ВВЕДЕНИЕ
Мосты
представляют собой весьма ответственные
сооружения нижнего строения железнодорожного
пути и по своим конструктивным особенностям,
способам работ при возведении опор,
устройстве пролётных строений, применяемому
оборудованию и средствам механизации
относятся к особой области строительного
дела - мостостроению, изучение которого
выходит за рамки настоящего курса.
Однако на железных дорогах наряду с крупными,
уникальными мостовыми сооружениями используются,
и притом в преобладающем числе, различные
сборные или частично сборные мосты, являющиеся
объектами массового применения и индустриального
строительного производства. Особенно
широкое распространение получили сборные
железобетонные мосты. Конструкции
таких мостов готовят на промышленных
предприятиях, а непосредственно на строительной
площадке выполняют в основном монтажные
работы с объединением сборных конструкций
в единое сооружение.
Оборудование
стройплощадки при строительстве
сборных железобетонные мостов не отличается
в основном от того, которое было
рассмотрено применительно к
водопропускным трубам. Дополнительно
изучают лишь условия работы сваебойного
оборудования (при строительстве
свайных мостов) и монтажных кранов
для установки пролетных строений.
Планировку
стройплощадки, необходимую для
обеспечения нормальной работы кранов
и транспортных средств, нередко
заменяют отсыпкой на поверхность строительных
площадок разрыхленной скальной породы
или крупнообломочных грунтов слоем
толщиной не менее 0,5м. В районах
распространения вечной мерзлоты это
способствует предотвращению повреждений
мохорастительного покрова.
Рис.
1. Сборные железобетонные мосты:
1-сваи
(стойки); 2-насадка устоя; 3- шкафной
блок; 4 - пролетное строение; 5 - переходный
подферменник; 6 - насадка промежуточной
опоры; 7 - фундаментный стакан; 8 - фундаментная
Конструкции
сборных мостов обычно доставляют по
железной дороге до ближайшего к мосту
раздельного пункта, а затем перевозят
автотранспортом и складируют возможно
ближе к местам установки. Пролетные строения
стремятся устанавливать с транспортных
средств.
Разметочными
и контрольными измерениями, выполняемыми
от геодезической разбивочной основы
моста, переносят на площадку проектные
расстояния между опорными точками, координаты
и основные отметки конструктивных элементов
моста.
Конструкция
Как правило,
мосты состоят из пролётных строений
и опор. Пролётные строения служат
для восприятия нагрузок и передачи
их опорам; на них может располагаться
проезжая часть, пешеходный переход, трубопровод.
Опоры переносят нагрузки с пролётных
строений на основание моста.
Пролётные
строения состоят из несущих конструкций: балок, ферм,
диафрагм (поперечных балок) и собственно
плиты проезжей части. Статическая схема
пролётных строений может быть арочной,
балочной, рамной, вантовой или комбинированной;
она определяет тип моста по конструкции.
Обычно пролётные строения прямолинейны,
однако в случае необходимости (например,
при постройке эстакад
и дорожных развязок) им придают сложную
форму: спиралеобразную, кольцевую,
и т. д.
Формы
опор могут быть весьма разнообразными.
Промежуточные опоры называются быками,
береговые — устоями. Устои служат для
соединения моста с подходными насыпями.
Материалами
для мостов служат металл
(сталь и алюминиевые сплавы), железобетон, бетон, природный камень, дерево,
верёвки.
Классификация
По
области применения
По области
применения мосты делятся на
- Железнодорожные
- Автомобильные
- Метромосты
- Пешеходные
- Комбинированные
(например, автомобильно-железнодорожные).
- Водные путепроводы
Выделяют
также трубопроводные мосты, акведуки
(используются для транспортировки воды)
и виадуки (мосты через овраги
или ущелья; соединяют точки, равные по
высоте).
По
конструкции
По конструкции
мосты делятся на балочные, распорные
и комбинированные.
- Балочные — самый простой вид
мостов. Предназначены для перекрытия
небольших пролётов. Пролётные строения —
балки, перекрывающие расстояние между
опорами. Основная отличительная особенность
балочной системы состоит в том, что с
пролётных строений на опоры передаются
только вертикальные нагрузки, а горизонтальные
отсутствуют. Балочные мосты разделяют
на следующие типы:
- Разрезная
система — состоит из ряда балок, причём
одна балка перекрывает один пролёт. Система
статически определима и может применяться
при любых типах грунтов. Недостатки: большое
количество деформационных швов и обязательное
наличие двух опорных частей на каждой
промежуточной опоре.
- Неразрезная
система — одна балка пролётного строения
перекрывает несколько пролётов или сразу
все. Таким образом, пролётное строение
неразрезной системы рассчитывается как
многоопорная статически неопределимая
балка с использованием метода сил, метода
перемещений или других методов расчёта
статически неопределимых систем, применяемых
в строительной механике. Неразрезная
система хороша меньшим, чем в разрезной,
количеством деформационных швов и меньшей
строительной высотой. Недостаток такой
системы — чувствительность к грунтам.
- Консольная
система — состоит из двух типов балок.
Одни балки опираются на две опоры и имеют
консольные свесы. Другие балки называются
подвесными, поскольку опираются на соседние
балки. Соединение балок осуществляется
при помощи шарниров. Достоинством консольной
системы является её статическая определимость,
а следовательно, лёгкость расчёта и нечувствительность
к грунтам. К недостаткам системы можно
отнести большое количество и сложность
устройства деформационных швов шарнирного
типа, а также нарушение комфортности
проезда в зоне шарниров. В настоящее время
мосты такой системы сооружаются редко.
