Висячие и вантовые мосты
|
Висячие и вантовые мосты составляют обширную область мостостроения, причем к сталежелезобетонным относятся те из них, в которых конструкции проезда частично (плита проезжей части) или полностью (включая балки жесткости) выполнены из железобетона. К железобетонным следует относить те вантовые мосты, которые имеют не только железобетонную конструкцию проезда, но и обетонированные ванты — в виде железобетонных предварительно напряженных элементов. He рассматривая темы о висячих и вантовых сталежелезобетонных мостах в целом, остановимся только на некоторых специфических вопросах. Висячие и вантовые мосты являются самыми экономичными конструкциями для перекрытия пролетов свыше 200—300 м. Однако и в значительно меньших пролетах, легко перекрываемых обычными конструкциями, висячие и вантовые мосты могут оказаться рациональными благодаря преимущественному использованию в них высокопрочной стали, что зависит прежде всего от стоимости и степени дефицитности стальных канатов. Следует отметить еще, что висячие и вантовые системы целесообразны преимущественно в автодорожных и нешироких городских мостах. В широких городских мостах любые системы с ездой понизу невыгодны из-за большого расхода материалов на поперечные балки. В железнодорожных мостах висячие и вантовые системы почти не применяются из-за пониженной вертикальной жесткости. В последнее время наряду с обычной однокабельной висячей системой с вертикальными подвесками получают распространение различные висячие и вантовые системы повышенной жесткости, представленные на рис. 53, отличающиеся улучшенной аэродинамической устойчивостью и хорошими экономическими показателями. Для увеличения поперечной жесткости и устойчивости иногда применяют горизонтальные предварительно напряженные фермы из стальных канатов.  Висячие и вантовые внешне распорные мосты целесообразны при прочих равных условиях в больших пролетах, чем мосты с воспринятым распором. В однопролетных и трехпролетных внешне распорных висячих мостах с вертикальными подвесками применение полностью железобетонной конструкции проезда (с железобетонными балками жесткости) нецелесообразно, так как это существенно увеличивает постоянную нагрузку и расход стальных канатов, а полноценно использовать бетон не удается в связи с отсутствием в балке жесткости осевых усилий. Железобетонная плита в висячих мостах в отличие от балочных уместна, как правило, до пролетов порядка 200 м. При еще больших пролетах и в висячих мостах желателен переход на облегченную проезжую часть — со стальной ортотропной плитой, с применением легких сплавов и т. д. Тем не менее в зарубежных висячих мостах железобетонную плиту применяют и при значительно больших пролетах. В некоторых висячих системах балки жесткости получают S-образный вертикальный изгиб, поэтому в случаях объединения их с железобетонной плитой возникает задача обеспечения трещиностойкости железобетона в зонах действия отрицательных моментов. Можно расположить железобетонную плиту в уровне нейтральной оси балки жесткости и включить ее в совместную работу только с поперечными балками проезжей части. В мосту через р. Рейн около Кёльна с пролетами 94,5 + 378+ 94,5 м железобетонная плита расположена в уровне верхнего пояса балок жесткости и оперта на продольные балки проезжей части, этажно установленные на поперечные балки. Чтобы включить железобетонную плиту в совместную работу с верхними поясами балок жесткости и одновременно снизить в ней растягивающие напряжения, между балками жесткости и плитой устроили податливые на сдвиг связевые фермы раскосной системы (рис. 54).  