Парабола. Подвесные и вантовые мосты. Висячие мосты подмосковья

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 подвесов 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 Байтовыми 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. . Наивыгоднейшая величина стрелы обычно составляет около 1 / 8 - 1 / 9 пролета.

При различных положениях временной нагрузки кабель меняет свое геометрическое очертание. Например, при загружении вре­менной нагрузкой левой половины пролета (рис. 19.4, а) 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 двухволновую (S-образную) форму линии прогиба моста. Чтобы умень­шить большие прогибы, вызываемые деформациями кабеля, уст­раивают балки (или фермы) жесткости (см. рис. 19.4, а). Чем больше высота балки жесткости, тем меньше прогибы висячего моста под временной нагрузкой.

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. 19.4, в).

Висячие мосты в зависимости от способа закрепления концов " кабеля разделяют на распорные и безраспорные. В распорных мостах усилия оттяжек (см. рис. 19.4, а) и концов кабеля (см. рис. 19.4, б) передаются на грунт или на массивные устои. В безраспорных мостах, называемых также висячими мостами с воспринятым распором, горизонтальные слагающие Н усилия в оттяжка и концевых частях кабеля (рис. 19.4, б) 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.

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. 19.5, 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. 19.5, б), предохраняющие внутренние про­волоки от проникания к ним влаги.

Кабели образуют из нескольких, рядов канатов, стянутых стальными хомутами (рис. 19.5, 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.

В поперечном направлении стойки пилонов связывают между собой распорками (рис. 19.5, г), а при большой высоте - систем поперечных элементов. Иногда стойкам пилона придают наклон в поперечном направлении (рис. 19.5, д). В некоторых случаях находят применение пилоны в виде отдельно стоящих стоек.

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 и закрепляют каждый с помощью анкерных стаканов (рис. Л9.5, е).. 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. 19.5, ж) 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.

В зависимости от схемы висячего моста балки жесткости мо­гут быть разрезными (см. рис. 19.4, а) и неразрезными (см. рис. 19.4, б, в). Балки располагают в плоскостях кабелей (рис. 19.5,з), или принимают другое их расположение, исходя из конструктив­ных соображений. Подвески прикрепляют непосредственно к балкамжесткости, к поперечным балкам проезжей части и к их ко 1 " солям. 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. 19.5, и).

Байтовые 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.

Ванты могут быть закреплены на пилонах различно. Если они веерообразно спускаются от вершины пилона к балке жесткости (рис. 19.6, 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. 19.6, б). Мост с вантами может иметь только один пилон (рис. 19.6, в). В поперечном сечении моста обычно устраивают две плоскости ван-тов и пилонов (см. рис. 19.6, 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 (ем. рис. 19.6, б) или направляют их от вершин пилонов наклонно к краям моста (см. рис. 19.6, в).

Соотношение пролетов в трехпролетных вантовых мостах обычно составляет 1: 2,5: 1, а в двухпролетных - 1: 1,5-4-1: 2. 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, чаете или шарнирно.поворачивающегося балансира (рис. 19.6, г).

→ Разрушение зданий

Висячие мосты

Висячие мосты

В середине 1976 г. в Японии был сдан в эксплуатацию самый большой из современных висячих мостов. После строительства моста между островами Хонсю и Кюсю, объявленного рекордсменом азиатского континента, и еще нескольких событий такого рода специалисты заговорили о висячих мостах как об одной из интереснейших областей техники, у которой едва ли не самая драматичная история.

Остановимся немного на искусственно раздуваемом межнациональном соперничестве и конъюнктурных амбициях, которые в развитых капиталистических странах часто накладывают свой отпечаток на развитие техники. Займем позицию беспристрастного наблюдателя. Однако в случае висячих мостов нам вряд ли это удастся, потому что история этой области строительства неминуемо вызовет у нас всевозможные эмоции. Несмотря на свой невероятно тонкий ажурный силуэт, они легко и естественно преодолевают огромные расстояния, как будто для них не существует законов гравитации. По эстетическому воздействию этот род мостов уникален: нет другого технического сооружения, где конструкция, демонстрируемая в столь чистом, первичном виде, вызывала бы такое впечатляющее ощущение мощи, легкости и изящества. И если мосты вообще являются наиболее ограниченной формой симбиоза техники и искусства, то висячие мосты - вершина этого симбиоза.

Висячие мосты строились еще первобытными людьми: их строят и сейчас некоторые полудикие племена, обитающие в джунглях Амазонки. В принципе это антитеза арочных конструкций. Их напряженное состояние тоже является безмоментным, но только на базе растягивающего усилия. Это предопределяет и единственно применимый для цепей и канатов материал – сталь. Равновесная форма провисшей дуги весьма изменчива, склонна к самоадаптации в условиях каждой новой конфигурации нагрузок. Арочным конструкциям такая гибкость недоступна, поэтому и их безмоментное состояние возможно только при строго определенной нагрузке. Висячие конструкции реагируют на изменение нагрузки изменением линий своих очертаний, что обеспечивает постоянное и абсолютно чистое безмоментное состояние. Но это имеет и другую сторону медали: такие вариации висячей равновесной формы связаны с деформациями путевого полотна. Поэтому висячие системы в чистом виде в мостовых конструкциях практически не встречаются. Цепи всегда сочетаются с жесткой конструкцией на уровне мостового полотна, которая воспринимает как определенные поперечные силы, так и определенные изгибающие моменты (вследствие ограничения свободных деформаций).

