Войти  |  Регистрация
Авторизация

Конструкции висячих и вантовых мостов



Гибкие высокопрочные элементы современных висячих и вантовых мостов образуются из так называемых канатных элементов.
Канатный элемент — стальной канат (витой канат или, пучок параллельных проволок), снабженный концевыми закреплениями. Концевые закрепления в висячих и вантовых мостах применяют чаще всего в виде канатных втулок с заливкой загнутых или расплющенных проволок распущенного конца каната цинковым сплавом, или специальным эпоксидным клеем с наполнителем. При изготовлении канатного элемента из витого каната его подвергают предварительной вытяжке на стенде.
Для закрепления канатных элементов в конструкции после их натяжения и получения требуемых рабочих длин канатных элементов при больших усилиях используют закладные вилкообразные шайбы, устанавливаемые между торцом канатной втулки и опорной конструкцией, а при меньших усилиях — стопорные муфты с трапециевидной резьбой, навинчиваемые на канатные втулки, контргайки на винтовых тягах, специальные винтовые стяжки. В анкерах большепролетных висячих мостов, в которых при значительных усилиях возникает необходимость большого хода натяжения канатов, применяют ленточно-нониусные анкерно-натяжные устройства (рис. 30.10).
Конструкции висячих и вантовых мостов

Различают несколько видов конструкций гибких высокопрочных элементов висячих и вантовых мостов.
Одиночные канатные элементы применяют при относительно небольших расчетных усилиях (например, в кабелях и вантах пешеходных и трубопроводных мостов относительно небольших пролетов, в вертикальных и наклонных подвесках, для вант многовантовых мостов). Раздельные канаты (рис. 30.11. а) с расположением их в один или несколько рядов при оставлении между каждыми двумя канатами просвета, достаточного для восстановления антикоррозионной защиты, характерны для вант и кабелей с числом канатов 8—10 при одном ряде и большим числом канатов при нескольких рядах. Ряды могут быть горизонтальными, вертикальными и с переменным подлине наклоном, когда у опирания на пилон ряд горизонтален, а у примыкания к балке жесткости— вертикален (рис. 30.11, в), что дает конструктивно весьма рациональное решение, при котором ванта как бы закручивается на 90° по своей длине. Чтобы не происходило соударений канатов при колебании, применяются специальные сжимы-распорки.
Компактные пучки канатов могут быть различного поперечного сечения (рис. 30.11, б), чаще всего — шестиугольного. Число канатов в шестиугольном пучке может быть 7,19, 37, 61, 91 шт. У концевых закреплений компактный пучок канатов распускают на раздельные канаты. Компактный пучок канатов должен иметь оплетку, обеспечивающую сохранение пучком проектной формы и улучшающую антикоррозионную защиту.
Изготовляемые прядением в пролете компактные пучки большого числа параллельных проволок применяют за рубежом для кабелей автодорожных, городских и совмещенных висячих мостов больших пролетов (более 700 м). Поперечные сечения таких кабелей — круглые или шестиугольные. Этот вид конструкции кабеля требует специального оборудования. После окончания прядения кабеля его опрессовывают в поперечном направлении и проволоки объединяют обмоткой.
Конструкции висячих и вантовых мостов

