Лекція 9 Залізобетонних рамних, арочних і вантових мостів

9.1. Види рамних мостів, особливості їх конструкції і область застосування

У рамних мостах пролітні будови (ригелі) жорстко з’єднані з опорами (стійками). Над стійкою в ригелі виникає негативний момент, що згинає, що сприятливо для роботи ригеля в середині його прольоту. Ригель рамного моста у зв'язку з цим може мати меншу висоту, чим у балки нерозрізної пролітної будови з тим же прольотом.

Стійки рамних мостів працюють інтенсивніше, ніж опори в нерозрізних балочних мостах. Вони сприймають не тільки вертикальні зусилля, але і значні згинальні моменти. У зв'язку з цим потрібне їх відповідне армування.

Рамні мости зводять монолітними і збірними з ненапруженого і напруженого залізобетону.

Рис. 9.1. Види (а–з) рамних мостів малих прольотів

Рамні мости малих прольотів зводять зазвичай монолітними з ненапружуваного залізобетону. У мостах на автомобільних дорогах знайшли застосування наступні види рамних мостів малих прольотів (15...30 м):

• однопролітні двохшарнірні (рис. 9.1, а)

• однопролітні безшарнірні з жорсткими ребристими стійками-засадами (рис. 9.1, б), пазухи яких заповнюються грунтом для закладення їх у фундаменту;

• однопролітні консольно-рамні безшарнірні з гнучкими стійками (рис. 9.1, в) консолі в цій конструкції розвантажують центральний проліт і спрощують з’єднання моста з насипом;

• багатопролітні з жорстким або шарнірним кріпленням стійокдо фундаментів (рис. 9.1, же, з).

Для запобігання значним горизонтальним зусиллям від температурних деформацій в багатопролітних рамних мостах через 50...70 м влаштовують деформаційні шви із застосуванням підвісних пролітних будов між рамами завдовжки (0,3...0,5) прольоту (див. рис. 9.1, ж) або пристроєм опор, що зближують, між сусідніми пролітними будовами (див. рис. 9.1, з).

Опори монолітних рамних мостів мають стійки зазвичай під кожним ригелем (рис. 9.1, г). У монолітних рамних естакадах опори влаштовують з двома (рис. 9.1, д) або одній (рис. 9.1, е) стійками, щоб не захаращувати під ними простір.

Рамні мости середніх (60...80 м) і великих прольотів (до 300 м) можуть бути монолітними або збірними (рис. 9.2), зводять їх навісним бетонуванням або навісною збіркою. Зазвичай основою таких мостів служать Т-подібні рами з жорстким закладенням опори в основу. Вони дозволяють створити рамно-нерозрізні системи при жорсткому з'єднанні консолей (рис. 9.2, а) або рамно-консольні системи при шарнірному з'єднанні консолей, а також рамно-балочну систему при використанні підвісних прольотів (рис. 9.2, б).

Рамно-консольні мости з шарнірним з'єднанням консолей статично невизначні. На величину зусиль в перетинах їх стійок і ригелів Т-подібних рам роблять вплив осаду фундаментів стійкий, зміна температури середовища і усадка бетону.

Рамно-підвісна система статично визначена, оскільки підвісні прольоти шарнірно спираються на консолі Т-подібних рам.

Рис. 9.2. Види (а – г) рамних мостів середніх і великих прольотів

У перетинах цих рам не виникають додаткові зусилля від осідання опор, але в прольоті потрібна постановка деформаційних швів.

Особливості конструкцій рамних мостів середніх і великих прольотів. У рамних мостах, як і в балочних, тип поперечного перетину пролітної будови залежить від величини прольоту: при малих прольотах застосовуються спочатку плиткові перетини, потім у міру збільшення прольоту багаторебристі перетини, а при великих прольотах перетину з двома ребрами або коробчаті.

Конструкції рамних мостів середніх і великих прольотів можуть бути збірними і монолітними. Ригелі рамно-консольних і рамно-балочних мостів середніх прольотів можуть бути зібрані з окремих двотаврових балок, з’єднаних між собою в поперечному напрямі діафрагмами, і з монолітною проїжджою частиною. В області середніх прольотів їх слід виконувати з плитково-ребристим монолітним поперечним перетином. Ригелі рамних мостів великих прольотів виконують з коробчатим перетином.

Збірні ригелі рамно-консольних і рамно-підвісних мостів середніх прольотів виготовляють з натягненням на упори і армують прямолінійною або криволінійною арматурою, що розташовується відповідно до характеру напруженого їх стану у стадії експлуатації (рис. 9.4, а, б).

При значних прольотах, якщо ригелі виготовляють на заводі або майданчику, то для забезпечення транспортування ригеля до місця монтажу передбачають монтажну арматуру 2 (див. рис. 9.4, б), а робочу арматуру 1 натягують на бетон, відгортають вниз для сприйняття поперечних сил.