Материал висячей дуги, будь то лиана, веревка, цепь или стальной канат, работает в режиме постоянного растяжения. Именно по этой причине наиболее рационально используется все сечение элемента. Каждый грамм, каждый квадратный сантиметр материала может быть полностью вовлечен в работу по восприятию нагрузки и ее передаче береговым опорам. Этим обусловлена большая легкость висячих мостов, благодаря которой они (и только они) в состоянии преодолевать “за один раз”, без промежуточных опор огромные расстояния. В случаях очень глубоких и очень широких препятствий, когда возведение каких бы то ни было промежуточных опор сложно, дорого, а часто и невозможно, висячий мост оказывается единственно возможным решением.

Большие или меньшие висячие мосты есть во всех странах мира. В последние годы дорожно-строительный “бум” в Японии привел к необходимости замены паромного сообщения между некоторыми островами мостовыми связями, а определенные особенности в рельефе дна обусловили неизбежность применения висячих систем. Классической страной висячих мостов, однако, считаются Соединенные Штаты. Грандиозные каньоны на крайнем западе, широкие полноводные реки и глубокие проливы Тихоокеанского побережья служат объективной предпосылкой расцвета висячих систем именно в этом районе земного шара.

В течение первого десятилетия минувшего века в США были построены шесть первых больших мостов с пролетами до 72 м, выполненные с применением кованых железных цепей. Один из них мост на р. Меримей, просуществовал целых сто лет. Над Ниагарой возник мост с пролетом 252 м, а в 1848 г. на р. Огайо – мост с пролетом 336 м.^Девятнадцатью годами позже был построен Бруклинский мост в Нью-Йорке,который “сразу” преодолел 487 м. Вместо цепей давно уже стали применять стальные канаты, а пролеты продолжали расти со средними темпами 10 м в год, достигнув в 1931 г. максимальной величины 1068 м (мост на р. Хад-сон, Нью-Йорк). Через четыре года над проливом Золотые Ворота у Сан-Франциско началось строительство исключительно большого для этого времени сооружения, или, как его называли, моста века. Один из моментов его строительства запечатлен двумя очевидцами - советскими писателями Ильей Ильфом и Евгением Петровым, находившимися тогда в Калифорнии.

“Мистер Адаме показал рукой на сооружение, представляющееся издали протянутыми через залив проводами. Так вот оно, всемирное чудо техники - знаменитый висячий мост!

Чем ближе подходил к нему паром, тем грандиознее казался мост. Паром проходил мимо поднимавшегося из воды пилона. Он был широк и высок, как “Генерал Шерман”. С высоты его наш паром казался, вероятно, таким маленьким, как человек на дне Гранд-Каньона. Пилон до половины был выкрашен серебристой алюминиевой краской. Другая половина была еще покрыта суриком.

Благодаря любезности строителей моста мы получили возможность осмотреть работы. Мы сели в военный катер, который поджидал нас в гавани, и отправились на островок Йерба-Буэна, расположенный на середине залива.

Сейчас кончают сплетать стальной канат, на котором повиснет мост. Его толщина около метра в диаметре. Это он-то показался над тонкими проводами, когда мы подъезжали к Сан-Франциско. Трос, который на наших глазах сплетали в воздухе движущиеся станки, напоминал Гулливера, каждый волосок которого был прикреплен лилипутами к колышкам. Повисший над заливом трос снабжен предохранительной проволочной сеткой, по которой ходят рабочие. Мы отважились совершить вдоль троса небольшое путешествие. Чувствуешь себя там, словно на крыше небоскреба, только с той разницей, что под ногами нет ничего, кроме тонкой проволочной сеточки, сквозь которую видны волны залива. Дует сильный ветер”.

Это сооружение с центральным пролетом в 1280 м в течение 27 лет оставалось единственным в своем роде. Только в 1965 г. его рекорд на 30 м “перекрыл” мост Верозано, построенный у входа в нью-йоркский порт. А еще через десять лет мировой рекорд перекочевал за Тихий океан, в Японию (может быть, ненадолго).

Мало кто знает, что история висячих мостов, в сущности, представляет собой длинную вереницу катастроф. В истории техники нет другого примера, чтобы конструктивное решение завоевывало свое право на жизнь при столь противоречивых обстоятельствах и было оплачено столь дорогой ценой.

В 1864 и 1889 гг. жертвами ветра стали два моста на Ниагаре. В США только за период с 1876 по 1888 г. рухнул 251 мост. Большинство из этих больших и маленьких мостов были висячими. Один из первых документированных примеров катастрофы датируется 1854 г., когда во время сильного ветра разрушился 336-метровый мост на р. Огайо близ Уилинга. “В течение нескольких минут, - писал один из очевидцев, - мы с тревогой наблюдали за мостом, который напоминал качку корабля во время шторма. Внезапно мост поднялся почти до высоты пилонов, потом резко опустился; огромная конструкция сильно изогнулась, почти перевернувшись, и с ужасным грохотом рухнула с головокружительной высоты в реку”.