Наибольшее распространение имеют конструкции вант и кабелей из раздельных канатов и в виде компактных пучков канатов. Последние имеют лучшие аэродинамические характеристики и не требуют постановки специальных сжимов-распорок. Преимущества раздельных канатов состоят в более простых конструкциях узлов опирания на пилон и примыкания к балке жесткости, возможности более точного регулирования усилия в каждом канате, возможности восстановления антикоррозионной защиты и даже смены отдельных канатов, монтажа без рабочих мостиков, необходимых для формирования компактных пучков канатов.
Узлы крепления подвесок к кабелю обжимают кабель и обеспечивают сохранение формы и размеров его поперечного сечения. На рис. 30.12,а показан узел крепления вертикальной подвески к кабелю из раздельных канатов, расположенных в один ряд. Чтобы все узлы при на наклонных подвесках были одинаковыми, целесообразно проушины подвесок надевать на один штырь, расположенный в геометрическом центре узла между канатами кабеля (рис. 30.12,б). При использовании кабеля в виде компактного пучка канатов применяют обычно мощные стальные литые стяжные муфты, имеющие фасонки с отверстиями для штырей крепления подвесок (рис. 30.12,в). Длину узлов назначают из условия получения допустимой интенсивности поперечного обжатия канатов при суммарном усилии натяжения болтов, достаточном для передачи силами трения сдвигающего усилия, действующего вдоль кабеля.
Для обеспечения проектного расстояния между узлами крепления подвесок часто применяют короткие дистанционные канатные элементы, располагамые параллельно кабелю и снабженные проушинами, крепящимися к фасонкам соседних узлов (см. рис. 30.18,б).
Балки жесткости висячих и вантовых мостов применяют двутавровые сплошностенчатые, двутавровые сквозные (получаемые фигурной разрезкой прокатных двутавров и сваркой раздвинутых их половин), коробчатые сплошностенчатые, решетчатые, а в трубопроводных мостах — иногда также в виде продуктопроводных труб. Двутавровые балки и продуктопроводные трубы характерны для балок жесткости мостов меньших пролетов, чем имеющих коробчатые и решетчатые балки жесткости. Решетчатые балки жесткости целесообразны в большепролетных висячих мостах с ездой в два яруса и в большепролетных трубопроводных висячих мостах.
Конструкции висячих и вантовых мостов

Целесообразна стальная ортотропная проезжая часть, при пролетах менее 150 м — чаще железобетонная, во временных мостах — иногда деревянная. Стальную и железобетонную проезжую часть включают в работу в составе балки жесткости, а также совместно с поперечными балками. Поперечные связи устанавливают с шагом не более 10—15 м. При низкой балке жесткости функции поперечных связей могут выполнять поперечные балки. В поперечном сечении моста целесообразно иметь две двутавровые балки (рис. 30.13, а) или решетчатые фермы (рис. 30.13, б, в); соответственно в таких конструкциях желательны две висячие или вантовые главные фермы.
Коробчатые сплошностенчатые балки жесткости наиболее характерны для современных висячих и вантовых автодорожных городских мостов при пролетах более 170 м (вплоть до самых больших пролетов). На рис. 30.13, г показана балка жесткости вантово-балочного моста (главный пролет 194 м) с двумя коробчатыми балками цельноперевозимого поперечного сечения и двумя главными фермами, на рис. 30.13,5 — обтекаемая коробчатая балка жесткости вантово-балочных мостов с главными пролетами 300—400 м и одной главной фермой, на рис. 30.13. е — обтекаемая коробчатая балка жесткости, характерная для висячих мостов пролетами 900—1400 м с двумя главными фермами.
В трубопроводных мостах возможно использование в качестве балки жесткости продуктопроводной трубы (или двух продуктопроводных труб, жестко или шарнирно соединенных), если это удовлетворяет требованиям аэродинамической устойчивости и жесткости и не противоречит специфическим условиям эксплуатации трубопровода, связанным с температурными деформациями, периодичностью смены труб и т.д. Нельзя использовать в качестве балок жесткости трубы, авария которых особо опасна с позиций охраны окружающей среды.
Конструкции висячих и вантовых мостов
Конструкции висячих и вантовых мостов