В оригинальной висячей системе с наклонными подвесками (см. рис. 53, б), предложенной и разработанной советскими мостовиками, применение железобетона в конструкции проезда значительно эффективнее, чем при вертикальных подвесках. Дело в том, что увеличение постоянной нагрузки хотя и вызывает дополнительный расход канатов, но одновременно препятствует выключению из работы наклонных подвесок под действием временных нагрузок, а это приводит к существенному облегчению условий работы балок жесткости и общей экономии материалов. По сравнению с системой, имеющей вертикальные подвески, изгибающие моменты в балке жесткости уменьшаются до 10—15 раз, отрицательные изгибающие моменты пропадают почти полностью и, следовательно, снимается задача обеспечения трещиностойкости железобетона. В ПСК составлен ряд интересных (пока еще не осуществленных) проектов однопролетных, трехпролетных и многопролетных сталежелезобетонных висячих мостов с наклонными подвесками при различных степенях замены стали железобетоном. В этой системе длину панели между узлами балки жесткости назначают переменной, уменьшающейся от пилонов к середине пролета. Если некоторые наклонные подвески могут выключаться из работы, конструкцию рассчитывают как систему с переменной рабочей схемой. Ho и в этом случае она эффективнее системы с вертикальными подвесками. Для предотвращения или уменьшения выключения наклонных подвесок можно применить предварительное напряжение всей фермы горизонтальными силами, для чего следует выполнить нижний пояс из стальных канатов. Балку жесткости при этом подвешивают к вантовой ферме, что облегчает монтаж. Интересны данные, полученные для многопролетных висячих мостов с наклонными подвесками и дополнительным кабелем жесткости, соединяющим вершины пилонов, при пролетах 39,5 + 3х104 + 39,5 м, габарите Г7, временных вертикальных нагрузках Н18 и НК80 и различных степенях замены стали железобетоном. Сопоставляя вариант при полностью железобетонной конструкции проезда и изображенный на рис. 55 вариант при железобетонной плите и стальных балках жесткости, получили, что в первом варианте постоянная нагрузка больше на 25%, расход стали меньше примерно на 20% и объем железобетона больше на 30%. Строительная стоимость первого варианта оказалась несколько меньше, чем второго. Таким образом, большая степень замены стали железобетоном в висячих мостах с наклонными подвесками вполне рациональна. В конструкции проезда висячих и вантовых мостов с воспринятым распором возникают большие продольные сжимающие усилия, что благоприятствует применению в ней железобетона. Железобетон эффективно передает эти усилия, а предварительного напряжения для обеспечения трещиностойкости может и не потребоваться. Железобетонная плита проезжей части, объединенная с ростверком стальных балок (сталежелезобетонная балка жесткости), особенно целесообразна при применении двухцепной висячей системы, обеспечивающей отсутствие отрицательных изгибающих моментов в балке жесткости и заведомую гарантию от появления растягивающих напряжений в железобетонной плите. Висячий мост с воспринятым распором, со сталежелезобетонным ростверком в виде семи балок жесткости с плитой построен в 1957 г. через р. Кузнечиху в Архангельске (рис. 56 и 57 и табл. 4). Система моста однокабельная с вертикальными подвесками. Для висячей конструкции пролетами 63 + 124 + 63 м и для боковых пролетов по 55 м приняты балки одинаковой высоты. Кабели, подвески и пилоны размещены в серединах крайних промежутков между стальными балками. Кабели заанкерены на сплошных стальных диафрагмах, расположенных в этих промежутках. Для распределения сжимающего усилия на всю ширину железобетонной плиты и на все стальные балки использованы многорешетчатые связи по нижним поясам стальных балок, а также устроены на длине 16,5 м у каждого конца кабелей специальные многорешетчатые диафрагмы по верхним поясам стальных балок. Железобетонная плита объединена со стальными балками уголковыми упорами. Большой расход стали Объясняется прежде всего устройством стальных пилонов.  