Динамическая устойчивость висячих мостов – их слабая сторона. Легкость гибкость, будучи их неоспоримым преимуществом, во время сильного ветра превращается в серьезный недостаток. Часто мост оказывается в роли качающейся и прыгающей корабельной палубы. Отсутствие жесткой конструкции и нужных килограммов превращает сооружение в игрушку для мощных порывов ветра. Стабилизация достигается с помощью балок жесткости, находящихся под путевым полотном, а чаще сами перила моста трансформируются в силовую конструкцию. Однако на протяжении десятилетий их роль была недостаточно ясна, и в тех случаях, когда они ставились, конструкторы делали это чисто интуитивно.

Особенно трагическими событиями было отмечено английское мостостроение тех лет. За относительно короткое время последовал целый ряд катастроф с висячими мостами над Менайским проливом, на р. Ту-ид, у города Монтро и снова над Менайским проливом. Во Франции висячие мосты были надолго запрещены как опасные и прочные конструкции после трагического случая на р. Майенн близ Анже, когда под действием сильного ветра и маршировавших по путевому полотну войск внезапно обрушился мост такой конструкции и в результате катастрофы погибли 226 человек. Египетский мост в Петербурге, превратившийся в инженерный курьез, тоже представлял собой висячую конструкцию.

В 1936 г. в Нью-Йорке был построен мост Уайтстоунбридж пролетом 702 м и очень экономичной балкой жесткости. Его высота (1/200 пролета) оказалась недостаточно большой, и в конструкции возникли опасные вибрации. В инженерных кругах США стали распространяться страшные слухи об этом мосте. Еще более страшные вещи говорились о пресловутом Такомском мосте, который в то время только еще был построен. Его балка жесткости составляла лишь 1/300 пролета (средний пролет 854 м), и поведение конструкции тоже вызывало сомнения. Но о последующих событиях мы расскажем, когда придет время...

Анализ происшествия с Такомским мостом дал исследователям больше, чем практический опыт всех предыдущих десятилетий. В настоящее время испытания модели моста в аэродинамической трубе являются’ обязательной фазой для каждого будущего висячего моста. Но висячие системы в мостостроении имеют и серьезных противников в инженерном мире. Существует несколько крупных проектов: второго моста над Босфором, мостов над Мессинским проливом и над Гибралтаром. Если их технико-экономическое обоснование будет убедительным, вероятно, некоторые из них будут построены. По-видимому, у висячих мостов есть будущее, однако не следует забывать об их далеко не безоблачном прошлом.

РЕФЕРАТ

по дисциплине: "Конструкции инженерных сооружений"

на тему: ВИСЯЧИЕ МОСТЫ

Введение 3

1. Краткий исторический очерк развития висячих и вантовых мостов 5

2. Стальная радуга мостов 8

3. Особенности архитектуры металлических мостов. 12

4. Особенности архитектуры железобетонных мостов 13 Список использованной литературы 16

Введение

Висячие конструкции - строительные конструкции, в которых основные элементы, несущие нагрузку, например, тросы, кабели, цепи, сетки, листовые мембраны и т.п., испытывают только растягивающие усилия. Работа висячих конструкций на растяжение позволяет полностью использовать механические свойства высокопрочных материалов (стальной проволоки, капроновых нитей и др.), а незначительный вес их даёт возможность перекрывать сооружения с наибольшими пролётами. Висячие конструкции сравнительно просты в монтаже, надёжны в эксплуатации, отличаются архитектурной выразительностью. Недостатками висячих конструкций являются наличие распоров и большой деформативности под действием местной нагрузки. Для восприятия распоров устраиваются анкерные фундаменты или так называемые контурные конструкции (кольца, опоясывающие по периметру висячих конструкций). Уменьшение деформативности висячих конструкций достигается введением стабилизирующих элементов - оттяжек, раскосов, балок жёсткости, дополнительных поясов, а также приданием висячим конструкциям формы, допускающей предварительное напряжение. Геометрически неизменяемые висячие конструкции, выполненные из прямолинейных элементов (вантов), называются вантовыми. Висячие конструкции могут быть плоскими и пространственными. Простейший вид плоской висячей конструкции - закрепленный на опорах трос с подвешенными к нему элементами, воспринимающими местную нагрузку. Современные плоские висячие конструкции применяются главным образом в висячих мостах, висячих покрытиях, канатных дорогах, подвесных переходах трубопроводов (рис. 1) и т.п.

Висячий мост - мост, в котором основная несущая конструкция выполнена из гибких элементов (кабелей, канатов, цепей и др.), работающих на растяжение, а проезжая часть подвешена. В современных висячих мостах широко применяют проволочные кабели и канаты из высокопрочной стали с пределом прочности 2-2,5 Гн/м 2 (200-250 кгс/мм 2), что существенно снижает собственный вес моста и позволяет перекрывать большие пролёты. Наряду с этим висячие мосты имеют малую жёсткость вследствие того, что при движении временной нагрузки по мосту кабель (цепь) изменяет свою геометрическую форму, вызывая большие прогибы пролётного строения. Для уменьшения прогибов висячие мосты усиливают в уровне их проезжей части продольными балками или фермами жесткости, распределяющими временную нагрузку и уменьшающими деформацию кабеля. Висячие мосты, в которых проезжая часть поддерживается геометрически неизменяемой висячей формой из прямолинейных канатов - вантов, называются вантовыми. Висячие системы применяют главным образом для автодорожных и городских мостов(рис. 1 ). Крупнейший висячий мост, сооружённый в 1965 при входе в нью-йоркскую бухту Веррацано (США), имеет средний пролёт длиной 1298 м (рис. 2 ).