Продуктопроводные трубы, выполняющие роль балок жесткости, должны быть снабжены приваренными к ним кольцевыми шпангоутами (если такая приварка допустима) или охватывающими хомутами с прокладками из стеклоткани на эпоксидной смоле. Подвески, ванты и другие конструктивные элементы прикрепляют к шпангоутам или хомутам.
Для присоединения вертикальных или наклонных подвесок висячих ферм балки жесткости снабжаются обычно фасонками с отверстиями для штырей-шарниров крепления канатных втулок или винтовых стяжек (рис. 30.14,а). Фасонки могут располагаться над стенками продольных (главных) балок на поперечных балках, в узлах тонкостенных обтекаемых балок и решетчатых ферм, на шангоутах или хомутах. Соответственно в висячих мостах повышенной жесткости предусматривают развитые фасонки (рис. 30.3, г) для крепления к балке жесткости кабеля (рис. 30.14,б). Кабели мощного сечения в виде компактных пучков канатов закрепляются за балку жесткости с помощью стальных муфт, в которых все сечение обжимается натяжением стяжных высокопрочных болтов.
К балке жесткости, состоящей из двух двутавров, наклонные ванты вантово-балочной конструкции можно крепить в обхват с двух сторон каждого двутавра (рис. 30.15). Ребра жесткости предусматривают в местах опирания гидродомкратов, натягивающих канат, и в месте опирания канатной втулки. Среднее ребро по предложению М.М. Кравцова удобно снабжать трубой с вырезом для заводки каната. Если ванты крепятся к двутаврам только с внешней стороны, между двутаврами желательна распорка-диафрагма, воспринимающая возникающий момент. В многовантовой конструкции (по рис. 30.6, г) с коробчатой балкой жесткости (по рис. 30.13,5) и одной вантовой фермой ванты, состоящие из двух раздельных канатов каждая, могут крепиться в обхват одно-стенчатого вертикального элемента, размещаемого на оси моста.
Конструкции висячих и вантовых мостов

При устройстве вант из значительного числа раздельных канатов и при наличии в балке жесткости двух коробчатых элементов (рис. 30.13, г) целесообразно консольное крепление вант с внешней стороны к каждой коробке по рис. 30.16, а. Пояс консоли, на который опираются канатные втулки, выполнен из одного листа с расположенной внутри коробки наклонной диафрагмой, для чего в стенке предусмотрены вырезы.
При коробчатых балках и относительно мощных вантах в виде компактных пучков канатов конструктивно целесообразно крепление вант по оси коробки на разделительной полосе проезжей части или на границе автопроезда и тротуара либо велосипедной дорожки. Между стенками коробки устанавливают наклонные диафрагмы, и на них посредством съемных опорных плит опирают канатные втулки. Компактный пучок канатов у входа в коробку веерообразно распускается на раздельные канаты, расположенные в одной (рис. 30.16, б) или нескольких наклонных плоскостях. Число наклонных диафрагм на единицу больше числа наклонных плоскостей канатов.
Специфику висячих и особенно вантово-балочных конструкций составляет возникновение отрывающих балку жесткости опорных реакций, часто весьма значительных. Неподвижные и подвижные опорные части должны быть надежно заанкерены и, иметь специфические конструкции, воспринимающие отрывающие опорные реакции. Иногда для погашения отрывающих сил конец балки жесткости пригружают противовесом.
Элементы применяемых в висячих и вантовых мостах металлических пилонов, схемы которых даны на рис. 30.2, могут быть следующих видов:
а) одиночные стержни: прокатные двутавры, сварные Н-образные элементы, трубы. Применяются в автодорожных и городских мостах небольших пролетов и в трубопроводных и пешеходных мостах пролетами менее 300 м;
б) составные стержни: два двутавра или две трубы, соединенные решеткой по фасаду моста (рис. 30.17,а). Применяются преимущественно в трубопроводных большепролетных мостах;
в) ребристые коробчатые крупногабаритные элементы (рис. 30.17, б) или оболочки (трубы) больших, диам (до 3,2 м), образованные на заводе металлоконструкций вальцовкой и сваркой листов. Применяются в автодорожных и городских большепролетных мостах. Внутри таких пилонов оборудуют лифт или лестницы для эксплуатации конструкций.
Конструкции висячих и вантовых мостов

