Висячий мост конструкция и особенности строительства

Вантовые системы: устройство, достоинства, особенности и недостатки

Сколько разновидностей мостов в мире? Десятки! Арочные, консольные, разводные, ледовые, понтонные, отодвигаемые, затопляемые, подъемные, поворотные, висячие, балочные, столоподобные и многие другие. Но в этой статье мы поговорим с вами об эстетически выверенной и надежной вариации — с висячими вантовыми конструкциями покрытий, а также и о самих таких системах.

Вантовые и висячие системы

Висячие конструкции — это стальные сооружения, несущие составляющие которых направлены на растяжение. Они здесь следующие:

• стальные проволочные канаты;
• полосовая либо круглая сталь;
• мембраны (особые стальные листы);
• прокатного вида профили (для представления — жесткие металлические нити), способные не только на растяжение, но и на изгиб.

Вантовые конструкции, в отличие от предыдущих, в покрытии имеют не только растянутые нити, но и жесткие элементы. Последние работают как раз-таки на изгиб, на них возможно наложить ограждения, в т. ч. включающие в себя кровлю и настил.

И висячие, и вантовые системы способны перекрыть собой пролет расстоянием до 200 м. Однако средняя длина их на практике колеблется в пределах 50-150 м.

Достоинства конструкций

Перечислим достоинства висячих и вантовых конструкций:

• Создание благоприятной основы для видимости, акустики, освещения.
• Можно применять разнообразные конструктивные формы вантовых висячих конструкций, что ведет к многообразию вариаций архитектурных исполнений.
• Мосты данного вида способны перекрывать внушительной длины пролеты.
• При строительстве объекта нельзя не отметить хорошую транспортабельность применяющихся конструкций — гибкие ленты и канаты возможно свернуть в рулоны или бухты.
• Процесс возведения моста упрощается тем, что не нужно устанавливать помосты, строительные леса.
• При восприятии нагрузки в растянутой конструкции несущих работает целиком вся площадь сечения. При использовании в их производстве высокопрочной стали за счет этого качества можно существенно уменьшить расход данного металла.

Недостатки конструкций

Коснемся недостатков висячих и вантовых покрытий:

• Наблюдается повышенная степень деформации конструкции — особенно это характерно для висячих разновидностей, т. к. там для стабилизации нитей необходимо установить предварительное напряжение.
• Для восприятия распора растянутых несущих составляющих требуется устройство ряда опорных контуров.
• В некоторых случаях налицо трудности устройства системы водоотвода.

Особенности вантовых систем

Состав вантовых подвесных конструкций — это несущие прямолинейные растянутые канаты или тросы, а также жесткие составляющие — стойки, балки и проч. С учетом того, что ванты прямолинейны, они могут состоять из полосных профилей либо стержней. Важно отметить что угол наклона вант не должен доходить до 25-30 градусов.

Самая простая схема вантовых систем — это вантово-балочная. Для нее характерно, что ванты в одном или нескольких местах поддерживают балку жесткости. При этом сами они либо расходятся лучами из вершин пилонов, либо напоминают собой очертания арфы, когда идут параллельно друг другу.

Разновидности висячих систем

После вантовых систем посмотрим на разновидности висячих:

• Однопоясные. Выполняются над помещениями как круглой, так и прямоугольной формы. Восприятие распора металлических нитей обеспечивается пилонами, оттяжками, пристройками к зданию и проч. Характерно использование гибких нитей или арок в качестве промежуточных опор. Покрытие стабилизируется кровельными железобетонными панелями, замоноличиванием швов.
• Двухпоясные. Кроме несущих канатов, также имеют стабилизирующие, которые соединяются с несущими растяжками или распорками. Менее всего недостатки висячих систем обнаруживаются при использовании выпукло-вогнутой комбинированной схемы покрытия.
• Тросовые сетки (разновидность двухпоясных). Их непререкаемые плюсы — многообразие формообразования и архитектурные достоинства, достигаемые при квалифицированном проектировании.
• Мембранные покрытия. Это состоящие из листов или полос сплошные однослойные покрытия, которые раскроены и соединены таким образом, что образуют заранее запланированную поверхность двоякой или одинарной кривизны. Их выделяет на фоне других висячих конструкций выполнение ограждающей и несущей задачи. Но существенные недостатки мембранного покрытия — это малая огнестойкость в связи с большими поверхностями открытого металла, незащищенность от коррозии, вследствие чего минимальная толщина листа стали должна быть в пределах 4-5 мм при допустимых 1-2 мм. Мембраны могут быть цилиндрической, круговой, шатровой формы.