В последние годы успешно развиваются новые системы вантовых мостов с воспринятым распором и балкой жесткости, в частности, радиально-вантовая система (так называемый «пучок») и параллельно-вантовая система (так называемая «арфа») (см. рис. 53). Такие вантовые мосты применяют за рубежом как со стальной ортотропной проезжей частью, так и с железобетонной плитой проезжей части и стальными балками жесткости. В России развиваются вантовые мосты с железобетонными балками жесткости и железобетонной проезжей частью. По данным УкрПроектстальконструкции и Киевского филиала СДП, в трехпролетной схеме при железобетонных балках жесткости и при средних пролетах 80—160 м предпочтительно применять радиально-вантовую систему, требующую примерно на 10% меньше стали и бетона, чем параллельно-вантовая. Длина каждого крайнего пролета должна составлять от 0,40 до 0,45 среднего. При большей длине крайних пролетов изгибающие моменты в них намного больше, чем в среднем пролете, что затрудняет конструирование и увеличивает расход материалов. Возвышение пилона над верхом балок жесткости принимают от 1/5 до 1/8, а высоту сечения балок жесткости от 1/80 до 1/100 длины среднего пролета. При длине панелей до 15—18 м в балках жесткости на участках, обжатых вантами, не возникает растягивающих напряжений; соответственно их целесообразно армировать только обычной арматурой.  Радиально-вантовая система очень чувствительна к соотношению податливостей вант и балок жесткости. Излишняя жесткость балок ведет к резкому возрастанию воспринимаемых ими изгибающих моментов и соответственно к увеличению расхода материалов. Для наиболее длинных вант в расчетах следует учитывать дополнительную податливость, связанную с провисанием их под действием собственного веса. Даже при учете этого фактора и при тщательной предварительной вытяжке стальных канатов неизбежна регулировка длин вант в ходе монтажа (в связи с недостаточной определенностью модулей деформаций как стальных канатов, так и бетона). Основным способом монтажа является уравновешенная навесная сборка в обе стороны от каждого пилона. В балках жесткости на время монтажа полезно устраивать шарниры, замоноличиваемые после окончания монтажа и регулирования всего пролетного строения. Анкерные закрепления вант за балки жесткости не следует замоноличивать, чтобы не исключить возможности дальнейшего регулирования при эксплуатации (по мере проявления ползучести). В Киеве через гавань речного порта в 1963 г. построен по проекту УкрПСК радиально-вантовый мост с железобетонными балками жесткости, пролетами 66 + 144 + 66 м, шириной 1,5 + 7,0 + 1,5 м, под нагрузку Н13 или сплошное загружение всей ширины моста толпой интенсивностью 400 кГ/м2 (рис. 58). Киевский Союздорпроект разработал проект аналогичного моста пролетами 53,8 + 126,1 + 53,8 м (рис. 59 и табл. 4) под нагрузку Н30. По расходу стали пролетное строение находится на уровне наиболее эффективных железобетонных предварительно напряженных мостовых конструкций таких пролетов, бетона же требует в 1,5—2 раза меньше.  Балки жесткости приняты П-образного сечения с консольными выступами, на которые опираются блоки проезжей части. Последние объединяются с балками жесткости сваркой закладных деталей и арматурных выпусков, а также замоноличиванием швов. Поперечные швы между блоками проезжей части также замоноличиваются с устройством бетонных шпонок. Ванты прикреплены к диафрагмам внутри коробок балок жесткости. Вблизи мест прикрепления вант на плиту передаются значительные горизонтальные сдвигающие усилия. Антикоррозийная защита вант предусмотрена в виде полиэтиленовой пленки.  Вантовые и висячие сталежелезобетонные мосты следует признать одним из наиболее перспективных видов сталежелезобетонных конструкций. Основным условием для широкого распространения их в России является снижение стоимости и ликвидация дефицитности стальных канатов, а также улучшение их механических характеристик и антикоррозийной защиты. В области вантовых сталежелезобетонных мостов имеется широкое поле деятельности для разработки новых эффективных конструкций пролетных строений, являющихся сочетанием сжатого железобетона и открыто расположенных самостоятельно работающих высокопрочных стальных канатов, обжимающих железобетон. Некоторые экономичные схемы (рис. 60), относящиеся к этому направлению, предложены проф. К.Г. Протасовым. Недостатки этих схем состоят в сложности монтажа и в большой строительной высоте.  |