Рисунок 1. Пешеходный висячий мост через р. Днепр в Киеве. 1956-1957г.

Рисунок 2.Висячий мост в бухте Веррацано. 1965г

Краткий исторический очерк развития висячих и вантовых мостов

Идея применения гибких растянутых элементов растительного происхождения (лианы, бамбук) для перекрытия рек и ущелий возникла, очевидно, на заре человеческого общества. Достаточно достоверные исторические данные свидетельствуют о постройке таких мостов в Древнем Египте, Юго-Восточной Азии, Центральной и Южной Америке.

Переход от примитивных конструкций висячих мостов к современным системам относится к XVII-XVIII вв и связан с именами Веррантиуса (Испания), Пойе (Франция) и Финлея (Англия), который получил на свою висячую систему патент.

Первый период развития висячих мостов, относящийся к XVIII в., представлен небольшими цепными мостиками:

· 1741 г., Англия, р.Тисе, пролет L= 21 м,

· 1785 г., Германия, р. Лаан, пролет L = 38 м,

· 1796 г., США, L = 29 м и другие.

Второй период - XIX в. - характерен широким внедрением новых материалов (чугуна, стали), что дало мощный импульс развитию висячих мостов.

К 1809 г. в Америке было построено около 40 висячих мостов. В 1814 г. в Лондоне сооружен пешеходный мостик пролетом 32 м, цепи которого составлены из плоских звеньев, соединенных болтами. В 1816 г. впервые цепь была заменена проволочным кабелем.

1820 г., Англия, р. Твид, L = 110 м - первый висячий мост под экипажную езду.

1834 г., в г. Фрейбурге французскими инженерами построен один из выдающихся мостов Европы пролетом 265 м. Мост чрезвычайно живописен, он буквально парит над горной долиной.

1883 г., США, Нью-Йорк, Бруклинский мост, L = 486 м, позволил почти вдвое увеличить мировой рекорд по величине пролета. Пример подлинно монументального сооружения: эффект контраста массивных каменных пилонов и ажурной паутины кабелей, вант, подвесок (три плоскости). Наверное, самый популярный мост у поэтов, художников, писателей - достаточно вспомнить стихотворение В.В. Маяковского "Бруклинский мост".

1895 г., Англия, р. Темза - Тауэрский мост-замок, L = 63 м, - своего рода символ Лондона, его достопримечательность, характерной особенностью которой является сочетание среднего разводного пролетного строения и двух боковых - висячих.

Третий период - нынешний век - характерен бурным развитием висячих мостов, использованием достижений науки и техники.

1903 г., США, г. Нью-Йорк, Вильямсбургский мост, L = 488 м.

1930 г., США, г. Детройт, L = 564 м, первый висячий мост, вышедший на первое место среди всех систем мостов по длине пролета, превзойдя Квебекский мост пролетом 548 м (металлическая консольно-подвесная ферма).

1931 г., США, р. Гудзон, L= 1067 м - первый мост, превзошедший километровый пролет, окончательно закрепивший превосходство висячих систем.

1937 г., США, г. Сан-Франциско, мост Золотые Ворота, L = 1280 м, предмет национальной гордости американцев (на праздновании 50-летия моста в 1987 г. собралось 150 000 человек), получил много призов за красоту, особый эффект от оранжевого кабеля на фоне голубого океана.

1965 г., США, г. Нью-Йорк, мост "Верразано-Нерроуз", L = 1298 м - последний американский мировой рекорд, оставшийся рекордом Америки.

1981 г., Великобритания, пролив Хамбер, L = 1410 м.

Первые висячие мосты в России построены в Петербурге в 1820-1830-е гг.:

1823 г., пешеходный мостик в Екатерингофском парке пролетом 15,2 м;

1824 г., Пантелеймоновский мост через р. Фонтанку у Летнего сада, L = 40 м (разобран в 1905 г. после разрушения соседнего Египетского моста при проходе кавалерийского отряда).

Некоторые пешеходные висячие мостики того периода сохранились до сих пор: Почтамтский (через Мойку), Банковский и Львиный (через канал Грибоедова).

1836 г., г. Брест-Литовск, первый в России висячий мост на проволочных канатах, L = 89 м.

1847 г., г. Киев, р. Днепр, четырехпролетный мост, L = 134 м, разрушен белополяками в 1920 г.

В XX в. на территории СССР построен ряд висячих мостов весьма больших пролетов под трубопроводы (р. Амударья, L = 660 м; р. Днепр, L = 720 м) и временный мост пролетом 874 м через Волгу под конвейерную линию при строительстве ГЭС.

Таблица 1. Самые большие висячие мосты мировой практики

Некоторые сведения о первых вантовых мостах: 1817 г., Англия, пешеходный мост, L = 33,5 м. 1868 г., г. Прага, р. Влтава, L = 146 м, вантовая ферма. 1909 г., Франция, мост Кассагне, L = 156 м, построен инженером Жискляром.

