Принципиальные положения и условия применения висячих и вантовых мостов
|
Висячими называют мосты, имеющие в основе конструкции провисающие нити, т. е. растянутые элементы, воспринимающие полезную поперечную нагрузку и имеющие очертание, соответствующее или близкое очертанию веревочной кривой от передающейся на нить поперечной нагрузки (рис. 30.1,а). Провисающую нить в современных висячих мостах осуществляют обычно в виде кабеля. В недавнем прошлом строили также висячие мосты с провисающей нитью в виде шарнирно-звеньевой или стержневой цепи. В трубопроводных висячих мостах небольшой ответственности трубу используют иногда в качестве жесткой провисающей нити. Вантовыми называют мосты, в основе конструкции которых ванты, т. е. гибкие растянутые стержни (рис. 30.1, б), не воспринимающие полезной поперечной нагрузки и соответственно почти прямолинейные (провисающие только от собственного веса). Для растянутых несущих элементов современных висячих и вантовых мостов (кабелей, вант и подвесок) используют высокопрочную оцинкованную проволоку (прочностью от 1200 до 1800 МПа) в следующих изделиях: витые стальные канаты, изготовляемые заводами метизной промышленности; канаты (пучки) из параллельных проволок, изготовляемые в нашей стране пока на припостроечных полигонах, а в некоторых зарубежных странах — на заводах; проволока в бухтах, используемая для прядения в пролете кабеля из параллельных проволок (только в зарубежных странах). В России для мостов применяются витые стальные канаты чаще всего спиральные закрытые, значительно реже — спиральные из круглых проволок и двойной свивки семипрядные. Они требуют обязательной предварительной вытяжки перед постановкой в конструкцию, но и после вытяжки их модуль упругости значительно ниже, чем канатов из параллельных проволок. Однако применение для кабелей, вант и подвесок исходных элементов высокой заводской готовности значительно уменьшает трудоемкость и сроки строительства висячих и вантовых мостов. Канаты из параллельных высокопрочных проволок имеют модуль деформаций 20х10в4 МПа и при организации изготовления их на индустриальной основе будут широко применяться в висячих и вантовых мостах. Таким образом, для кабелей и вант прочность материала в несколько раз больше (и площадь поперечного сечения соответственно меньше), а модуль упругости ниже, чем для элементов из обычной (низколегированной или малоуглеродистой) стали. Следовательно, жесткость висячих и вантовых мостов оказывается значительно ниже жесткости других мостовых конструкций. Жесткость дополнительно уменьшается для висячих схем, обладающих кинематическими перемещениями S-образного изгиба. Пониженная жесткость несколько ограничивает применение висячих и вантовых мостов, в частности, затрудняет использование их в качестве железнодорожных. Жесткость висячего или вантового моста должна анализироваться не только с позиций обеспечения нормальной эксплуатации (допустимости прогибов, углов перелома проезда и колебаний для полноценного выполнения мостом транспортных функций), но и с позиций надежности — исключения опасности резонанса под подвижными и ветровыми нагрузками и обеспечения аэродинамической устойчивости.  Толчком к развитию теории сопротивления висячих и вантовых мостов ветровым воздействиям послужила авария Такомского моста (США) пролетом 854 м в 1940 г.; в настоящее время теория эта разработана достаточно полно. По этой теории ширина висячего или вантового моста в большинстве случаев не должна быть меньше 1/50—1/40 большого пролета. При необходимости иметь меньшую ширину (например, в трубопроводных мостах) следует предусматривать раздельные горизонтальные растяжки на берега или предварительно-напряженную ветровую систему из двух кабелей, заанкеренных на берегах. Чтобы уменьшить давление ветра, балку жесткости следует в ряде случаев выполнять обтекаемой формы или сквозной из хорошо обтекаемых трубчатых элементов. Полезно также предусматривать сквозной настил или проемы между балками жесткости и проезжей частью. Для поперечных сечений висячих и вантовых мостов характерны три компоновки: две вертикальные главные (висячие или вантовые) фермы у краев проезжей части (рис. 30.2, а); две наклонные главные фермы, расходящиеся к краям проезжей части, (рис. 30.2, б); одна (одиночная или спаренная) вертикальная главная ферма над разделительной полосой проезжей части (при балке жесткости, хорошо сопротивляющейся кручению, рис. 30.2, в). Пилоны металлических висячих и вантовых мостов могут быть и стальными и железобетонными. Характерные принципиальные схемы пилонов приведены на рис. 30.2 П-образные и U-образные пилоны соответствуют устройству двух вертикальных ферм; А-образный пилон — двух наклонных или одной вертикальной фермы; одностоечный и λ-образный пилон — одной вертикальной фермы. Для опирания конструкций висячего или вантового моста на пилонную опору характерны четыре варианта: на опору опирается пилон, несущий балку жесткости; и пилон, и балка жесткости непосредственно опираются на опору; на опору опирается балка жесткости, несущая пилон, если предусмотрен монтаж продольной надвижкой с использованием вант и пилона в качестве шпренгеля; балка жесткости подвешена к пилону вантами и не имеет жесткого опирания на опору. Преобладание растянутых элементов в главных фермах и применение особо высокопрочной стали для кабелей и вант обусловливает уменьшение расхода стали в висячих и вантовых мостах по сравнению с другими конструкциями металлических мостов и возможность экономичного перекрытия самых больших пролетов — 1500 м и более для висячих мостов и примерно до 500 м для вантовых мостов. Одна из особенностей висячих и вантовых мостов состоит в том, что расход металла на 1 м или 1 м2 увеличивается с ростом пролета значительно медленнее, чем для других видов металлических мостов. Соответственно рациональность сооружения висячих и вантовых мостов увеличивается с ростом пролета. Однако применение висячих и вантовых мостов целесообразно не только в самых больших пролетах. Висячие мосты в горных и других труднодоступных районах в ряде случаев оказываются незаменимыми в связи с легкостью передачи кабеля с исходного берега на противоположный и возможностью использовать навешенный кабель для монтажа остальных конструкций моста. Висячие и вантовые мосты дают хорошее решение для перекрытия средних по величине пролетов без применения сварных балок значительной высоты с использованием только прокатных балок. Для трубопроводных мостов висячие и вантовые конструкции преобладают для всех пролетов, начиная с 40—60 м. Наконец, висячие и вантовые городские мосты довольно часто применяют, руководствуясь архитектурными требованиями. Диапазоны пролетов (м), определяющие целесообразность применения висячих и вантовых мостов различного назначения, сведены в табл. 30.1.  Наиболее характерно применение висячих и вантовых мостов все же для перекрытия больших пролетов, превышающих 140—180 м, в которых экономические и конструктивные преимущества перед применением балочных сплошностенчатых или решетчатых конструкций становятся очевидными. Потребность в большепролетных висячих и вантовых мостовых конструкциях возникает соответственно в связи с особыми условиями судоходства, при пересечениях морских проливов, глубоких ущелий, водохранилищ и устьев больших рек, при неустойчивых грунтах дна и большой глубине залегания материковых пород. |