Перейдем конкретно к висячим и вантовым мостам.

Вантовый мост

Эта разновидность характеризуется особым видом несущих систем — вантовыми фермами, которых образуют растянутые гибкие стержни (ванты). Иногда встречаются комбинированные вариации, в которых нижние части данных ферм заменяются балками жесткости. Работа последних направлена на изгиб, а функция — поддерживать платформу проезжей части. Ванты здесь — высокопрочная проволока, сформированная в пучки, либо стальные канаты.

И вантовые фермы, и комбинированные системы в этой структуре поддерживаются пилонами. С мест подвешивания вант на пилоне горизонтальная составляющая их опорного давления передается на анкеры системой оттяжек. Если присутствует балка жесткости, то концы оттяжек закрепляются на ней, отчего система превращается во внешне безраспорную. Конструкция проезжей части прикрепляется уже к узлам вантовых ферм.

Первый вантовый мост в Советском Союзе построили в 1932 г. — через реку Магану (современная Грузия). Однако первый мост современной вантовой системы появился только в 1956 г. — это шведский Стомсунд. Пионерское вантовое ж/д сооружение было построено в 1979 г. в Белграде.

Первый вантовый мост на территории современной России — это Октябрьский через реку Шексну (Череповец). Его строительство закончилось в 1979 году. В РФ также находится и вантовое сооружение-рекордсмен. Это Русский мост во Владивостоке, перекрывающий пролив Босфор Восточный. Он выделяется самым длинным пролетом — 1104 м (общая длина при этом — 1886 м), который поддерживают два пилона.

Достоинства и недостатки вантового моста

Рассмотрим плюсы и минусы таких мостов. Для лучшего восприятия мы решили представить вам их в виде таблицы, расположенной ниже.

Достоинства	Недостатки
Легкие несущие конструкции	Пониженная жесткость — используются только в качестве городских или автомобильных мостов
Перекрывающая способность достаточно велика	В редких случаях можно использовать в роли ж/д моста — только при определенной конструкции балки жесткости
Расход материала минимален, к тому же не требуется закупка дорогостоящих конструкций
Возможно произвести навесной монтаж
Архитектурная эстетичность
В отличие от висячих более неподвижны

В заключение рассмотрим и висячие мосты.

Висячий мост

Висячий (иначе — подвесной) мост — сооружение, чья несущая основная конструкция — это гибкие элементы (канаты, цепи, кабели и др.), работающие на растяжении, а проезжая часть находится в подвешенном состоянии. Такие мосты — настоящая находка в случаях, когда требуется большое покрытие, а промежуточные опоры установить опасно или вовсе невозможно (например, на судоходной реке).

Несущие конструкции подвешиваются между построенными на обоих берегах пилонами. К этим тросам уже прикрепляются вертикальные балки, к которым непосредственно подвешивается дорожная часть основного пролета. Сосредоточенная нагрузка позволяет менять несущей конструкции свою форму, что уменьшает жесткость моста. Дабы этого не случалось, дорожное полотно усиливается продольными балками.

Первые висячие мосты строили еще древние египтяне, инки, другие народности Центральной и Южной Америки, Юго-Восточной Азии. Конструкции современного вида начали появляется в XVII-XVIII вв. в Испании, Франции, Великобритании, а позднее в США. В России первый висячий мост был построен в 1823 г. в парке Екатерингоф в Петербурге. Одним из самых известных на сегодня отечественных подвесных мостов можно назвать Крымский в Москве, построенный в 1938 г.

Достоинства и недостатки висячих мостов

Рассмотрим плюсы и минусы данных подвесных сооружений, которые представлены в таблице ниже.

Достоинства	Недостатки
Для строительства длинного основного пролета требуется сравнительно небольшой расход материала	Недостаточная жесткость — мост опасно эксплуатировать, например, при шторме
Небольшой собственный вес сооружения	Для надежности опор-пилонов требуется капитальный фундамент
Мосты данной конструкции можно построить высоко над водной гладью, что очень кстати для судоходных водоемов	При сильно неравномерной нагрузке полотно висячего моста имеет свойство прогибаться, что мешает его использованию в качестве ж/д
Нет необходимости в установке промежуточных опор
Под сильным действием стихии или сейсмическими нагрузками данные мосты могут изгибаться, не нанося никакого вреда конструкции в целом

Вот и все, что нам хотелось рассказать вам о вантах, вантовых конструкциях, мостах. Подвесные и вантовые покрытия — легкие в постройке, способные покрывать большие пролеты, гармонично смотрящиеся, предоставляющие простор для конструкторских решений. Однако у них также есть и свои недостатки, возводящие ограничения, например, для постройки определенного типа мостов.