Большое внимание строительству мостов с вантовыми фермами уделялось в 1930-1940 гг. в СССР (р. Магана, L = 80м; р. Сурхоб, L = 120 м; р. Нарын, L = 132 м; р. Заревшан, L = 145 м).

Общие сведения о самых больших висячих мостах мировой практики, в том числе строящихся, приведены в таблице 1.

Стальная радуга мостов

За свою многовековую историю человек постоянно стремился облегчить для себя преодоление водных преград. Усилия инженерной мысли привели к изобретению мостов, конструктивные решения которых постоянно усовершенствовались и становились разнообразнее. Так появились балочные, арочные, рамные, консольные, комбинированные, наплавные и разводные мосты. Особый тип представляют собой висячие мосты. Схема их строения позволяет наиболее легко перекрывать большие пролеты и существенно снижает собственный вес моста.

В классических висячих мостах основные несущие конструкции выполнены из гибких элементов, это могут быть канаты, стальные тросы, цепи или другие подвесные конструкции. Будучи прикрепленными к установленным по берегам пилонам, гибкие несущие элементы поддерживают полотно моста. Однако под действием нагрузки они растягиваются, что уменьшает жесткость моста. Для избежания прогибов современные висячие мосты усиливают в уровне их проезжей части продольными балками или фермами жесткости, распределяющими временную нагрузку и исключающими деформацию проложенных кабелей.

Существует также разновидность висячих мостов, в которых проезжая часть поддерживается фермой из прямолинейных канатов – вантов, по названию которых они получили название – вантовые. В современных вантовых мостах используются стальные, а в отдельных случаях и железобетонные балки жёсткости, поддерживаемые наклонными вантами и опирающиеся на пилоны. Вантовые мосты достаточно легки, по сравнению с арочными, экономичны и находят все большее применение на автомобильных дорогах для перекрытия пролетов, достигающих 300 м.

В России существует не очень много висячих мостов. В Петербурге подобная конструктивная схема была использована при строительстве небольших мостов через Мойку и Фонтанку: Екатерингофского, Египетского, Почтамтского, Банковского, Львиного и др.
Самым же известным российским висячим мостом является Крымский мост через Москва-реку. Свое название мост унаследовал от когда-то существовавшего на месте моста Крымского брода, через который переправлялись татары при набегах на Москву. Построенный в 1938 г., общей длиной в 688 м, он в то время вошел в первую шестерку мостов Европы по длине речного пролета – 168 м. Тип конструкции, который использовали инженер Б. П. Константинов и архитектор А. В. Власов при проектировании Крымского моста, очень редко встречается в мировой практике. Его пилоны стоят отдельно и поверху не соединены. Несмотря на то, что вес металлических конструкций Крымского моста достигает 10 тыс. т, мост кажется очень легким и ажурным. И хотя Крымский мост уже стал одной из визитных карточек нашей столицы, он, с пролетом менее 700 м, в мировой табели о рангах занимает более чем скромное место.

В 1997 г. в Японии между островами Авадзи и Хонсю был построен мост Акаши-Кайкио, который дважды вошел в книгу рекордов Гиннеса, как самый длинный подвесной мост, длина только одного его пролета составляет 1991 м, и как самый высокий мост, так как его пилоны поднимаются на 297 м, что выше девяностоэтажного дома. Общая же протяженность этого уникального трехпролетного сооружения составляет 3910 м. Несмотря на огромные размеры моста, его конструкция достаточно прочна, чтобы выдержать порывы ветра до 80 м в секунду и землетрясения до 8 баллов по шкале Рихтера, которые нередки на Дальнем Востоке. И еще один любопытный факт: если вытянуть в длину все стальные тросы моста Акаши-Кайкио, то ими можно было бы опоясать Землю целых семь раз!

Бруклинский мост, Нью-Йорк, 1883 г. Современный вид

Несущая конструкция - стальные канаты

Самым же знаменитым в мире висячим мостом является американский Бруклинский мост через реку Ист Ривер в Нью-Йорке. Строительство этого моста велось целых 16 лет и было закончено в 1883 г. Тогда он был рекордсменом: имел самый длинный пролет – 486 м и огромный вес – 15 тыс. т. Бруклинский мост – двухуровневый, его первый уровень отдан под шестиполосный автомобильный проезд, а верхний уровень – под пешеходную и велосипедную деревянные дорожки. При строительстве Бруклинского моста впервые в качестве несущей конструкции были применены стальные канаты, что было удивительно для современников. И даже через 50 лет восхищенный поэт В. Маяковский после своего посещения Нью-Йорка назвал его «борьбой за конструкции вместо стилей, расчетом суровым гаек и стали». Некоторое время Бруклинский мост считался «мостом самоубийц», так как с него бросались в воду желавшие покончить с жизнью, потеряв работу во времена великой депрессии. Однако даже подобная недобрая слава не мешает мосту оставаться удивительным примером изобретательной инженерной мысли и притягивать толпы туристов.

Мост "Золотые ворота". Сан-Франциско, 1937 г.

