, как и все последующие мосты системы Монье, копировал конструкцию широко применявшихся раньше каменных мостов. Основным несущим элементом у них был арочный свод. Все сечения свода армировались одинаково независимо от действующих в нем усилий (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема моста системы Ж. Монье

Успешное применение мостов системы Монье способствовало появлению новых изобретений; отдельными авторами и строительными фирмами было сделано много различных предложений. Появились конструкции мостов с жесткой арматурой, в которых армирование выполнялось уголками, швеллерами, рельсами и даже целыми решетчатыми фермами. Главное преимущество, которым обладала жесткая арматура, заключалось в упрощении производства работ: опалубка могла быть подвешена к ранее собранной жесткой арматуре.

Жесткая арматура была применена в пролетных строениях системы Р. Вюнши (Венгрия, 1897 г.). У них один ряд арматуры проходит вдоль нижней криволинейной поверхности свода, другой – у верхней плоской поверхности. Оба ряда арматуры доводятся до задней грани устоя, где соединяются при помощи вертикальных стоек (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема моста системы Р. Вюнши

В конструкции пролетного строения системы М. Мёллера (Германия, 1897 г.) в качестве арматуры применены решетчатые фермы. Поперечное сечение пролетного строения ребристое, причем плита располагается внизу (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема моста системы М. Мёллера

Значительный вклад в создание новых железобетонных конструкций мостов внес Ф. Геннебик (Франция, 1892 г.). Предложенная им конструкция представляет собой плиту, усиленную снизу ребрами, которые имеют переменную высоту. Её можно считать прототипом современных ребристых конструкций. Пролетное строение могло иметь также тонкую плиту, проходящую по низу ребер, поэтому по внешнему виду оно похоже на свод (рис. 1.4). Система Геннебика получила в свое время широкое распространение. Построенный в 1911 году по его проекту мост через реку Тибр в г. Риме имел пролет 100 м, что продолжительное время оставалось рекордом для железобетонных мостов.

а)

б)

Рис. 1.4. Мост через р. Тибр в г. Риме:

а – общий вид; б – схема моста

В начале XX века мосты системы Геннебика строят и в России. В 1904 г. построен мост через р. Терек во Владикавказе, рассчитанный под один трамвайный путь. Мост имеет три пролета по 22,3 м в свету, полная длина моста 72 м (рис. 1.5). В это же время построены мосты такой системы через р. Куру в г. Гори, р. Днепр в г. Верхнеднепровске и др.

Рис. 1.5. Мост через р. Терек в г. Владикавказе

Первые случаи применения железобетонных конструкций в России относятся к 1885 году. Но распространение их вначале шло очень медленно, главным образом, из-за недоверия многих инженеров к этому новому виду конструкций. Большую роль в совершенствовании железобетонных конструкций и внедрении их в практику строительства сыграли работы профессора Н.А. Белелюбского. В 1886…1891 гг. им были выполнены обширные опыты по исследованию железобетонных плит, балок, сводов. Был построен и испытан сводчатый железобетонный мост с пролетом 17,08 м (рис 1.6). Результаты исследования оказались весьма убедительными, они показали достоинства железобетона и дали толчок к более широкому применению его в строительстве. Был создан ряд значительных для того времени сооружений, в том числе построенный в 1896 г. пешеходный арочный мост с пролетом в 45 м в г. Нижнем Новгороде.

Рис. 1.6. Схема опытного моста проф. Н.А. Белелюбского

В конце 1898 г. постановлением Инженерного совета Министерства путей сообщения было решено применять железобетон на железных и автомобильных дорогах. Началось интенсивное строительство железобетонных мостов, путепроводов, труб под насыпями и др. Но более широкое внедрение железобетона в строительстве сдерживало отсутствие официальных норм и технических требований. Н.А. Белелюбский еще в 1904 году постоянно требовал создания таких норм для того, чтобы проектирование не носило случайного характера. В 1908 году Министерством путей сообщения были утверждены первые технические условия для железобетонных конструкций, которые в 1911 году были заменены новыми техническими условиями с приложенными к ним «Нормами по расчету железобетонных конструкций», разработанными под руководством Н.А. Белелюбского. Эти первые официальные документы имели большое значение для развития железобетона в России, в том числе для применения его в мостостроении. В 1910 г. в г. Лебедяни был построен большой мост неразрезной балочной конструкции с пролетами 20 и 25 м (рис. 1.7). В период 1913…1914 гг. в г. Ново-Николаевске (ныне г. Новосибирск) построен ряд интересных сооружений. На рис 1.8,а показан общий вид путепровода рамной конструкции под однопутную железную дорогу через Новониколаевский проспект (ныне Красный проспект). В 1969 году в связи с необходимостью расширения Красного проспекта он был полностью перестроен. Новый путепровод сделан под два железнодорожных пути с пролетными строениями разрезной балочной системы, выполненными из предварительно наряженного железобетона (рис. 1.8,б). Было построено несколько путепроводов под автомобильную дорогу через железнодорожные пути (рис. 1.9).