Источник

Висячий мост — конструкция и особенности строительства

Висячим мостом называется такой мост, основная конструкция несущего типа которого выполняется из элементов гибкого типа. Такими элементами могут быть канаты, кабели, всевозможные цепи и другие подобные элементы. Данные элементы выполняют так называемые растягивающие работы. А часть моста, которая является проезжей, соответственно подвешена на данных гибких элементах.

Использование мостов висячего типа часто связано с невозможностью установить мост на опорные столбы. Это может представлять опасность, например, там, где прослеживается частое хождение судов. Так же популярность висячих мостов обуславливается тем, что саму часть, которая является проезжей, можно выполнить достаточно длинной.

Сам вид висячих мостов представляет собой довольно стильную конструкцию, которая выглядит монументально и достойно. Ярким примером висячего моста является самый красивый и знаменитый мост Америки, который носит гармоничное название «Золотые Ворота».

Конструкция и устройство висячего моста

Конструктивно висячий мост выглядит следующим образом. На специальные сооружения, или как их называют пилоны, которые расположены по берегам, подвешиваются тросы, которые представляют собой основные элементы для конструкции.

Уже к данным несущим тросам происходит подвешивания балок, которые имеют вертикальное положение. Данные части моста предназначены для крепления к ним полотна, которое становится проезжей частью моста. Тросы, которые являются основными, не прекращаются на пилонах, а продолжаются вплоть до самого берега, где укрепляются на уровне земли. Как правило, такое продолжение протяженности тросов обусловлено дополнительной фиксацией всей конструкции моста, а так же еще одними пролетами, которые расположены до начала пилонов.

Под действием сил тяжести висячий мост может изменять свои конструктивные качества, именно поэтому в настоящее время такие мосты стали укреплять посредством прокладывания по дорожному полотну дополнительных усиливающих элементов. Данное укрепление производится за счет уложенных продольно специальных балок и так называемых ферм, которые призваны для распределения нагрузки на мост. Таким образом, конструкция моста остается неподвижной, что гарантирует безопасность и ее устойчивость.

Характеристики и особенности строительства висячих мостов

К достоинствам висячих мостов можно отнести такие, как минимизация затрат материала даже при очень длинном пролете моста. Строительство данного типа мостов может производство достаточно высоко над уровнем водной поверхности, что дает свободный ход судам. Так же к большим преимуществам данного типа мостов перед другими можно отнести отсутствие опорных устройств в конструкции такого моста.

А это во первых дает экономию на материале. А во вторых позволяет избежать ситуаций с разрушением мостов при горных разломах, или положим при сильном течении реки. Поскольку конструкция данного моста имеет свойства упругости, это делает его более податливым таким явлениям как сильные порывы ветра или нагрузок сейсмического характера, что в свою очередь является защитным свойством, поскольку мост на опорах в данном случае пришлось бы значительно упрочнять.

Но у данного вида мостов имеются и некоторые недостатки. Так, например, к ним можно отнести то, что при сильных порывах ветра движение по мосту может быть приостановлено, поскольку мост может начать сильно качаться. Так же при сильном ветре опоры моста наиболее подвержены крутящему моменту, что в свою очередь обязывает к установке особо прочного фундамента, особенно в местах с нестабильным грунтом. Висячие мосты довольно редко используются в качестве железнодорожных мостов, поскольку для прочности конструкции, распределение нагрузок у данного типа мостов должно быть равномерным.

Источник

Воздушная архитектура: висячие мосты

технические науки

• Акимов Андрей Анатольевич , кандидат наук, доцент, доцент
• Абдуллина Руфина Игоревна , бакалавр, студент
• Стерлитамакский филиал Башкирский государственный университет

• Похожие материалы

  Висячий мост — мост, в котором основная несущая конструкция выполнена из гибких элементов (кабелей, канатов, цепей и др.), работающих на растяжение, а проезжая часть подвешена. Висячие мосты часто называют «подвесными», однако в специализированной литературе по архитектуре и строительству термин «подвесной мост» не используется. Висячие мосты находят наиболее удачное применение в случае большой длины моста, невозможности или опасности установки промежуточных опор (например, в судоходных местах). Основные несущие тросы (или цепи) подвешивают между установленными по берегам пилонами. К этим тросам (кабелям) крепят вертикальные подвески — крученые проволочные канаты или стальные тяжи, на которых подвешивается дорожное полотно основного пролёта моста (балка жесткости). Основные тросы продолжаются за пилонами и закрепляются на уровне земли в анкерных опорах. Продолжение тросов может использоваться для поддержки двух боковых пролетов. Под действием сосредоточенной нагрузки несущая конструкция может изменять свою форму, что уменьшает жёсткость моста. Для уменьшения прогибов, в современных висячих мостах дорожное полотно усиливают продольными балками или фермами, распределяющими нагрузку. Используются также конструкции, в которых дорожное полотно поддерживается системой прямолинейных канатов, закреплённых непосредственно на пилонах. Такие мосты называются вантовыми