На востоке США, в Калифорнии, находится еще один знаменитый на весь мир висячий мост – «Золотые ворота», построенный в 1937 г., то есть на год раньше московского Крымского моста. Он соединяет два берега одноименного пролива, являющегося входом в самую большую естественную гавань мира – Сан-Франциско. Мост поднят над водой на 250 м, и под ним свободно проходят океанские лайнеры. Это уникальное архитектурное сооружение можно назвать одним из новых чудес света. Ведь при проектировании его конструкции не использовалась никакая вычислительная техника, а все расчеты производились под руководством инженера Й. Штрауса при помощи арифмометров и логарифмических линеек. Архитектор моста И. Морроу использовал при разработке его дизайна элементы стиля арт-деко. С самого начала мост был выкрашен оранжево-красной краской, ведь в состав именно этих красителей входит свинцовый компонент, который защищает сталь от ржавчины. Жители Сан-Франциско шутят, что на мосту постоянно ведутся реставрационные работы, потому что, когда маляры доходят до конца моста, его начало уже снова нуждается в покраске.

Хотя висячие мосты на всех континентах близки между собой с точки зрения инженерных решений, каждый из них остается уникальным образцом архитектуры, имеет свой неповторимый художественный облик и является предметом гордости городов, а то и целых стран.

Крымский мост. Москва, 1938 г. Металлические конструкции

Мост "Акаши-Кайкио". Япония.

Мост "Акаши-Кайкио". Япония.

Особенности архитектуры металлических мостов.

Чугунный арочный мост через р.Северн в Англии, построенный в 1779 г., открыл новую эпоху в истории мирового мостостроения. С этого времени, несмотря на продолжающееся в течение 200 лет строительство каменных мостов, наиболее прогрессивным в мостостроении становится направление по разработке конструкций и методов расчета металлических мостов.

Развитие мостостроения в этот период связано с именем английского инженера Томаса Тельфорда. Главным его сооружением считается висячий металлический мост на р. Мереей в Уэлсе, построенный в 1826 г. Это цепной мост из сварочного железа с пролетом 176,5 м (наибольшим для того времени) имел 16 цепей, несущих проезжую часть шириной 8,5 м. Как все висячие системы он испытывал значительные колебания от ветра. Он несколько раз ремонтировался. В 1939 г. цепи из сварочного железа были заменены стальными кабелями и мост смог выдерживать более тяжелую нагрузку.

В дальнейшем Т. Тельфорд усовершенствовал конструкцию висячих металлических мостов с несущими цепями из сварочного железа и применял ее в Конвейском мосту, построенном в 1826 г. в Англии. Несомненным этапом в истории мостов явилось строительство в 1845 г. инженером У-Т. Кларком моста через Дунай в Будапеште. Мост имел рекордный пролет - 202,4 м при общей длине 400 м и ширине проезжей части с тротуарами 14 м. В этом сооружении получили дальнейшее развитие идеи г.Тельфорда, но уже на базе научных исследований конструкций висячих мостов на специальных моделях. В 1850 г. Р.Стэфенсоном было закончено строительство моста Британия через Менэйский пролив (рис.29). Простота этого сооружения послужила толчком к дальнейшему развитию железных коробчатых ферм. Интересна комбинированная система моста через р.Теймарокол г.Сэлташ в Англии. Совмещение трубчатой арки с цепью привело к появлению фермы рыбообразного очертания. Чугунная параболическая арка эллептического сечения служит здесь верхним поясом фермы, железная цепь - нижним ее поясом, к которому подвешена сплошная балка проезжей части. Балка того же типа служит и верхним строением подходных, эстакад. По своим параметрам мост ко времени завершения строительства - 1858 г. - был одним из крупнейших в мире. Он имел два пролета по 132,6 м, 17 пролетов по 21,2 м и рассчитывался под железнодорожную нагрузку.

Ко второй половине XIX в. сформировались основные системы металлических мостов. Большое распространение получили в этот период решетчатые балочные фермы самых разнообразных очертаний. Они пришли на смену фермам со сплошной стенкой. Широко применялись разрезные, неразрезные и консольно-подвесные системы с параллельными и полигональными поясами.

Во Франции, которая по уровню развития инженерных путей продолжала занимать ведущее место в мире, значительное развитие получили конструкции арочных мостов. К числу выдающихся произведений инженерного искусства следует отнести виадук Гараби, построенный Густавом Эйфелем около г.Сен-Флур в 1884 г. Конструктивно мост представляет собой двухшарнирную серповидную арку, перекрывающую главный пролет и эстакады подходов на слегка суживающихся кверху высоких опорах. Очертания виадука соответствуют распределению усилий в конструкциях и обладают большими художественными достоинствами.

Существенный вклад в развитие большепролетных конструкций внесли североамериканские инженеры, которым часто приходилось строить мосты через широкие полноводные реки. В 1898 г. инженером Л.Бук был построен арочный мост через р.Ниагару с пролетом 256 м. Однако особенное распространение получают в США висячие мосты. За короткий промежуток времени в г. Нью-Йорке строится два висячих моста: в 1883 г. - знаменитый Бруклинский мост с пролетом 486,5 м, а вскоре - Манхеттенский с пролетом 448 м.

Особенности архитектуры железобетонных мостов.

Несколько иной, чем в Европе, была ситуация, в которой развивалось мостостроение Северной Америки. Основными особенностями, определившими типы мостов США и Канады, были: природные условия, т.е. ширина и глубина рек, озер и морских приливов при одновременной близости залегания скальных грунтов; быстрая автомобилизация страны; конкуренция.

