 |
Железобетонные мосты. Основные системы железобетонных мостов
|
|
|
|
МОСТЫ И ТРУБЫ
Основные положения проектирования мостов и труб
Последовательность разработки проекта:
1. Выдается на проект техническое задание (выдается проектной
организацией, в задании указываются основные параметры).
Требования: категория дороги, количество путей, нагрузка.
2. Техническое предложение (обоснование инвестиций). Здесь
обосновывается целесообразность и техническая возможность
строительства.
3. Проектирование:
1 этап: Эскизный проект (вариантное проектирование):
рассматривается несколько вариантов конструкций. На стадии
эскизного проекта определяется наиболее экономически выгодная и
технически целесообразная схема моста. В зависимости от вида моста
разрабатывается несколько вариантов и в результате их сравнения
выбирается оптимальный вариант для дальнейшей разработки.
При проектировании решаются вопросы: величины пролетов,
материал и статическая схема пролетов, выбор типа опор и
фундамента. При этом учитываются сроки строительства, условия
изготовления и монтажа, архитектурные и другие требования.
Сравнение по технико-экономическим показателям: стоимость
общая и строительная, расход основных строительных материалов,
уровень сборности (объем сборных конструкций к общему),
трудоемкость строительства, продолжительность строительства,
условия эксплуатации, архитектурные требования.
2 этап. Технический проект. На стадии технического проекта
делается полный расчет конструкций моста, разрабатывается проект
организации строительства (ПОС), составляются сметы.
Требования: разработка конструкций и элементов моста (рабочие
чертежи), разработка ПОС, смета на строительство ИССО.
3 этап. Рабочий проект: 1)рабочие чертежи; 2)ППР (проект
производства работ). Разрабатывается строительной организацией.
Требования: разработка ППР, разработка рабочих чертежей на
строительство.
Для технически несложных объектов 2 и 3 этапы объединяются в
технико-рабочий проект. Если объект мелкий (труба) –
проектирование в одну стадию: привязка типового объекта.
Унифицированные элементы – т.е. кратные типовому модулю
|
|
|
Железобетонные мосты. Основные системы железобетонных мостов
Железобетонные мосты – капитальные сооружения, обладающие при правильном проектировании и качественном выполнении строительных работ большой стойкостью против атмосферных воздействий и не требующие периодической окраски, как стальные мосты. Расходы по содержанию железобетонных мостов меньше, чем стальных мостов. Особое преимущество железобетонных мостов – значительно меньший расход металла по сравнению со стальными мостами.
К недостаткам железобетонных мостов относятся большой собственный вес, повышенная трудоемкость изготовления, значительная стоимость мостов больших пролетов и наличие большого числа дефектов. Для снижения собственного веса и снижения стоимости мостов больших пролетов
применяются высокопрочный бетон, предварительно напрягаемая арматура, на участках с небольшими усилиями - легкий бетон (бетон с легкими заполнителями). Для снижения дефектности бетона необходимы повышение культуры проектирования и строительства железобетонных мостов. В части проектирования это – максимальный учет при расчете реальных нагрузок и воздействий во время эксплуатации, применение математически более точных схем расчетов, учет реальных физических свойств работы материалов. Повышение культуры строительства предполагает, прежде всего, неукоснительное выполнение требований нормативно-технических документов, контроль качества работ и материалов, применение современных технологий строительства и надежного нового оборудования.
|
|
|
Системы и конструкции железобетонных мостов весьма разнообразны. Основными являются балочные, рамные, арочные, комбинированные системы, имеющие, в свою очередь, много разновидностей. Так, например, к балочным мостам относятся мосты с простыми, неразрезными и консольными балками; рамные мосты могут быть рамно-неразрезной, рамно-консольной, рамно-подвесной систем. Железобетон применяют в конструкциях сквозных ферм, а также в висячих и вантовых мостах.
По напряженному состоянию, создаваемому при сооружении моста в его элементах, железобетонные мосты можно разделить на предварительно напряженные и без предварительного напряжения.
По способу сооружения различают монолитные железобетонные конструкции мостов, бетонируемые на месте, и сборные, собираемые из элементов, изготовляемых на специальных заводах и полигонах. Применяют также сочетание сборного и монолитного железобетона.
Несущими элементами пролетного строения служат балки, плиты, фермы. Наибольшее распространение нашли балочные пролетные строения. Они состоят из поперечно и продольно-члененых балок различной конфигурации: ребристых, прямоугольных, коробчатых. Ребристые балки Т-образного сечения имеют наибольшее применение. Они состоят из ребра (вертикальной стенки и горизонтальной плиты. Они бывают как диафрагменные так и без диафрагменные.
3. Балочные железобетонные мосты. Конструктивные требования к пролетным строениям Наибольшее распространение получили балочные мосты с использованием разрезных, неразрезных и консольных систем. Балочные разрезные мосты (рис. 99, а) используют для перекрытия пролетов до 42 м. Неразрезные балочные мосты (рис. 99, 6) применяют при пролетах от 33 до 147 м. Неразрезная система характеризуется большей жесткостью и меньшей деформативностью пролетного строения от временных нагрузок. Однако применение неразрезной системы возможно при отсутствии осадки опор. Осадка опор в балочных неразрезных пролетных строениях может вызвать появление значительных дополнительных усилий и служить причиной разрушения моста. В настоящее время строители обеспечивают исключение осадки опор, что открыло широкие возможности для применения неразрезных пролетных строений при различных грунтовых условиях.
|
|
|
В консольных системах (рис. 99, в) подвесные пролетные строения пролетом 1 1опираются на консоли с вылетом l 2 основных пролетных строений. По распределению усилий консольные системы близки к неразрезным, однако имеют меньшую жесткость и под нагрузкой дают переломы упругой линии в местах сопряжения подвесных пролетных строений с консолями. Вследствие статической определимости консольной системы осадки опор не вызывают в пролетных строениях дополнительных усилии. Тем не менее мосты с использованием консольных систем в настоящее время не применяют в связи со сложностью узлов соединения подвесных и основных пролетных строений.
Опоры неразрезных и консольных мостов вследствие размещения на них по одной опорной части и центрального их загружения имеют меньшую ширину, чем опоры разрезных мостов.
При проектировании пролетного строения необходимо принимать во внимание ряд требований, предъявляемых к его конструкции.
Прежде всего следует обеспечить надежность в эксплуатации и долговечность пролетного строения. При этом большую роль играют технологические факторы – состав бетона, режимы твердения, качество укладки и уплотнения бетона. От этих факторов зависят плотность и морозостойкость бетона, величина деформаций усадки и ползучести, а в итоге способность конструкции противостоять атмосферным воздействиям и ее трещиностойкость. При проектировании формы пролетного строения нужно, чтобы при работе конструкции под нагрузками, при резких изменениях температуры и воздействии усадки бетона не возникали чрезмерно большие местные и другие напряжения, точный учет которых в расчете конструкции затруднителен и которые могут вызвать появление непредусмотренных трещин в бетоне. В стыках монтажных элементов часто возникают трещины и другие расстройства, поэтому надо уменьшать число стыков, применять проверенные экспериментами и опытом эксплуатации конструкции стыков.
|
|
|
Необходимо обеспечить удобную перевозку монтажных элементов пролетного строения и их установку на место кранами. Способ перевозки блоков по железной или автомобильной дороге и сборки должен быть выбран перед проектированием. Если перевозку осуществляют по железной дороге, то прежде всего необходимо правильно назначить габаритные размеры блоков.
Ширина нормального габарита подвижного состава на железных дорогах составляет 325 см. Эту ширину и следует считать предельной для блоков длиной до 14 м. При проектировании блоков большей длины необходимо учитывать смещение оси блока относительно оси пути при проходе по кривым, вследствие чего предельная ширина блока должна быть уменьшена. Так, для блока длиной 34 м. предельная ширина составляет около 270 см. Перевозка блоков в качестве негабаритных грузов может быть допущена только как исключение.
Предельная высота блоков при наибольшей ширине составляет 220–240 см. При меньшей ширине высоту блоков можно увеличить, но не более чем до 340–350 см.
При перевозке по автомобильной дороге предельная ширина блоков обычно составляет 250 см, а высота 350 см.
Перевозка блоков длиной более 15 м. требует применения специальных устройств или приспособлений. Известны примеры перевозки по железным и автомобильным дорогам элементов длиной до 45 м.
Наибольший вес блоков ограничивается грузоподъемностью монтажных кранов и транспортных средств. Специальные монтажные краны обеспечивают установку на опоры блоков весом до 120–125 т. при длине до 34 м. под железную дорогу и до 45 м. под автомобильную дорогу. Максимальный вес блоков зависит также от наличия и состояния дорог в районе строительства. Имеются примеры перевозки по грунтовым дорогам в горной местности блоков пролетных строений длиной до 30 м. и весом до 50 т. на специальных трейлерах. Однако в некоторых случаях максимальная масса блока ограничивается 10–15 т. условиями перевозки и монтажа.
Вес монтажных блоков можно снизить несколькими способами: применением бетона высокой марки, что уменьшает необходимую площадь поперечного сечения элементов; предварительным напряжением конструкций, позволяющим рационально использовать арматуру и бетон высокой прочности и понизить главные растягивающие напряжения, что уменьшает толщину стенки; членением конструкции пролетного строения на отдельные элементы. Эти меры позволяют также выполнить требования, касающиеся габаритности блоков при перевозке.
Из условий заводского производства форма монтажных блоков должна допускать возможность изготовления их на поточных линиях в металлической опалубке с применением современных способов укладки бетона и механизации работ на всех этапах изготовления.
|
|
|
4. Рамные, арочные и комбинированные железобетонные мосты
Простейшие рамные системы мостов (рис. 99, г) применяют при пролетах 30... 60 м. Ввиду совместной работы пролетных строений с опорами изгибающие моменты в пролетных строениях уменьшаются. Это позволяет уменьшить строительную высоту пролетных строений. Весьма широкое распространение получают рамные мосты с наклонными стойками (рис. 99, д).
Рис. 99. Виды балочных (а—в) и рамных (г, д) мостов
При прочных грунтах в основании опор возможно применение мостов арочных систем (рис. 101, а). Арками железобетонных мостов перекрывались пролеты от 50 до 390 м. Опоры этих мостов воспринимают значительные горизонтальные составляющие реакций, что требует развития фундаментов. Сами арки работают преимущественно на сжатие, прочность железобетона в них используется весьма эффективно.
В последние десятилетия в железобетонных мостах находят применение вантовые системы (рис. 101, 6). Они имеют неразрезные железобетонные балки жесткости, поддерживаемые наклонными вантами, закрепленными на вершинах вертикальных пилонов. Ванты работают только на растяжение, они создают упругие опоры для балки жесткости, что облегчает ее работу. Пилоны работают в основном на сжатие. Пролеты мостов такой системы с железобетонными балками жесткости в настоящее время превысили 400 м.
Комбинированные системы характеризуются совместной работой простых систем.
Примером такой конструкции, в частности, может служить сочетание балки с гибкой аркой. В таких системах достигается благоприятное распределение усилий, что позволяет перекрывать большие пролеты, обеспечивая высокие экономические показатели. В настоящее время величина пролета в таких системах (имеется в виду сочетание балки с растянутым вантом) достигает 282 м (наибольший пролет в мире). Комбинированные системы появились недавно и используются исключительно для автодорожных и городских мостов.
5. Конструкции железобетонных пролетных строений
В сталежелезобетонных пролетных строениях мостов предусматривается рациональное использование железобетона в сочетании с металлич. конструкцией (напр., включение железобетонной плиты проезжей части в совместную работу с металлич. главными балками). Стр-во бетонных и каменных пролетных строениях мостов из-за высокой стоимости и большой трудоемкости почти полностью прекращено. Деревянные конструкции применяются при постройке временных мостов и для постоянных мостов на автомобильных дорогах IV, V и, как исключение, III категории, а также на ж. д. III категории (см. Деревянный мост).
В балочных пролетных строениях мостов основные несущие конструкции — балки со сплошной вертикальной стенкой или балочные решетчатые фермы. При такой статич. схеме давление от собств. веса и подвижной нагрузки передается на опоры вертикально. Наибольшая длина построенных в СССР разрезных балочных П. с. м. из железобетона 70 м> из металла 158,4 м. Неразрезные и консольные балочные конструкции позволяют перекрывать значительно большие пролеты. Напр., неразрезное железобетонное сквозное П. с. м. через Волгу у Саратова имеет пролеты по 166 м, металлич. консольные пролетные строения Квебекского моста в Канаде — 549 м.
Арочные распорные П. с. м., выполняемые в виде арок, сводов или арочных ферм, отличаются легкостью конструкций и архитектурными достоинствами. Однако они передают на опоры не только вертикальное, но и горизонтальное давление (распор) и поэтому требуют возведения более массивных опор и наличия высокопрочных пород в основании. Крупнейшее в мире арочное П. с. м. из монолитного железобетона пролетом 228 м под ж.-д. и автомобильную нагрузки сооружено на мосту через р. Старый Днепр. Из сборного железобетона возведены арочные пролетные строения пролетом 305 м автодорожного моста через р. Па- раматта в Австралии, 150 м ж.-д. моста через Оку у Горького и городского моста через Енисей у Красноярска. Арочные безраспорные П. с. м. конструируются в виде арки с затяжкой, воспринимающей распор для пролетов 40—100 м, и выполняются гл. обр. из железобетона с предварительно напряженной затяжкой. Арочно-консольное пролетное строение моста — новая конструкция из сборного железобетона, в к-рой распор консольных полуарок двух смежных пролетов воспринимается расположенной поверху предварительно напряженной затяжкой. Мосты с такими пролетными строениями длиной 100—130 м построены на Московской кольцевой автодороге. В рамных и рамно-консольных системах П. с. м. в виде балок (ригелей) представляет единую конструкцию с опорами (колоннами или стойками). Применение их наиболее целесообразно для автодорожных мостов из сборного и предварительно напряженного железобетона. Величина пролетов, перекрываемых рамно-консольными конструкциями, достигает 140 ж.
Висячие пролетные строения мостов состоят из гибких элементов — стальных цепей или канатов, являющихся осн. несущей конструкцией, к к-рой подвешивается проезжая часть с балками или фермами жесткости (для уменьшения прогиба под нагрузкой). Анкерные опоры висячих мостов воспринимают наклонное усилие от несущих канатов, вертикальная составляющая к-рого направлена вверх, а горизонтальная — внутрь пролета. Висячие системы позволяют перекрывать большие пролеты (в США построены мосты с пролетами до 1298 м).
|
|
|