  Из-за сложного состава в подвесного моста возникают две основные трудности: во-первых, оказывается аэродинамически мост весьма уязвим(под действием сильного ветра опоры подвергаются действию большого крутящего момента, поэтому для них требуется хороший фундамент, особенно при слабых грунтах), во-вторых, оказывается очень трудно описать поведение моста через простые математические модели.

  До 1810г. строились, как правило цепные мосты небольших пролетов. Они обладали значительным собственным весом и сравнительно небольшой грузоподьемностью. Основным несущим элементом таких мостов являлась цепь, составленная из колец или отдельных жестких элементов, соедененных болтами (шарнирами). Первый висячий мост был, который по своей конструктивной схеме был близок к современным висячим мостам, был построен в 1741г. в Англии через реку Тиз. Пролет этого моста составлял 21м.

  За последние 300 лет во многих странах странах было построено большое количество висячих мостов, конструкция которых постоянно совершенствовалась, а пролеты увеличивались. В основе архитектурного решения висячих покрытий лежат конструктивные принципы, созданные самой природой. Так, например несущая система паутины представляет собой не что иное, как пространственную вантовую конструкцию, микроструктура листьев растений – систему натянутых нитей, пронизывающих всю клеточную структуру. Иначе говоря, висячие конструкции сознательно или интуитивно заимствованы из живой природы. Глубокое изучение природных конструктивных форм позволит создать рациональные строительные конструкции на практике. Расмотрим 10 наиболее известных висячих мостов в истории.

  Висячий мост через пролив Менай в британской провинции Уэльс считают первым по-настоящему великим подвесным мостом в истории Европы. Он открылся в 1826 году. До этого в Старом Свете строили лишь простые цепные висячие переходы, эта же конструкция была для своего времени невероятно сложной и полезной в инфраструктурном плане. Основной пролет этого моста имеет длину 176 метров.

  Клифтонский подвесной мост через реку Эйвон в Бристоле является одним из самых известных сооружений города и всей Великобритании в целом. Это инженерное сооружение с висячим пролетом длиной 214 метров было сдано в эксплуатацию в 1864 году и быстро стало символом английской промышленной мощи. Интересен факт, что именно здесь 1 апреля 1979 года был совершен первый в мире банджи-прыжок.

  В течение несколько десятилетий два крупных города на берегах пролива Ист-Ривер, Нью-Йорк и Бруклин не имели никакого другого сообщения, кроме как лодочного. Инженеры и власти этих населенных пунктов долго спорили, что лучше и дешевле построить: мост или тоннель, пока не остановились на первом варианте. В 1870 году началось строительство Бруклинского моста, ставшего в 1883 самым длинным подвесным сооружением в мире (длина пролета – 486 метров). Сейчас это один из символов Нью-Йорка, не меньший, чем небоскреб Эмпайр-стейт-билдинг или статуя Свободы.

  Подвесной мост Амбассадор не зря имеет такое нарицательное имя (переводится с английского как «посол»). Ведь он соединяет не просто два берега реки Детройт, а два государства – Соединенные Штаты Америки и Канаду. Более того, через него проходит 25 процентов торговых перевозок между этими странами. Длина самого длинного пролета этого моста составляет 564 метра. Открыто данное сооружение в 1929 году.

  Золотые Ворота являются самым известным и красивым мостом в США, если даже не во всем мире. Это сооружение с длиной пролета 1280 метров было построено в 1937 году, став рекордсменом по данному параметру на целых двадцать семь лет. Интересно, что сейчас этот мост является самым популярным на планете местом для совершения самоубийств. Считается, что прыжок с него стал причиной смерти более 1200 человек.

  В России не так уж и много больших водных преград, ради преодоления которых можно было бы строить подвесные мосты. А потому самым известным подобным сооружением в стране является относительно небольшая конструкция, Крымский мост в Москве, открытый в 1938 году. Длина его висячего пролета составляет 168 метров.

  В 1973 году случилось историческое событие для всей Евразии – в Стамбуле был открыт первый мост через Босфор. Он наконец-то соединил европейский и азиатский берега этого пролива, о чем мечтали местные властители на протяжении последнего тысячелетия. Общая длина этого сооружения составляет 1560 метров, а подвесного пролета в нем – 1074. Пешеходам доступ на него полностью запрещен – власти Стамбула не хотят отнимать у Сан-Франциско титул «столицы самоубийц».

  В 1998 году между островами Хонсю и Авадзи был открыт мост Акаси-Кайкё, ставший самым длинным подобным подвесным сооружением в мире. И уже более пятнадцати лет он удерживает это почетное звание. Длина крупнейшего висячего пролета в нем составляет 1991 метр. Если растянуть все его стальные нити, то получится единый трос, способный опоясать Земной шар более семи раз.

  Длина самого крупного подвесного пролета моста Большой Бельт в Дании составляет 1624 метра. Это не самый большой показатель в мире (в этом его более чем на 300м опережает японский Акаси-Кайкё), зато рекордный в Европе. Открыто рекордное для Старого Света инженерное сооружение в 1998 году.

  У моста через реку Сыдухэ в китайской провинции Хубэй длина крупнейшего висячего пролета составляет и того меньше – «всего» 900 метров. Однако это сооружение является самым высоким подвесным мостом в мире. Высочайшая его точка над уровнем земли расположена на отметке 496 метров. Объект функционирует с 2009 года.

  Мало кто знает, что история висячих мостов, в сущности, представляет собой длинную вереницу катастроф. В истории техники нет другого примера, чтобы конструктивное решение завоевывало свое право на жизнь при столь противоречивых обстоятельствах и было оплачено столь дорогой ценой.

  В 1864 и 1889 гг. жертвами ветра стали два моста на Ниагаре. В США только за период с 1876 по 1888 г. рухнул 251 мост. Большинство из этих больших и маленьких мостов были висячими. Один из первых документированных примеров катастрофы датируется 1854 г., когда во время сильного ветра разрушился 336-метровый мост на р. Огайо близ Уилинга. “В течение нескольких минут, — писал один из очевидцев, — мы с тревогой наблюдали за мостом, который напоминал качку корабля во время шторма. Внезапно мост поднялся почти до высоты пилонов, потом резко опустился; огромная конструкция сильно изогнулась, почти перевернувшись, и с ужасным грохотом рухнула с головокружительной высоты в реку”.

  Динамическая устойчивость висячих мостов – их слабая сторона. Легкость гибкость, будучи их неоспоримым преимуществом, во время сильного ветра превращается в серьезный недостаток. Часто мост оказывается в роли качающейся и прыгающей корабельной палубы. Отсутствие жесткой конструкции и нужных килограммов превращает сооружение в игрушку для мощных порывов ветра. Стабилизация достигается с помощью балок жесткости, находящихся под путевым полотном, а чаще сами перила моста трансформируются в силовую конструкцию. Однако на протяжении десятилетий их роль была недостаточно ясна, и в тех случаях, когда они ставились, конструкторы делали это чисто интуитивно.

  Особенно трагическими событиями было отмечено английское мостостроение тех лет. За относительно короткое время последовал целый ряд катастроф с висячими мостами над Менайским проливом, на р. Ту-ид, у города Монтро и снова над Менайским проливом. Во Франции висячие мосты были надолго запрещены как опасные и прочные конструкции после трагического случая на р. Майенн близ Анже, когда под действием сильного ветра и маршировавших по путевому полотну войск внезапно обрушился мост такой конструкции и в результате катастрофы погибли 226 человек.

  В наше время, основное объяснение неустойчивости висячих мостов объясняется аэродинамическими силами, возникающими при взаимодействии ветра и моста. Эти силы действуют по-разному в соответствии с тем, насколько сильно мост выведен из состояния равновесия, в частности, насколько велик при кручении угол, и могут ли возникать самовозбуждение и отрицательные эффекты затухания.

  Список литературы

  1. A.M. Abdel-Ghaffar, Suspension bridge vibration: continuum formulation. J. Eng. Mech. 108, 1215–1232 (1982)
  2. D.M. Abrams, B. Eckhardt, A. McRobie, E. Ott, S.H. Strogatz, Crowd synchrony on the millennium bridge. Nat. Brief Commun. 438, 43–44 (2005)
  3. Воздушная архитектура: 10 самых выдающихся висячих мостов в мире [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.novate.ru/blogs/030114/25019/. – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 24.12.2016)

  Создание электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

  Электронное периодическое издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), свидетельство о регистрации СМИ — ЭЛ № ФС77-41429 от 23.07.2010 г.

  Соучредители СМИ: Долганов А.А., Майоров Е.В.

  Источник