Необходимость перекрытия значительных пролетов и пропуска под мостами больших океанских судов с одновременной возможностью опереть фундаменты опор на скальный грунт уже в конце XIX в. привела к строительству в Нью-Йорке двух больших висячих мостов: Бруклинского и Манхеттенского. В дальнейшем это направление продолжало развиваться. В 1931 г. заканчивается строительство моста Георга Вашингтона через р.Гудзон в Нью-Йорке. Его пролет впервые превысил километровую величину и равнялся 1068 м.

Через шесть лет (в 1937 г.) в Сан-Франциско строится мост Голден Гейт (Золотые Ворота), пролет которого 1280 м оставался рекордным до 1964 г.
Архитектора США гораздо медленнее, чем европейские расставались с художественными взглядами эклектики, поэтому архитектурные формы в духе ПХ в. появлялись на американских мостах еще достаточно долго.

В послевоенный период широкое распространение получают железобетонные мосты, что отчасти было вызвано нехваткой металла во многих европейских странах. Железобетон почти полностью вытеснил сталь в мостах малых и средних пролётов и широко применялся при строительстве мостов с величиной пролетов 150-250 м.
Развитие железобетонных мостов характеризуется все большим применением преднапряженных конструкций, использование которых изменило пропорции мостов, сделав их более легкими.

Поиск наиболее рациональной конструктивной схемы, продолжавшийся первые 15 лет послевоенного периода, является основной тенденцией, определившей "лицо" мирового мостостроения в этот период.

Следующим условием, повлиявшим на архитектуру транспортных сооружений, является автомобилизация. Автомобилизация, которая наступила в Европе несколько позднее, чем в США, существенно изменила подход к проектированию мостов, а в соответствии с этим их композиционные и образные характеристики. Прежде всего, следует отметить увеличение ширины мостов, а в некоторых случаях появление мостов с проездом в двух уровнях. Требования безопасности явились одной из причин отказа от строительства арочных автодорожных мостов с ездой понизу. Сильно возросшие потоки автомобилей привели к появлению нескольких новых типов мостовых сооружений и изменению старых элементов мостового перехода. В первую очередь, это отразилось на характере предмостной площади в городах. Современная предмостная площадь представляет собой
сложную транспортную развязку в нескольких уровнях. Ее появление изменило композицию и масштаб самого моста, а также соотношение всего комплекса мостовых сооружений с городом. Одним из примеров современной предмостной транспортной развязки является мост Кингстон, построенный в 1970 г. в г. Глазго. Северинский мост в г. Кёльне (архитектор Г.Ломер) также имеет большую транспортно - пешеходную развязку. Изменение облика предмостной площади придало иную трактовку пространственному построению всего сооружения. Появление на подходах криволинейных эстакад, пандусов обогатило композицию моста, позволило сделать ее более насыщенной. Система развитых подходов обычно располагается на значительном расстоянии от набережной, таким образом мост перестает быть частью только речного фасада, а приобретает более тесную композиционную связь с внутренними кварталами города.

Технология начинает приобретать особое значение с середины 60-х гг. XX в. Явление это носит общий характер и затрагивает не только строительство, но и все остальные виды производственной деятельности. В мостостроении технологический фактор присутствовал всегда. Однако никогда технологический процесс не определял в такой степени конечную форму постройки. Выбор конструкции для моста стал в значительной степени определяться удобством применения той или иной технологической схемы. Процесс строительства оказывает влияние на новые конструктивные разработки; появился термин "технологичная" и "нетехнологичная" конструкция. Одним из современных способов монтажа железобетонных пролетных строений является навесная сборка или ее разновидность при строительстве мостов из монолитного бетона - навесное бетонирование. Ее популярность привела к появлению большого количества рамно-консольных и рамно-подвесных мостов.

Список использованной литературы

1. Краткий исторический очерк развития висячих и вантовых мостов. Бахтин С.А., Овчинников И.Г., Инамов Р.Р.

2. Висячие и вантовые мосты. Проектирование, расчет, особенности конструирования: Учеб. пособие. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1999. 124 с.

3. Цаплин С. А., Висячие мосты, М., 1949; Справочник инженера-дорожника, [т. 6], М., 1964

4. Журнал "Мир металла" , Евгений Игнатьев.

Висячие мосты

Прототипами современных металлических висячих мостов являются известные уже в глубокой древности индусам, американцам и китайцам веревочные. Через ущелье, горный поток или овраг перекидывалось две или несколько толстых веревок, иногда просто лиан; пространство между ними застилалось или закладывалось досками, и мост был готов. Иногда протягивался еще один свободный канат, чтобы служить поручнем. Существенное отличие наших мостов от только что описанных, не говоря о разнице в совершенстве конструкции, заключается в способе прикрепления к канатам или цепям, проходной или прозжей части (полотна). Она не помещается более непосредственно на канатах, а прикрепляется к ним особыми прутьями, благодаря чему полотно может быть вполне горизонтально или иметь лишь желаемую кривизну, не зависящую от кривизны цепей или канатов. Мостовое полотно обыкновенно помещается под цепью, хотя есть несколько примеров с обратным расположением, причем вытянутые подвесные прутья заменяются сжатыми стойками. Висячие фермы (см. это сл.) могут быть сделаны или из металлических полос, соответственно соединенных шарнирами и образующих цепь, или из полос, а также проволок, обращенных в канат. Отсюда разделение В. мостов на цепные и канатные. Цепи или канаты поднимаются от точек, где они закреплены на берегах реки или оврага на высокие опорные быки, устроенные обыкновенно в виде башен, и образуют одну или несколько бухт, смотря по числу промежуточных опор.