Рис. 1.7. Мост через р. Дон в г. Лебедяне

а)

б)

Рис. 1.8. Путепровод через улицу в г. Новосибирске:

а – первоначальный вид; б - вид после перестройки

а)

б)

Рис.1.9. Путепровод по улице Спартака через железнодорожные пути

в г. Новосибирске (1913 год):

а – общий вид; б – схема путепровода

Массовое строительство мостов в нашей стране началось в 30-е годы XX столетия.

С целью четкой организации и технического развития мостостроения в 1930 г. была создана крупная мостостроительная организация – Всесоюзный трест по строительству внеклассных и больших мостов («Мостотрест»). К 1940 году было построено около 5 км железобетонных мостов, в том числе через реки Волгу, Оку, Москву, Куру и др. Многие из них имеют оригинальную конструкцию, являются выдающимися для своего времени сооружениями. Особое внимание в эти годы уделялось строительству железнодорожных мостов.

Первый большой железнодорожный мост построен в 1932 году через р. Днепр в г. Днепропетровске. Первоначальный проект моста был составлен еще в 1914 г. с металлическими пролетными строениями, и было начато его строительство. Этот проект был пересмотрен и принято решение перекрыть металлическими пролетными строениями лишь два больших средних судоходных пролета, а в остальных пролетах применить арочные железобетонные пролетные строения с пролетами по 52,0 м (рис. 1.10). На этом мосту впервые применены прогрессивные способы производства работ (инвентарные кружала, щитовая опалубка и др.), благодаря чему мост длиной 1600 м был построен всего за 16 месяцев.

Рис. 1.10. Мост через р. Днепр в г. Днепропетровске (1932 г.)

В последующие годы построен ряд больших арочных железобетонных мостов: в 1935 г. мост через канал им. Москвы с пролетом 116 м под четыре железнодорожных пути (рис. 1.11); в 1936 г. мост через тот же канал с пролетным строением в виде трехшарнирного коробчатого свода с пролетом 120 м (рис. 1.12); в том же году закончено строительство городского моста через р. Ангару в г. Иркутске (рис 1.13), а в 1937 г. строительство совмещенного трехпролетного моста через р. Москву у г. Воскресенска со средним пролетом 120,7 м, рассчитанного на два железнодорожных пути и на два автомобильных проезда шириной по 3,2 м с тротуарами по 1,0 м (рис.1.14). В эти же годы построены и такие оригинальные городские сооружения: в 1933 г. мост имени Володарского через р. Неву в г. Санкт-Петербурге комбинированной системы с пролетами по 101 м с ездой по низу (рис. 1.15); в 1938 г. Москворецкий мост в г. Москве арочной системы со средним пролетом 92,0 м и боковыми пролетами по 42,0 м, перекрывающими набережные (рис.1.16).

а)

б)

Рис.1.11. Мост через канал имени Москвы под четыре железнодорожных пути:

а – общий вид; б – схема моста

а)

б)

Рис. 1.12. Мост через канал имени Москвы:

а – общий вид; б – схема моста

Рис. 1.13 Мост через р. Ангару в г. Иркутске (1936 г.)

а)

б)

Рис.1.14 Мост через р. Москвы у г. Воскресенска:

а – общий вид; б – схема моста

а)

б)

Рис.1.15 Мост через р. Неву в г. Санкт-Петербурге (мост имени Володарского):

а - общий вид; б - схема моста

Рис. 1.16. Мост через р. Москву в г. Москве (Москворецкий мост)

Во время Великой Отечественной войны в Советском Союзе на территории военных действий было разрушено большинство мостов. Только на железных дорогах было взорвано 13 тысяч мостов, в том числе через такие крупные реки, как Днепр, Дон, Воронеж, Западная Двина и др.

В первые послевоенные годы мостостроители были заняты, в основном, восстановлением разрушенных во время войны мостов. При капитальном восстановлении мостов через большие реки, вследствие серьезных разрушений, приходилось строить практически новые мосты. Был восстановлен мост через Днепр в Днепропетровске, при этом все его пролеты, в том числе и средние судоходные, перекрыты арочными железобетонными пролетными строениями (рис. 1.17). В 1952 г. закончено строительство арочных двухярусных совмещенных мостов через Старый и Новый Днепр у г. Запорожье с пролетами соответственно 228 м и 140 м (рис. 1.18).

Рис. 1.17. Мост через р. Днепр в г. Днепропетровске (1952 года)

а)

б)

б)

Рис. 1.18. Двухярусные совмещенные мосты у г. Запорожье:

а - через Новый Днепр; б - через Старый Днепр; в - схема моста через Старый Днепр

После выхода в 1954 г. постановления правительства СССР о развитии производства сборных железобетонных конструкций мостостроение перешло на массовое применение в мостах сборного железобетона. В это же время в мостостроении начинают активно внедряться предварительно напряженные железобетонные конструкции.

При небольших пролетах (под железную дорогу до 35 м, под автомобильную до 45 м), стали применять, как правило, разрезные балочные конструкции, изготавливаемые по типовым проектам на специализированных заводах. Большепролетные железобетонные пролетные строения, по большей части, применяют в городских мостах, к которым предъявляются повышенные архитектурные требования.