Монтажные стыки элементов металлических пилонов применяют трех видов: а) на высокопрочных болтах без приторцовки, с выверкой геометрии в ходе монтажа; б) сварные стыковыми швами, также с выверкой геометрии, в ходе монтажа; в) с приторцовкой фрезерованных торцов и конструктивными накладками на высокопрочных болтах.
В подавляющем большинстве случаев стойки пилона максимально жестко защемляют в конструкции железобетонной опоры или металлической балки жесткости. Шарниры, необходимые в случаях монтажа подъемом пилона, собранного в горизонтальном положении, перед началом эксплуатации обычно заглушают или демонтируют.
Кабели висячих мостов и ванты вантовых мостов опирают на неподвижно укрепленные на пилонах опорные седла. При этом все или большая часть витых канатов, составляющих кабель или ванты, не прерываются над пилоном и переходят из одного пролета в другой (или в оттяжку). Натяжением высокопрочных болтов раздельные канаты (рис. 30.18, а, б) или компактный пучок канатов (рис. 30.18, в) прикрепляют прижимными планками, к опорному седлу, чем и обеспечивается неподвижность кабеля или вант относительно пилона. Чтобы предупредить появление в защемленных стойках пилона чрезмерных изгибающих моментов при деформациях конструкций, ширина стоек по фасаду моста не должна быть больше 1/25—1/35 их высоты.
Конструкции висячих и вантовых мостов
Конструкции висячих и вантовых мостов

Опорное седло должно обеспечивать перегиб канатов по круговой кривой радиусом не менее 30 dк при закрытых канатах и 15 dк при канатах двойной свивки. При использовании канатов (пучков) из параллельных проволок требуется формирование криволинейного участка пучка при его изготовлении на заводе или полигоне. Поскольку это сложно, пучки параллельных проволок на пилонах обычно прерывают и снабжают канатными втулками, закрепляемыми в соответственно законструированных узлах пилона.
При различном числе витых канатов в высокопрочном элементе слева и справа от пилона добавляемые витые канаты также закрепляют на пилоне канатными втулками, которые либо упираются в специальные траверсы (см. рис. 30.18, а), либо снабжаются проушинами и прикрепляются к фасовкам пилонного узла штырями-шарнирами (см. рис. 30.18, б). Последним способом прикрепляют к пилону также дистанционные канаты (рис. 30.18, б).
Для передачи на грунт распора в распорных висячих и вантовых мостах используют чаще всего анкерные опоры гравитационного типа, в некоторых случаях плитные анкеры или скальные анкеры. Пример анкерной опоры гравитационного типа и размещения в ее камерах анкерно-натяжных устройств приведен на рис. 30.19. В плитных анкерах используют отпор (пассивное давление) грунта; в скальных анкерах используют сопротивление скалыванию скальных пород.
Конструкции висячих и вантовых мостов