- Температурно-неразрезная
система — состоит из двухопорных балок,
объединённых в цепь с помощью верхней
соединительной плиты. Под действием вертикальных
нагрузок такая система работает как разрезная,
а под действием горизонтальных — как
неразрезная. Её достоинством является
меньшее количество деформационных швов,
а недостатком — обязательное наличие
двух опорных частей на каждой промежуточной
опоре.
- Распорные
системы отличаются от балочных тем,
что, нагрузки, передаваемые с пролётных
строений на опоры, имеют не только вертикальную,
но и горизонтальную составляющую, называемую
в строительной механике распором. Выделяют
несколько разновидностей распорных систем,
довольно сильно отличающихся друг от
друга:
- Рамная
система — состоит из рам, стойки которых
выполняют роль опор, а ригели — роль пролётных
строений. По форме рамы могут быть Т-образными,
П-образными, а также иметь две наклонные
стойки и консольные свесы (специального
названия не имеют). Достоинствами рамной
системы являются небольшая строительная
высота и увеличенное по сравнению с балочными
системами подмостовое пространство.
Всё это делает рамные конструкции удобными
для путепроводов и эстакад. Также данная
система может быть применена в горных
условиях из-за того, что там в силу особенностей
рельефа нельзя понизить уровень проезда.
Недостатками рамной системы являются
сложность строительства и чувствительность
к грунтам. Такие системы в настоящее время
малоприменимы из-за дороговизны и специфичности.
- Висячие — мост, в котором основная
несущая конструкция выполнена из гибких
элементов (канатов, цепей и др.), работающих
на растяжение, а проезжая часть подвешена.
Этот вид представляют все крупнейшие
по длине и высоте пролёта мосты мира.
- Вантовые — разновидность висячих
мостов: роль основной несущей конструкции
выполняет вантовая ферма, выполненная
из прямолинейных стальных канатов.
Ванты прикреплены к пилонам — высоким
стойкам, монтируемым непосредственно
на опорах. Пилоны в основном располагаются
вертикально, но не исключено и наклонное
их расположение. К вантам крепится балка
жёсткости, на которой располагается мостовое
полотно. Ванты располагаются под углом
наклона к горизонтали не менее 30 градусов,
так как в противных случаях в них возникают
большие усилия, и жёсткость сильно уменьшается.
Балку жёсткости лучше выполнять коробчатого
сечения, поскольку это улучшает её работу
на кручение от временных нагрузок и от
действия ветра. Наиболее часто вантовая
система применяется при перекрытии глубоких
рек и в городских условиях.
- Арочные — основными несущими
конструкциями являются арки
или своды. Арка — криволинейный
брус, у которого поперечный размер меньше
высоты. Свод — криволинейный брус,
у которого ширина сечения значительно
больше высоты. Арочные мосты могут быть
с ездой поверху, понизу и посередине.
Опоры арочных мостов всегда массивные,
поскольку должны быть рассчитаны и на
восприятие распора. При больших пролётах
арки всегда экономичнее балочных конструкций,
но только в отношении пролётных строений.
Из-за большого развития опор в поперечном
сечении мост арочной системы дешевле
балочного только при высоте опор до 2 м.
Арочные мосты характерны для горных условий,
поскольку позволяют перекрыть больший
пролёт, чем балки, а в условиях горного
рельефа сооружение дополнительных опор
не оправдано. Также специфическая область
применения арочных мостов обусловлена
тем, что они требуют большого подмостового
пространства, особенно с ездой поверху,
что приводит к удорожанию и усложнению
строительства насыпей подходов, которые
могут достигать высоты 20 м; возрастает
вероятность оползней на таких насыпях
в начальный период их эксплуатации. Часто
арочные мосты строят в городских условиях
из соображений красоты.
-
- Понтонные,
или наплавные — временные мосты на
плавучих опорах.
Особенности
архитектуры железобетонных
мостов.
С начала
30-х годов в мостостроении начинает
широко применяться железобетон. Поиски
конструктивной схемы железобетонных
мостов связаны с именами Р.Майара
и Ф.Леонгарда. Швейцарский инженер Роберт
Майар разработал новую конструкцию железобетонных
мостов, представляющих собой комбинацию
жесткой балки и гибкой подпружной арки;
а также работал над совершенствованием
трехшарнирной арочной конструкции. Форма
мостов Р. Майара продиктована исключительно
конструктивными соображениями, однако
современники видели в них воплощение
новых художественных идей. Заслуга Р.
Майара состоит еще в том, что он один из
первых понял возможности железобетона
как строительного материала, позволяющего
исключить разделение элементов конструкции
на несущие и несомые. Его мосты представляют
собой пространственную систему, работающую
как одно целое. В данном случае осознание
возможностей строительного материала
позволило создать сооружения, обладающие
совершенно новой по тому времени пластической
выразительностью, и дало толчок к совершенствованию
конструкций железобетонных мостов (рис.
37). Таким образом, можно считать, что в
творчестве Р.Майара проявляется основная
тенденция функционализма, которая состоит
в совпадении результатов влияния конструктивного
и эстетического факторов формообразовательного
процесса.
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 (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.