Якщо ригель рамного моста зводять методом навісного бетонування або навісної збірки, то його армують по верхньому поясу по ділянках збірки або бетонування (рис. 9.4, в). Арматура при цьому встановлюється і напружується в процесі урівноваженого монтажу або бетонування. Слід завжди віддавати перевагу навісному бетонуванню, яке забезпечує велику надійність роботи ригеля, завдяки наявній можливості об'єднувати блоки бетонування не тільки напружуваною, але і конструктивною арматурою.

У рамно-консольних і рамно-балочних мостах вся арматура консолей проходить по верхньому поясу, оскільки по всій довжині консолі виникає тільки негативний момент, що згинає. У рамно-нерозрізних мостах в середині прольоту ригеля потрібна постановка напружуваної арматури для сприйняття моменту, що згинає, виникає від другої частини власної ваги і тимчасового навантаження.

Рис. 9.6. Фасад (а) і поперечні перетини (б, в) сучасного рамного моста

Перетин опор рамних мостів великих прольотів частіше приймають коробчатого типу. На рис. 9.5 приведений вузол з’єднання такої опори з ригелем за допомогою напружуваної арматури, що розміщується в порожнині опори і замонолічуваною бетоном після її натягнення. Порожнини коробчатих опор заповнюють зазвичай бетоном низької міцності, а вище за рівень води – піском або гравієм для збільшення власної ваги опори.

9.2. Види арочних мостів, особливості їх конструкції і область застосування

У арочних мостах основними елементами, що несуть, є окремі арки або суцільні зведення. Їх кінці закріплені на опорах так, що вони не можуть переміщатися не тільки у вертикальному, але і горизонтальному напрямах. Це зумовлює виникнення горизонтальної складової в опорних реакціях – розпору – при дії вертикальних навантажень. При раціональному використанні розпору представляється можливим значно зменшити згинальні моменти, в перетинах арок і зведень і забезпечити роботу цих елементів в основному на стиску, що дозволяє ефективно використовувати бетон високої міцності. По арках або зведеннях влаштовуються надарочные або надсводные будови, які підтримують елементи проїзної частини, що несуть. Арочні мости мають істотні архітектурні переваги перед балочними і рамними, але їх конструкції складніші, а опори масивніші.

Арочні мости застосовують при прольотах більше 60 м. Найбільший сучасний залізобетонний арочний міст має проліт 390 м. Він побудований в Югославії в 1980 р. і входить до складу комплексу з двох арочних мостів (інший має проліт 250 м), які зв'язують материк, острів Святого Марка і найбільший Адріатичний о. Крк. До найбільших арочних залізобетонних мостів відносяться також міст з прольотом 305 м через р. Параматту (м. Сідней, Австралія), міст з прольотом 290 м через р. Парана на межі між Бразилією і Парагваєм.

У Україні найбільший проліт 228 м має двох'ярусний міст під суміщений рух через р. Старе Дніпро в м. Запоріжжя, який був побудований в 1948 р.

Види арочних залізобетонних мостів. Арочні залізобетонні мости розрізняються по статичних схемах, розташуванні рівня проїзду, по конструкції арочної частини і способам зведення.

По статичній схемі вони можуть бути безшарнірними, двух-и трьохшарнірними. У безшарнірних мостах (рис. 9.7, а, б) арки або зведення жорстко з’єдна ні з опорами і виявляються тричі статично невизначними. Внаслідок цього в них виникають додаткові зусилля від нерівномірних осідань опор, температурних коливань, від усадки і повзучості бетону. При великих прольотах у зв'язку із збільшенням відносної гнучкості вплив цих чинників знижується. Безшарнірні арки найбільш прості в конструктивному відношенні, володіють більшою жорсткістю в порівнянні з шарнірними мостами. Крім того, їх конструкція дозволяє затопляти п'яти високою водою, що дозволяє знизити арку і зменшити об'єм робіт по пристрою підходів. У двошарнірних арочних мостах арки шарнірно приєднані до опор. Вони одного разу статично невизначні і в меншій мірі схильні до виникнення додаткових зусиль, чим безшарнірні, але їх конструкція ускладнюється наявністю шарнірів.

Трьохшарнірні арочні мости мають третій шарнір в середині прольоту арки. Вони статично визначені, в них не виникають додаткові зусилля від осідань опор, коливань температури, повзучості і усадки бетону, тому їх можна застосовувати в умовах, коли існує небезпека тих, що просіли опор. Наявність трьох шарнірів дає можливість зведення мостів із збірних елементів, але ускладнює конструкцію і знижує її жорсткість.

Рис. 9.7. Види (а – в) арочних мостів по рівню проїзної частини:

1 – надарочні стійки; 2 – арка; 3 – проїзна частина; 4 – підвіски; 5 – жорстка арка; 6 – затяжка

По рівню розташування проїзду арочні мости можуть бути з їздою зверху, посередині і низом.

Арочні мости з їздою зверху (див. рис. 9.7, а) вигідно зводити через гірські річки і ущелини. Проїжджаючи частина в них підтримується стійками (або стінками), що спираються на арки (зведення). У мостах з їздою посередині (див. рис. 9.7, б) в середній частині прольоту проїжджаючи частина знаходиться нижчим за вісь арки, вона підтримується підвісками, у опор знаходиться вищим за вісь арки і підтримується стійками.