Продолжалось строительство мостов арочных систем. Первым арочным железобетонным мостом с применением сборных конструкций арок был однопутный железнодорожный мост через р. Оку в г. Нижнем Новгороде (1961 г.), имеющий четыре центральных пролета по 150 м с ездой посередине и береговые пролеты по 55 м с ездой поверху (рис. 1.19,а). Это был первый в мире сборный арочный железобетонный мост под железную дорогу с такими большими пролетами. В 1968 г. через р. Оку в том же городе был построен городской арочный мост с пролетами по 130 м (рис. 1.19,б). Пролетные строения обоих мостов собирались из блоков на инвентарных арочных кружалах.

а)

б)

Рис. 1.19. Мосты через р. Оку в г. Нижнем Новгороде:

а – железнодорожный; б - городской

В ряде стран Западной Европы в разные годы находили широкое применение пролетные строения с дисковыми арками. Особенность таких пролетных строений состоит в том, что у них арки постоянной толщины ограничиваются сверху горизонтальными линиями, а снизу кривыми линиями, образуя своеобразные диски. В состав пролетного строения входит плита проезжей части, составляя с дисковыми арками пространственную конструкцию. Такие пролетные строения из-за простоты конструкции удобны для сооружения в монолитном исполнении, особенно при средних величинах пролетов.

В Советском Союзе пролетные строения с двухшарнирными дисковыми арками длиной 36,6 м (расчетный пролет 34,6 м) были применены на мосту через р. Бзыбь на Кавказе (рис. 1.20). Их бетонировали непосредственно на объекте. Недостаток таких пролетных строений с относительно большими пролетами – невозможность индустриального изготовления. Это сдерживало их дальнейшее применение в нашей стране. Но для небольших мостов были разработаны цельноперевозимые конструкции пролетных строений с дисковыми арками. Так, на пойме реки Дон у г. Ростова-на-Дону были построены железнодорожные мосты с применением двухшарнирных дисковых арок длиной 18,9 м (расчетный пролет 18,0 м). С целью уменьшения веса они имели безбалластное мостовое полотно с ездой по мостовым брусьям, что позволяло устанавливать их в пролет стреловыми кранами грузоподъемностью 75 т (рис. 1.21). Подобные пролетные строения применялись и на других объектах.

а)

б)

Рис. 1.20. Мост через р. Бзыбь:

а-общий вид; б - схема пролетного строения

Рис. 1.21. Фрагмент моста на пойме р. Дон у г. Ростова-на-Дону

Следующим этапом внедрения сборных конструкций арочных мостов был переход к монтажу пролетных строений отдельными полуарками, изготовляемыми заранее. Таким способом был сооружен ряд пролетных строений с пролетами до 60 м на мостах через р. Клязьму в г. Владимире, р. Воронеж в г. Воронеже (рис.1.22.), р. Южный Буг в г. Виннице, р. Бию в г. Бийске (рис. 1.23.), на двухярусной эстакаде у металлического моста через р. Волгу в г. Нижнем Новгороде.

Рис. 1.22. Мост через р. Воронеж в г. Воронеже

Рис. 1.23. Мост через р. Бию в г. Бийске

Уникальным примером применения способа монтажа арочных пролетных строений из больших элементов является строительство моста через р. Енисей в г. Красноярске (1961 г.). Русловая часть моста перекрыта пятью пролетными строениями в виде трехшарнирных сводов с пролетами по 150 м (рис. 1.24). Крупные блоки в виде полусводов длиной около 75 м были изготовлены на берегу. Монтаж пролетных строений был выполнен из доставленных на плавучих опорах полусводов в пролет с соединением их в замке без промежуточных опор. Такой смелый способ производства работ осуществлен в мировой практике мостостроения впервые. Группа специалистов за сооружение этого моста была удостоена Ленинской премии.

Рис. 1.24. Мост через р. Енисей в г. Красноярске

Но самое широкое применение в железобетонных мостах находили балочные системы – разрезные, неразрезные, консольно-балочные.

Пролетные строения разрезных балочных мостов применялись при сравнительно небольших пролетах (в основном при пролетах до 40…45 м). Были разработаны типовые проекты с ориентацией на заводское изготовление конструкций. Но в отдельных случаях могли потребоваться пролетные строения большей длины. Так, на мосту через р. Южный Буг в г. Николаеве (рис.1.25) и в береговых пролетах моста чрез р. Волгу в г. Саратове (рис. 1.26) были применены изготовленные по индивидуальным проектам пролетные строения разрезной балочной системы из предварительно напряженного железобетона значительной длины. На мосту через р. Южный Буг они состояли из балок таврового сечения с расчетным пролетом 63,6 м (вес одной балки 375 тс), а на мосту через р. Волгу – из балок П-образного сечения с расчетным пролетом 69,2 м (вес одной балки 788 тс). Такие балки, изготовленные на берегу, не могли быть установлены в пролет какими–либо кранами. Для этой цели пришлось использовать специальные плавсредства. К тому же такие пролетные строения не экономичны по расходу материалов. Поэтому в будущем были предложения заменять балки сплошного сечения железобетонными фермами (см. п.2.1.1).