Рассмотрим несколько конкретных примеров конструкций висячих и вантовых мостов.
В ЦНИИпроектстальконструкции в 1976—1977 гг. разработан проект висячих мостов пролетами 126 (рис. 30.20) и 147 м для повторного применения на автомобильных дорогах IV категории преимущественно в горных районах (при сейсмичности до 9 баллов). Несколько аналогичных мостов пролетами 91 и 105 м построено в Киргизии.
Основной является простая комбинированная схема с двумя вертикальными висячими фермами и балкой жесткости, состоящей из двух сварных двутавров, объединенных с железобетонной плитой проезжей части (см. рис. 30.13,а). Для пролета 147 м предусмотрена возможность применения схемы повышенной жесткости согласно рис. 30.3, г. В уровне нижних поясов балки жесткости — продольные связи. Монтажные соединения — на высокопрочных болтах. Пилоны — металлические в виде портала с наклонными стойками.
Для пролетов 126 и 147 м стрелка кабеля составляет 1/9,4 пролета, высота двутавров балки жесткости 1,6 м (или 1,4 м при схеме повышенной жесткости). Кабель каждой фермы выполнен в виде компактного пучка из 13 стальных канатов диаметром 60 или 65 мм. Подвески — согласно рис. 30.14, а. Расход стали от 0,32 до 0,34 т/м2.
В 1978 г. по проекту ЦНИИпроектстальконструкции на пересечении аммиакопровода Тольятти-Одесса с Днепром возведен трубопроводный висячий мост с рекордным для этого вида мостов пролетом 720 м (рис. 30.21). Трубопроводный мост аналогичной конструкции пролетом 660 м построен через р. Амударью.
Конструкция состоит из двух вертикальных висячих ферм с наклонными подвесками, решетчатой балки жесткости (высота 1/300 пролета) и предварительно напряженной горизонтальной ветровой системы в виде двух ветровых кабелей, прикрепленных к балке жесткости в середине пролета, связанных по длине с кабелем и балкой жесткости наклонными и горизонтальными оттяжками и заанкеренных на берегах. Пространственное объединение вертикальной и горизонтальной систем в 1,5 раза увеличивает вертикальную жесткость и уменьшает частоты собственных вертикальных и горизонтальных колебаний, что значительно повышает аэродинамическую устойчивость.
На мосту через Днепр каждый несущий кабель (раздельной конструкции) согласно рис. 30.11, а состоит из шести закрытых стальных канатов диаметром 71,5 мм, расположенных в один горизонтальный ряд. Каждый ветровой кабель — из трех таких же канатов, наклонные подвески — из одного каната двойной свивки, диаметром 39,5 мм, оттяжки — диаметром 25,5 мм. Опирание несущего кабеля на пилон согласно рис. 30.18, б, анкерно-натяжное устройство — нониусного типа. Пилоны — металлические А-образной схемы, конструкция ног — согласно рис. 30.17, а.
После подъема пилонов (поворотом) и несущих кабелей верхние узлы ферм навешивали на кабели вблизи пилона, соединяли дистанционными канатами и надвигали по кабелю в пролет. Блоки балки жесткости подавали на баржах, поднимали полиспастами и соединяли фланцевыми стыками на высокопрочных болтах. Продолжительность монтажа 11 мес. Расход стали, включая пилоны и анкерные устройства, 1750 т, в том числе 655 т канатных элементов.
Конструкции висячих и вантовых мостов

Наибольший в мире пролет 1410 м имеет висячий мост через устье р. Хамбер (Великобритания), законченный строительством в 1981 г. Мост трехпролетный, несимметричный (рис. 30.22), имеет две вертикальные висячие фермы с наклонными подвесками. Балка жесткости — коробчатая, обтекаемая высотой 4,5 м (1/313 длины пролета). Все монтажные соединения — сварные. Пилоны — железобетонные портальные, каждый состоит из двух стоек и четырех ригелей. Оба кабеля образованы из параллельных проволок прядением в пролете. Каждый кабель состоит из 15 000 оцинкованных проволок диаметром 5 мм, каждая проволока имеет разрывное усилие 30 кН. Аналогичную конструкцию имеют также висячие мосты несколько меньших пролетов: через р. Северн в Великобритании и через Босфорский пролив в Турции.
Схема вантово-балочного моста через р. Шексну в Череповце, законченного строительством в 1979 г., представлена на рис. 30.23. Главными особенностями этого моста являются: балка жесткости из коробчатых элементов цельноперевозимого поперечного сечения и ортотропной плиты (см. рис. 30,13, г), новая конструкция вант согласно рис. 30.11, в из раздельных закрытых стальных канатов диаметром 71,5 мм, консольное крепление вант к балке жесткости. Пилон металлический, А-образной схемы, конструкция ног — согласно рис. 30,17, б. Опирание вант на пилон — согласно рис. 30.18, a, Macca металлических конструкций вантовой части моста длиной 452,5 м — 7183 т (включая пилон), в том числе стальных канатов — 538 т.
Конструкции висячих и вантовых мостов

Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent