Схемы и компоновка висячих мостов
|
Висячие мосты применяют в основном распорной (висячей) системы (рис. 30.3,а, б, г—к). Висячие мосты внешне безраспорной (балочной) системы (рис. 30.3, в) в течение последних 25 лет практически, вытеснены более экономичными вантово-балочными мостами, появившимися сравнительно недавно. Схемы висячих мостов можно разделить на четыре главные группы: 1) простые комбинированные висячие мосты (рис. 30.3,а—в). Являются частным случаем простой комбинированной конструкции (см. гл. 28), составляют классическое решение висячей мостовой конструкции, отличаются наличием балки жесткости и вертикальных подвесок и отсутствием конструктивных мер против S-образного изгиба; 2) комбинированные висячие мосты повышенной жесткости (рис. 30.3, г—и). Отличаются наличием балки жесткости, принятием конструктивных мер против S-образного изгиба и большим разнообразием схем, некоторые из которых находят широкое и расширяющееся применение; 3) гибкие висячие мосты. Отличаются отсутствием балки жесткости (и жесткой провисающей нити). Являются геометрически изменяемыми конструкциями, на которых временные вертикальные нагрузки уравновешиваются в результате искажения геометрической схемы. Имеют ограниченное применение, главным образом, для пешеходных мостов, причем в двух вариантах: ленточном, в котором прохожая часть уложена непосредственно на кабели (рис. 30.3, к); с вертикальными подвесками, в которых прохожая часть подвешена к кабелям (рис. 30.3, л); если прохожая часть параллельна кабелям, они могут выполнять функции перил (рис. 30.3, м).  Известны отдельные случаи применения гибких висячих мостов (преимущественно временных) под автомобильные нагрузки как ленточных (с малой стрелкой), так и с вертикальными подвесками (при горизонтальной проезжей части); 4) мосты с жесткими провисающими нитями. Имеют ограниченное применение; в частности, в некоторых трубопроводных мостах, в которых функции жестких нитей выполняют продуктопроводные трубы (рис. 30.3, н). В некоторых случаях жесткая провисающая нить может усиливаться гибкой провисающей нитью (кабелем). Аэродинамическая устойчивость трубопроводных мостов с жесткими провисающими нитями, вопросы выносливости колеблющихся напорных труб в местах их перегиба и вопросы эксплуатации таких конструкций исследованы пока недостаточно. Возможны также автодорожные и пешеходные ленточные висячие мосты с жесткими провисающими нитями, в виде заанкеренных двутавров или плит. Простые комбинированные висячие мосты применяют чаще всего в однопролетной или симметричной трехпролетной схеме (рис. 30.3,а, б). Соотношение lб/l0 принимают 1/5—1/2. Боковые пролеты обычно подвешивают к кабелям, но если lб<l0/4, подвесок на боковых пролетах не делают и кабели над ними превращаются в ванты (оттяжки). Трехпролетные схемы с подвешиванием боковых пролетов к кабелям особенно характерны для весьма больших пролетов. Многопролетные схемы для висячих мостов не типичны. Многопролетный мост можно осуществить, объединив массивной анкерной опорой обычные трехпролетные висячие схемы (рис. 30.4, a). Ha каждый большой пролет в таком мосту приходится два малых, что редко целесообразно по условиям перехода. Перекрыть основную часть отверстия только большими пролетами можно, применив развитые промежуточные пилоны, воспринимающие односторонний распор (рис. 30.4, б) что, однако, резко увеличивает стоимость моста. Для пролетов менее 200 м целесообразен многопролетный висячий мост с дополнительными горизонтальными вантами, связывающими вершины пилонов (рис. 30.4, в). Рассмотрим компоновку однопролетных и трехпролетных простых комбинированных висячих мостов. Размещать узлы кабеля целесообразно по параболе, как веревочной кривой от равномерно распределенной нагрузки. Постоянная нагрузка в результате регулирования усилий при монтаже, как правило, полностью передается на кабель и не вызывает изгиба балки жесткости (кроме местного изгиба между подвесками). Стрелка f0 провеса кабеля в главном пролете целесообразна в пределах (1/8—1/12) l0, для боковых пролетов  Если желательны одинаковые сечения кабеля и оттяжек, должны быть одинаковы углы φ0 наклона к горизонту оттяжки и кабеля у пилона, причем φ0=4f0/l0. Выгодна более крутая оттяжка, наклоненная под углом 30—40° к горизонту, но это требует изменения сечения кабеля над пилоном. Угол наклона оттяжки может определяться и местными условиями,. Высота (м) простой сплошностенчатой или решетчатой балки жесткости целесообразна hж=l0/100+0,5, При принятии мер для улучшения обтекания балки жесткости ветром hж уменьшают на 15—20%, а при полностью обтекаемой коробчатой балке жесткости hж может быть от l0/250 до l0/300 (при l0 до 600 м). Невыгодным для балки жесткости является загружение временной нагрузкой 0,4—0,5 главного пролета. При этом наибольшие положительные изгибающие моменты и прогибы возникают вблизи четверти пролета (в сечении 0,2—0,23l), а вблизи противоположной четверти пролета возникают отрицательные изгибающие моменты и выгибы — происходит S-образный изгиб. Расстояние от верха балки жесткости до кабеля в середине пролета назначают h0= (0,05—0,1)l0, но не менее 2,5 м. Соответственно высоты пилона от низа балки жесткости  Размер вдоль моста сечения пилона у его основания следует принимать 1/25—1/35 высоты пилона. Рассмотрим далее схемы и компоновку комбинированных висячих мостов повышенной жесткости. Цель применения комбинированных висячих конструкций повышенной жесткости, в значительной степени освобожденных от S-образного изгиба, состоит в экономии стали в связи, с получением легкой балки жесткости и в существенном повышении аэродинамической устойчивости при одновременном уменьшении прогибов. Эти преимущества достигаются ценой некоторых усложнений конструкций и монтажных операций. Простейшая висячая схема повышенной жесткости (см. рис. 30.3, г) — с закреплением кабеля за балку жесткости в середине пролета, препятствующим горизонтальным смещениям кабеля относительно балки жесткости, неизбежным при S-образном изгибе. Высота пилонов уменьшается на h0 по сравнению с простой комбинированной висячей схемой. Недостаток конструкции — передача на балку жесткости значительной части распора при несимметричном загружении, что требует серьезного усиления горизонтальных закреплений балки жесткости на неподвижной опоре — вплоть до устройства так называемого третьего анкера. Широкое распространение в России и за рубежом получила за последние 15—20 лет висячая схема с наклонными подвесками, образующими вантовую решетку (рис. 30.3,д). Схема является разновидностью решетчатых комбинированных конструкций. Она была впервые предложена советским инженером Я.А. Осташевским в 1940 г. и исследована в нашей стране H.Н. Стрелецким и Э.Я. Слонимом. Применяются однопролетные, трехпролетные и иногда двухпролетные схемы. Высота h0 в схеме с наклонными подвесками назначается (1/40— 1/60)l0, т. е. существенно больше, чем при вертикальных подвесках. Балку жесткости при наклонных подвесках можно принимать существенно ниже, чем при вертикальных подвесках. Полностью обтекаемая коробчатая балка жесткости может быть высотой l0/300—l0/350 при пролетах порядка 1000 м. Недостаток схемы с наклонными подвесками — возможность выключения некоторых вант (подвесок) из работы под интенсивными временными нагрузками. При выключении некоторых вант из работы увеличиваются прогибы и изгибающие моменты в балке жесткости, однако они остаются все же существенно меньшими, чем при вертикальных подвесках. Регулированием усилий и варьированием геометрии решетки при проектировании часто удается обеспечить работу всех вант при самых невыгодных положениях временной нагрузки. Однако степень переменности усилий в вантах решетки остается высокой (даже под нормативными нагрузками), что приводит иногда к увеличению сечений вант из условий выносливости. Видоизменением схемы с наклонными подвесками является двухпоясная схема по рис. 30.3, е, отличающаяся наличием предварительно напряженного и заанкеренного на берегах нижнего кабеля, имеющего небольшую обратную стрелку. Балка жесткости подвешена к узлам нижнего кабеля или свободно оперта на поперечные балки, соединяющие эти узлы. Предварительное напряжение уменьшает переменность усилий в вантах решетки и увеличивает их стойкость против выключения из работы. Схемы по рис. 30.3, ж и з, в которых сочетаются вертикальные подвески и ванты жесткости, имеют в настоящее время исторический интерес, хотя и применяются при усилении простых комбинированных висячих мостов. Двухкабельная схема по рис. 30.3, и предложена в 30-х годах советским инженером С.А. Цаплиным. Схема эта обладает большой жесткостью и обеспечивает многократное уменьшение изгибающих моментов в балке жесткости по сравнению с простой комбинированной висячей схемой, поскольку каждый ее кабель близок к веревочной кривой при загружении половины пролета, что устраняет S-образный изгиб, но применение ее в связи со сложностью монтажа и увеличенным числом узлов в последнее время прекратилось. Таким образом, наибольший практический интерес представляют простая комбинированная висячая схема и схемы повышенной жесткости по рис. 30,3, г—е. Простая комбинированная висячая схема может применяться в полном диапазоне пролетов и в мостах всех назначений (см. табл. 30.1), однако при пролетах свыше 150—200 м в ряде случаев условия аэродинамической устойчивости и экономические соображения вынуждают отдавать предпочтение схемам повышенной жесткости. Схема с закреплением кабеля за балку жесткости может быть рациональна при пролетах 150—600 м, схема с наклонными подвесками — при пролетах 150—1500 м и более. Простая комбинированная висячая схема целесообразна в трубопроводных мостах при пролетах до 300, а иногда и до 500 м. Для трубопроводных мостов больших пролетов целесообразна схема с наклонными подвесками. |