Рис. 1.25. Мост через р. Южный Буг в г. Николаеве

Рис. 1.26. Береговая часть моста через р. Волгу в г. Саратове

Применение неразрезных балочных строений целесообразно при их длине более 40 м. Массовому применению таких пролетных строений в значительной степени способствовали разработки способов их сооружения методом навесного бетонирования (за рубежом) и методом навесной сборки (в Советском Союзе). Достоинством мостов таких систем являются их эксплуатационные качества: плавная линия прогибов при действии подвижных нагрузок, небольшое количество деформационных швов. Были разработаны типовые проекты для автодорожных и городских мостов со схемой пролетов 36,5+n×63,0+36,5 м и 44,5+n×84,0+44,5 м (рис. 1.27). Пролетные строения состоят из блоков постоянной высоты, вес которых позволяет вести сборку навесным способом с использованием кранов грузоподъемностью 35 т.

Рис 1.27. Схема моста с пролетными строениями неразрезной балочной системы

По этим проектам было построено много мостов. Наибольшую величину пролета 84,0 имеют мосты через р. Куру в г. Тбилиси (рис. 1.28), р. Дон у г. Калача, р. Кубань в Краснодаре и др., а величину пролета 63 м - мосты через р. Волхов в г. Новгороде (рис. 1.29), р. Куру в г. Боржоми и др. По индивидуальным проектам построены большие мосты неразрезной балочной системы: через р. Даугаву в г. Риге с наибольшим пролетом 90,0 м (рис. 1.30), через р. Великую в г. Пскове с наибольшим пролетом 75,0 м (рис. 1.31), через р. Десенку в г. Киеве со схемой пролетов 51,0+1063,0+51,0 м (рис. 1.32).

Рис. 1.28. Мост имени Бараташвили через р. Куру в г. Тбилиси

Рис. 1.29. Мост через р. Волхов в г. Новгороде

Рис. 1.30. Мост через р. Даугаву в г. Риге

Рис.1.31. Мост через р. Великую в г. Пскове

Рис. 1.32. Мост через р. Десенку в г. Киеве

Ряд мостов, построенных в Советском Союзе, имеют пролеты более 100 м – это мост имени Александра Невского через р. Неву в г. Санкт-Петербурге с наибольшим пролетом 123,5 м, построенный в 1965 г. (рис. 1.33), Ногатинский мост через р. Москву в г. Москве (рис.1.34), рассчитанный на пропуск подвижного состава метрополитена и других видов городского транспорта с главным пролетом 114,0 м (1969 г.), мост через р. Оку в г. Нижнем Новгороде, имеющий пролеты по 128 м (1978 г.). В 1982 г. построен мост через канал имени Москвы у поселка Хлебниково, имеющий схему пролетов 90+2х150+90 м. Пролетное строение этого моста выполнено в виде неразрезной балки с подпругами у промежуточных опор.

Наиболее интересным с инженерной точки зрения и необычным по внешнему виду является мост через р. Волгу в г. Саратове (1965 г.), у которого судоходная часть перекрыта балочно-неразрезным пролетным строением со схемой пролетов 106+3x166+106 м, а остальные части - разрезными балочными пролетными строениями длиной по 70,1 м. Неразрезные пролетные строения вблизи опор имеют решетчатую конструкцию в виде железобетонной фермы с нижним криволинейным поясом. Фермы в опорном сечении имеют высоту 18,0 м, которая уменьшается к середине пролета до 5,3 м. Поэтому по внешнему виду такая система похожа на арочную (рис. 1.35.).

а)

б)

Рис. 1.33. Мост через р. Неву в г. Санкт-Петербурге (мост имени Александра Невского):

а – общий вид; б – схема моста

а)

б)

Рис. 1.34 Совмещенный городской мост через реку Москву в г. Москве

(Ногатинский мост):

а - общий вид; б - схема моста

а)

б)

Рис. 1.35. Мост через р. Волгу у г. Саратова:

а - общий вид; б - схема моста в средней его части

Пролетные строения консольно-балочной системы бывают двух видов: с шарниром в середине пролета (рис.1.36,а) или с «подвеской», т.е. с небольшим пролетным строением разрезной балочной системы шарнирно прикрепляемым с консолями также в середине основного пролета (рис. 1.36,б). Такие пролетные строения, как по расходу основных материалов, так и по способам их сооружения аналогичны пролетным строениям неразрезной балочной системы. Наличие шарниров делает их статически определимыми или снижает статическую неопределимость, что обеспечивает возможность сооружения мостов с пролетными строениями консольно-балочной системы на относительно слабых грунтах или применять фундаменты более простой конструкции. Но наличие шарниров в пролетных строениях ухудшает их эксплуатационные качества, что ограничивает применение мостов консольно-балочной системы. Тем не менее, в нашей стране построен ряд таких мостов.