Из висячих мостов, построенных вне России , в Европе , заслуживают внимания: мост через Дунай между Пештом и Офеном, м. через Влтаву в Праге , м. через Мур в Граце , цепной мост через Менэйский пролив у Вангора, Гаммисмитский и Гунгерфорский мосты через Темзу , проволочный мост через

Мост, в к-ром основной несущей конструкцией является гибкий элемент - кабель (проволочный кабель, стальные канаты, шарнирная цепь), а проезжая часть к нему подвешена. Висячие мосты бывают чаще всего трехпролетные.

Для того чтобы уменьшить деформацию проезжей части при движении нагрузки, в висячих мостах применяют фермы или балки жесткости, роль к-рых возрастает с уменьшением пролета, т. к. при значительных пролетах постоянная нагрузка (собственный вес кабеля, подвесок и проезжей части) настолько велика, по сравнению с подвижной нагрузкой, что перемещения последней мало влияют на форму кабеля. Концы кабеля на берегах заделываются в анкерные массивы, иногда составляющие одно целое с устоями. При наличии скалистых берегов анкеры могут быть заложены непосредственно в скале. Иногда кабели соединяются по концам с балкой жесткости, образуя т. н. висячее пролетное строение с воспринятым распором. Кабели висячих мостов проходят через сооруженные на опорах моста металлич. или железобетонные башни (пилоны), высота к-рых зависит от принятого отношения стрелы провеса кабеля к пролету (обычно 1:8-1:10). С увеличением этого отношения уменьшается усилие в кабеле и возрастает жесткость пролетного строения, но высота пилонов, а следовательно, и стоимость при этом увеличиваются.

Строительство висячих мостов на автомобильных дорогах экономически целесообразно при пролетах свыше 300 м. Пролеты крупнейших В. м. превышают 1000 м - мост через пролив Золотые Ворота в Сан-Франциско пролетом 1281 м (см. Металлический мост). В 1960 начато сооружение В. м. через пролив Нэрроус в Нью-Йорке со средним пролетом 1300 м. Пролеты В. м. в Европе также возрастают. В 1960 в Англии начато стр-во двух висячих мостов с центральными пролетами ок. 1000 м. При существующих сортах стали максим, практически возможный пролет прибл. равен 3000 м. Однако с увеличением пролетов висячего моста уменьшается отношение ширины моста и высоты балки жесткости к длине пролета, вследствие чего ухудшаются аэродинамич. свойства моста-способность сопротивляться действию ветра. Известно неск. случаев разрушения В.м.в 19в.; в 1940 при ветре, скорость к-рого составляла лишь V, от расчетной, вновь построенный Такомский мост (США) разрушился от колебаний.

Этот мост при среднем пролете 854 м имел ширину всего 11,9 м, а высоту балки жесткости 2,44 м. После этого случая во мн. странах и, в частности, в СССР были проведены большие аналитические и эксперимент, исследования аэродинамич. устойчивости В. м., в результате к-рых нек-рые существующие мосты были усилены, а жесткость вновь сооружаемых мостов значительно увеличена.

Вследствие того, что висячие мосты, как правило, строятся через большие реки или морские проливы, при очень большой глубине воды, наличии приливов и отливов, штормовых ветров, интенсивном судоходстве, требующем высоты до 65 ж, сооружение таких мостов (особенно опор) сложно.

Монтаж висячих мостов начинается с пилонов. Стальные пилоны, высота к-рых достигает 210 м, а вес 20 тыс. т, обычно собираются ползучим подъемным краном, поднимающимся по пилону по мере его возведения. Способ монтажа кабелей зависит от их конструкции. Существуют 2 типа конструкции кабеля. Кабель первого типа образуется из стальных канатов заводского изготовления. Каждый канат при помощи подвесной дороги протягивается от анкера одного берега через оба пилона к анкеру другого берега, где и закрепляется. После подвески всех канатов они объединяются хомутами в кабель. Кабель второго типа, применяемый в больших американских висячих мостов, прядут на месте работ из стальной холоднотянутой проволоки толщ. ок. 5 мм с пределом прочности до 200 кг/мм2. Петли из такой проволоки при помощи канатной дороги попеременно протягиваются с одного берега на другой и объединяются в пряди, образующие кабель, к-рый при помощи спец. машины обматывается тонкой проволокой. Каждый из двух кабелей висячего моста через пролив Золотые Ворота диаметром 914 мм был образован из 61 пряди по 452 проволоки в каждой и весил 9500 т. Средняя скорость прядения кабеля составляла 768 т в месяц. После окончания монтажа кабелей к ним подвешиваются подвески, балки жесткости и проезжая часть. К висячим мостам относятся вантовые мосты , система ферм к-рых обеспечивает работу всех элементов на растяжение, а также балочно-вантовые мосты

Лит .: Передерий Г . П ., Курс мостов , т . 1-3, 6 изд ., М ., 1944-51; Steinman D. В ., A practical treatise on suspension bridges, N.Y.-L., 1929.