а)

б)

Рис. 1.36. Схемы мостов с пролетными строениями консольно-балочной системы:

а - с шарниром в середине пролета; б - с подвесным пролетным строением

По схеме рис. 1.36,б построен мост через р. Дон в г. Ростове-на-Дону (1965 г.) со схемой пролетов 79+131,8+79 м (рис. 1.37), по схеме рис.1.36,а построены мосты через р. Вятку в городах Кирове (1962 г.) и Слободском (1966 г.), основные пролеты которых равны 84,0 м. Наибольшие пролеты в отечественных мостах консольно-балочной системы по схеме рис.1.36,а имеют москворецкие мосты – Автозаводской (1961 г.) с основным пролетом 148 м (рис. 1.38) и Краснопресненский (1965 г.) с основным пролетом 128 м (рис. 1.39).

а)

б)

Рис. 1.37. Мост через р. Дон в г. Ростове-на-Дону:

а - общий вид; б – схема моста

а)

б)

Рис. 1.38. Мост через р. Москву в г. Москве (Автозаводской мост):

а - общий вид; б - схема моста

а)

б)

Рис. 1.39. Мост через р. Москву в г. Москве (Краснопресненский мост):

а - общий вид; б - схема моста

Одними из самых распространенных сооружений транспорта являются путепроводы. Раньше их сооружали как под железную дорогу, так и под автомобильную, чаще всего в виде простых рамных систем (см. рис. 1.8,а). Широкое применение рамных систем в путепроводах связано, прежде всего, с тем, что опоры-стойки в них имеют небольшие размеры, не загромождающие подмостовое пространство. По этой же причине рамные системы находили применение в эстакадах. На рис. 1.40 показана эстакада на подходе к железнодорожному мосту (1913 г). Рамные системы применялись и в виадуках, у которых тонкие железобетонные опоры не испытывают воздействие водного потока. На рис. 1.41,а показан виадук рамного типа через небольшую речку Каменку в г. Новосибирске. В середине шестидесятых годов р. Каменка была заключена в железобетонный коллектор, который был засыпан грунтом. По засыпанному руслу была проложена широкая автомобильная дорога с разделительной полосой, и виадук стал выполнять функции путепровода (рис. 1.41,б). Но существенный недостаток рамных систем – практическая невозможность их индустриального строительства: все элементы моста рамной системы бетонировали на месте производства работ. К тому же, пролеты в таких мостах могли быть сравнительно небольшими. Поэтому в последующих путепроводах, эстакадах и виадуках стали применять балочные системы (рис. 1.42, 1.44). У некоторых мостовых сооружений средняя часть перекрывает какую-либо дорогу или улицу, т.е. выполняет функции путепровода, а подходные насыпи заменены эстакадами, что очень важно для городских условий. Такое сооружение называют путепроводом-эстакадой (рис. 1.43).

Рис. 1.40. Эстакада на подходе к железнодорожному мосту

а)

б)

Рис. 1.41. Виадук в г. Новосибирске:

а - первоначальный вид, 1926 г; б – современный вид

Рис. 1.42. Путепроводы балочной системы через Каменскую магистраль в г. Новосибирске:

на переднем плане - под железную дорогу, на заднем плане - под городскую улицу

а)

б)

Рис. 1.43. Путепроводы - эстакады под городские улицы в г. Новосибирске:

а – на Октябрьской магистрали (1987 г.); б – на Каменской магистрали (2007 г.)

Рис. 1.44. Виадук на улице Кирова через долину р. Плющихи в г. Новосибирске (1983 г.)

Рамные системы в мостах через реки применялись сравнительно редко, главным образом при пересечении небольших водотоков. Опоры их обычно располагали вне основного русла, в конусах насыпи, которые укрепляли мощением или бетонными плитами (рис.1.45). Тем не менее, рамные системы особого вида применяли и в больших мостах через реки. Одним из ярких примеров удачного применения рамной системы – мост через р. Нерис в г. Вильнюсе, построенный в 1965 году, общей длиной 181,4 м. Центральный пролет моста величиной 100 м перекрыт трехшарнирной рамой с консолями, выходящими в боковые пролеты, на которые опираются подвесные балочные пролетные строения. Ригель рамы имеет переменную высоту, которая увеличивается к стойкам рамы. Стойки рамы также имеют переменное сечение. Благодаря рациональной разбивке на пролеты, логичному изменению сечений ригеля и ног рамы в соответствии с изменением внутренних усилий в них, а также благодаря удачно подобранному наклону ног в архитектурно-художественном отношении мост считается выдающимся произведением современного мостостроения. В нем простота и элегантность сочетаются с динамичным ритмом линий, мост как бы в стремительном порыве застыл над рекой. Поэтому в народе, да и среди специалистов, он получил красивое название «Бегущая лань» (рис. 1.46).

Рис. 1.45. Мост рамной системы

а)

б)

Рис. 1.46. Мост через р. Нерис в г. Вильнюсе:

а - общий вид; б – схема моста

Интересен и большой рамный мост через р. Суру в Пензе (1974 г.). В нем пролеты перекрыты двухшарнирными рамами с расчетными пролетами по 56 м. Рамы имеют небольшие консоли, перекрывающие пространство над опорами (рис. 1.47).

а)

б)

Рис. 1.47. Мост через р. Суру в г. Пензе:

а – общий вид; б – схема пролетных строений

В начале 50-х годов двадцатого столетия в Западной Европе началось строительство мостов рамно-консольных систем. В этих мостах пролетные строения (ригель рамы) жестко соединены с опорой, что обеспечивает благоприятные условия для их навесного бетонирования (навесной сборки). Поэтому рамно-консольные системы в последующие годы получили широкое применение.

Рамно-консольные мосты, как и балочно-консольные, также бывают двух видов: с шарниром в середине пролета (рис. 1.48,а) и с подвесным пролетным строением, последние называют также рамно-подвесными (рис. 1.48,б).

а)

б)

Рис. 1.48. Схемы мостов рамно-консольных систем:

а - с шарниром в середине пролета; б - с подвесным пролетным строением

Первым мостом рамно-подвесной системы, построенным в Советском Союзе в 1960 г., был мост через реку Иню в г. Новосибирске (рис.1.49), имеющий сравнительно небольшие пролеты (схема пролетов 31,8+242,1+31,8 м). Мост примечателен ещё и тем, что в нем применены предварительно напряженные железобетонные опоры. В последующем эта система получила широкое применение в отечественном мостостроении с пролетами различной величины. В разные годы были построены мосты рамно-подвесной системы через Иртыш в г. Семипалатинске (рис. 1.50), Самару в г. Куйбышеве, Днепр в г. Могилеве, Днепр в г. Днепропетровске (рис. 1.51), Белую в г. Уфе, Каму в г. Перми, Оку в г. Рязане, Оку у г. Каширы (рис. 1.52) и др. В мостах через р. Северный Донец в г. Каменске (рис. 1.53) и р. Дон у села Верхний Момон ригели рам имели сквозную конструкцию в виде железобетонных ферм. Наибольшие пролеты 148 м имеют мосты через реку Волгу в г. Ярославле (1966 г.) и в г. Костроме (1970 г.). Оба моста построены, большей частью, с использованием одного проекта (рис.1.54).

Рис. 1.49. Мост через р. Иню в г. Новосибирске

Рис. 1.50. Мост через р. Иртыш в г. Семипалатинске

Рис. 1.51. Мост через р. Днепр в г. Днепропетровске

Рис. 1.52. Мост через р. Оку у г. Каширы

Рис. 1.53. Мост через р. Северный Донец в г. Каменске

а)

б)

в)

Рис. 1.54 Мосты с пролетными строениями рамно-подвесной системы через р. Волгу:

а - в г. Костроме; б - в г. Ярославле; в – схема рамно-подвесного участка моста

Рамно-консольная система с шарниром по рис.1.48,а применялась реже. Но можно также отметить ряд больших построенных мостов такой системы – это мосты через р. Иртыш в г. Усть-Каменогорске (рис.1.55), р. Томь в г. Новокузнецке (рис.1.56), р. Оку в городе Серпухове, и др.

Рис.1.55. Мост через р. Иртыш в г. Усть-Каменогорске

Рис. 1.56. Мост через р. Томь в г. Новокузнецке

Находили применение мосты арочно-консольных систем. По внешнему виду они похожи на арочные мосты, а по статической схеме близки к мостам рамно-консольной системы. Были построены мосты через реку Москву у села Спас, через канал имени Москвы у г. Химки, но наиболее значительным мостом такой системы является мост через р. Днепр в г. Киеве с наибольшим пролетом 117 м и общей длиной около 700 м, построенный в 1966 г. Мост рассчитан на пропуск двух путей метрополитена и четырех полос автотранспорта (рис.1.57).

а)

б)

Рис. 1.57. Городской мост через р. Днепр в г. Киеве:

а - общий вид; б - схема моста.

Ограниченное применение находили мосты с пролетными строениями комбинированных систем, представляющих собой сочетание высоких («жестких») балок с относительно тонкими («гибкими») арками. В 1958 г. сдан в эксплуатацию двухярусный мост через реку Москву в г. Москве (рис.1.58). Мост предназначен для движения поездов метрополитена со станцией на мосту (нижний ярус) и для автомобильного движения (верхний ярус). В 1959 г. построен мост под железную дорогу через р. Булу у г. Свияжска с пролетным строением комбинированной системы с ездой понизу (рис. 1.59). В 1960 г мост такой системы с ездой поверху построен на Кавказе (рис. 1.60), а в 1961г. - мост через р. Иркут в г. Иркутске. Применялись и пролетные строения комбинированной системы типа «жесткая балка – жесткая арка», у которых жесткости балок и арок примерно одинаковы. Схема такого моста, построенного на Кавказе, приведена на рисунке 1.61.

а)

б)

Рис 1.58. Городской мост через р. Москву в г. Москве (Лужниковский мост):

а - общий вид; б - схема моста

а)

б)

Рис. 1.59. Мост через р. Булу у г. Свияжска:

а – общий вид; б – схема пролетного строения

Рис. 1.60 Схема моста с пролетным строением комбинированной

системы типа «жесткая балка» - «гибкая арка» с ездой поверху

Рис. 1.61 Схема моста с пролетным строением комбинированной системы типа «жесткая балка» - «жесткая арка»

К мостам комбинированной системы относятся и вантовые мосты. В СССР в 1963 г. был построен первый вантовый мост с железобетонной балкой жесткости через гавань реки Днепр с главным пролетом 144 м (рис. 1.62).

а)

б)

Рис. 1.62. Вантовый мост через гавань р. Днепр в г. Киеве

а - общий вид; б - схема моста

Из приведенного краткого исторического обзора железобетонного мостостроения следует, что железобетон является одним из основных материалов для пролетных строений мостов. Определились условия и области его применения в зависимости от величины пролетных строений.

Для пролетных строений сравнительно небольшой длины разработаны типовые проекты как из обычного, так и из предварительно напряженного железобетона. Такие пролетные строения, как правило, изготавливают на специализированных заводах мостовых железобетонных конструкций (заводы МЖБК). Заводы оснащены соответствующим оборудованием, и изготовление конструкций ведется по поточно-агрегатной технологии, обеспечивающей высокое качество выпускаемой продукции. Мостостроительные организации, в свою очередь, снабжены специальными кранами для монтажа пролетных строений. В настоящее время пролетные строения железнодорожных мостов длиной до 27,6 м и автодорожных мостов длиной до 33,0 м выполняются из крупных цельноперевозимых блоков. Пролетные строения автодорожных мостов длиной 42,0 м собирают из балок, поперечными сечениями разделеных на отдельные блоки, размеры которых обеспечивают их перевозку автомобильным транспортом.

Пролетные строения небольшой длины могут применяться и в больших мостах. Интересно, что в самых длинных в мире мостах применены железобетонные пролетные строения небольшой длины – это два моста через оз. Пончартрейн у г. Новый Орлеан (США), каждый из них длиной около 40 км. Первый мост, построенный в 1956 г., имеет 2215 пролетов по 17,07 м, перекрытых железобетонными ребристыми пролетными строениями, и два судоходных пролета по 30,0 м с разводными металлическими пролетными строениями. Мост имеет очень простую конструкцию: каждая промежуточная опора состоит из двух цилиндрических свай-оболочек, объединенных насадкой, а пролетное строение – из семи предварительно напряженных балок В связи с увеличением интенсивности автомобильного движения по мосту возникла необходимость постройки еще одного подобного моста, расположенного параллельно первому на расстоянии 35,0 м. На основании проведенных технико-экономических исследований установлена целесообразность увеличения основных пролетов в 1,5 раза. Второй мост имеет 1526 пролетов по 25,6 м, 15 подходных пролетов от 12 до 23 м, а также два судоходных пролета. В связи с увеличением длины пролетного строения, количество свай-оболочек в опоре увеличено до трех, а число главных балок в пролетном строении за счет увеличения их сечений уменьшено до четырех (рис.1.63).

а)

б)

в) г)

Рис. 1.63. Мосты через оз. Пончартрейн у г. Новый Орлеан (США):

а - общий вид; б – вид сверху: в, г - поперечные разрезы мостов постройки 1956 г. и 1969 г

Другим материалом, широко применяющимся для пролетных строений мостов, является строительная сталь. Вопрос о том, в каких случаях следует применять для пролетных строений железобетон, а когда

сталь, в общем случае решается путем сравнения вариантов мостов с учетом многих факторов, прежде всего, конкретной стоимости кубометра железобетона и тонны стали.

В нашей стране имеются типовые проекты стальных пролетных строений со сплошными главными балками под железную дорогу с расчетными пролетами от 18,2 до 33,6 м. Несмотря на наличие типовых проектов, при таких пролетах предпочтение обычно отдается железобетонным пролетным строениям, что дает существенную экономию металла. Так, на стальное пролетное строение под железную дорогу длиной 27 м требуется 42,0 т металла, а на железобетонное – 14,2 т.

С увеличением размеров пролетов экономическое преимущество в мостах под железную дорогу переходит к стальным пролетным строениям. В типовых проектах длиной 33,0 м и более применены главные решетчатые фермы, причем при пролетах до 110,0 м – разрезной балочной системы, а в пролетных строениях с расчетным пролетом от 110,0 до 154,0 м - неразрезной системы. Элементы пролетных строений, изготавливаемые на специализированных заводах мостовых металлических конструкций, имеют высокую степень готовности, сравнительно небольшой вес, соответствующий грузоподъемности монтажных кранов.

В построенных к настоящему времени металлических мостах достигнуты очень большие величины пролетов. Так, мост балочно-консольной системы, построенный в 1917 году через залив св. Лаврентия в Канаде (Квебекский мост) имеет пролеты по 548 м; в 1976 г. в штате Новая Вирджиния (США) через ущелье построен арочный мост с пролетом 518 м. Наибольший пролет имеет мост висячей системы со средним пролетом 1990 м, построенный в 1998 году через морской между японскими островами Хонсю и Сикоку.

В настоящее время проводятся исследования и опытно-проектные разработки по планируемым мостовым переходам через Гибралтарский пролив (Испания-Марокко), Мессинский пролив (Италия – о. Сицилия), Берингов пролив (Россия – Аляска, США), проливы Лаперуза и Татарский (Россия) и др., в которых рассматривается применение пролетных строений с пролетами до 5000 м. Для металлических пролетных строений такие пролеты вполне реальны. Железобетонные пролетные строения при очень больших пролетах экономически нецелесообразны и технически трудно осуществимы. Дело в том, что удельная прочность железобетона (отношение прочности материала к его объемному весу) у железобетона на много меньше, чем у металла. В силу этого увеличивается доля постоянной нагрузки в общей нагрузке, воспринимаемая пролетным строением. Можно привести такой пример. В 1972 г. в Японии у г. Коти построен автодорожный мост длиной более 900 м, основная часть которого имеет разбивку на пролеты по схеме 54,51+129,65+229,3 +129,65 + 54,51 м и выполнена по оригинальной статической схеме. Средний пролет длиной 229,3 м перекрыт консолями рамно-консольного пролетного строения, соединенными шарнирами в середине пролета, а консоли крайних пролетов опираются на две опоры, концевую и промежуточную (рис.1.64). У этого моста доля временной нагрузки от полной в среднем пролете составляет всего лишь 10%.

а)

б)

Рис. 1.64 Мост у г. Коти (Япония):

а – общий вид; б – схема моста.

Большепролетные железобетонные конструкции пролетных строений в мостах под железную дорогу в настоящее время применяют редко. Широкое применение они находят в автодорожных и, особенно, в городских мостах, так как им можно придавать различные конструктивные и архитектурные формы, соответствующие конкретному окружающему ландшафту или городской застройке. Некоторые построенные железобетонные мосты имеют весьма значительные пролеты. Рекордный пролет 298 м для пролетных строений мостов балочных систем принадлежит мосту через морской пролив Рафтсундет в Норвегии (1998 г.). В 1980 году на территории бывшей Югославии был сооружен мостовой переход между островом Святого Марка и материком, в состав которого входят два арочных моста с пролетами 390 м (наибольший пролет для железобетонных арочных мостов) и 290 м. «Рекордсменом» арочных мостов можно считать и мост через р. Старый Днепр в г. Запорожье, хотя его пролет в 228,0 м меньше, чем у многих других арочных мостов, но этот мост является совмещенным, двухярусным, рассчитанным на пропуск как железнодорожного, так и автомобильного транспорта. Наибольший пролет 320 м в вантовых мостах с железобетонной балкой жесткости имеет мост через р. Сену во Франции.

Для отечественного мостостроения, начиная с 1954 г., характерно сооружение железобетонных пролетных строений в сборном варианте, т.е. монтаж из заранее изготовленных блоков. В СССР были предложены и внедрены в производство различные конструктивно-технологические решения таких мостов - навесная сборка, продольная надвижка с конвейерно-тыловой сборкой, сборка на перемещающихся агрегатах. В последние годы возрождается на новом технологическом уровне применение монолитного железобетона в пролетных строениях. В 1998 г. в г. Волгограде через р. Царицу построен мост общей длиной 440,7 м. Его основное пролетное строение по схеме 945,2 м выполнено из монолитного железобетона, сооружалось оно по технологии циклической продольной надвижки. В 2009 году построен большой мост через р. Ангару в г. Иркутске (его общая длина 1615 м). Русловая часть моста перекрыта железобетонным пролетным строением неразрезной балочной системы по схеме 84+4105+84 м, сооружаемым методом навесного бетонирования, а пролетные строения эстакадной части бетонировались на перемещающихся подмостях (рис. 1.65).

Рис. 1.65. Мост через р. Ангару в г. Иркутске (2009 г).

Контрольные вопросы к п. 1.1

1. Какие мосты принято считать железобетонными?

2. Когда появился железобетон как строительный материал?

3. Кого и почему считают изобретателем железобетона?

4. Назовите основные системы железобетонных мостов, применяемые в конце девятнадцатого – начале двадцатого столетий, и их основные характеристики.

5. Что сделано Н.А. Белелюбским для внедрения железобетона в практику строительства?

6. Когда в нашей стране были созданы первые технические условия на проектирование железобетонных конструкций?

7. Что характерно для отечественного мостостроения тридцатых годов двадцатого столетия? Назовите примеры наиболее интересных мостов, построенных в эти годы.

8. Чем характерны для отечественного мостостроения первые годы после Великой Отечественной войны?

9. Когда началось в Советском Союзе применение в мостах сборных железобетонных конструкций и конструкций из предварительно напряженного железобетона?

10. Почему в мостах наибольшее применение находили пролетные строения балочных систем? Назовите наиболее интересные мосты с пролетными строениями таких систем.

11. Назовите способы сооружения сборных железобетонных арочных пролетных строений и их особенности. Приведите примеры построенных мостов

12. Назовите основные достоинства и недостатки мостов с пролетными строениями с дисковыми арками.

13. Дайте определения балочно-консольной и рамно-консольной системам мостов. В чем состоит принципиальная разница между этими системами? Приведите примеры построенных мостов.

14. Назовите комбинированные системы, применяемые в современном мостостроении. Приведите примеры построенных в нашей стране мостов комбинированных систем.

15. Почему при небольших пролетах в настоящее время преимущественно применяют пролетные строения разрезной балочной системы?

16. Где и когда был построен самый длинный в мире железобетонный мост? Назовите его основные характеристики.

17. Назовите области и условия рационального применения железобетонных мостов.