Над рівнинними річками будують мости з їздою низом (рис. 9.7, в). У них проїжджаючи частина підвішується до арок підвісками, що сприяє зменшенню будівельної висоти моста.

По способах зведення арочні мости можуть бути монолітними, збірними і збірно-монолітними.

По конструкції основних елементів, що несуть, арочні мости розрізняють:

• з суцільними зведеннями (при прольотах 60...80 м при їзді зверху);

• з роздільними арками (при прольотах до 400 м при їзді зверху, посередині і низом);

• з арочними дисками (при прольотах 60...120 м при їзді зверху).

Вибір кількості арок при компоновці пролітної будови. При проектуванні арочного моста з їздою зверху представляється можливим провести вибір кількості арок і відстаней між ними з урахуванням комплексу конструктивних, економічних і архітектурних вимог залежно від габариту моста і величини його прольоту. Відстані між арками зазвичай коливається від 2...3 до 5...6 м.

При ширині проїзної частини до 8 м зазвичай приймають дві арки на відстані 4...6 м. У мостах більшої ширини кількість арок збільшують, приймаючи його завжди парним. Для забезпечення загальної стійкості і просторової жорсткості пролітної будови відстань між осями крайніх арок повинна бути не менше 1/20 прольоту, а суміжні арки повинні бути зв'язані поперечними і подовжніми зв'язками.

При їзді низом і по середині пролітна будова по конструктивних міркуваннях може мати тільки дві арки, відстань між якими визначається шириною їздового полотна.

Форма і розміри поперечного перетину арок. Арки можуть мати прямокутний, двотавровий або коробчатий перетин залежно від величини їх прольоту. Найбільш прості у виконанні арки прямокутного перетину, але вони не економічні по витраті матеріалу в порівнянні з двотавровими і коробчатими. Відношення висоти до ширини їх перетину коливається від 1/2 до 2. Раціональніші високі перетини, у яких (1,5...2,0). Відносна висота цих арок зазвичай складає 1/40... 1/60. Висота арок прямокутного перетину зазвичай не перевищує 1 м.

Арки з висотою перетину більше 1 м виконують двотавровими, а при висоті більше 2 м – коробчатими. Коробчаті перетини арок найбільш доцільні по витраті матеріалу, але по технологічних і експлуатаційних міркуваннях вони можуть застосовуватися тільки при великих їх висотах, коли забезпечується доступ персоналу у внутрішню їх порожнину.

Відношення висоти арок до їх прольоту для двотаврових і коробчатих арок складає 1/30...1/50, що більш ніж для прямокутних.

Зміна перетину арки по довжині прольоту. Висоту арок іноді проектують із змінною висотою по довжині прольоту відповідно до огинаючої епюри моментів, що згинають: у безшарнірних арках висоту зменшують від опори до середини прольоту, в трьохшарнірних – збільшують до чверті прольоту. По технологічних міркуваннях висоту арки по довжині прольоту частіше приймають постійною.

Армування роздільних арок. Арки зазвичай армують подовжніми криволінійними стрижнями по верхній і нижній зонах перетини, які з’єднують хомутами.

У монолітних арочних мостах зазвичай застосовують як арматуру арматурні каркаси, що самонесучі, у вигляді крізних металевих ферм, які здатні сприйняти всі навантаження в період бетонування пролітної будови. У безшарнірних арках основна подовжня арматура повинна бути надійно заанкерена в тілі опори на глибину, складову півтори висоти перетину арки в п'яті при прямокутному її перетині, і половині висоти її перетину в п'яті – при тавровому і коробчатому перетинах.

Особливості конструкції арочних мостів з їздою низом і посередині. Арки з їздою низом або посередині зазвичай використовують в мостах при малій будівельній висоті.

У мостах з їздою низом або посередині влаштовують дві арки, що піднімаються над проїжджою частиною (рис. 9.14), яка розташована між ними. Відношення стріли до прольоту арок при їзді низом приймається зазвичай в межах 1/4...1/7, залежно від місцевих умов. Зазвичай арки зв'язують системою розпірок, розташовуючи їх над габаритом проїзду в середній частині прольоту. Нависаючи над проїздом, розпірки зв'язків несприятливо впливають на зовнішній вигляд споруди. Тим часом відсутність поперечних зв'язків над проїздом зменшує поперечну жорсткість і допустимо лише у разі вживання спеціальних заходів по забезпеченню бічної стійкості відкритих арочних поясів. Тому поперечна жорсткість пролітної будови є одному з головних завдань, яке доводиться вирішувати при проектуванні мостів з їздою низом. Часто пристрій зв'язків визначає основні розміри споруди і системи арок.

Рис. 9.14. Фасад (а) і поперечний перетин (б) арочного моста з їздою низом

Для поліпшення зовнішнього вигляду масивні поперечні розпірки між арками іноді замінюють легкою гратчастою конструкцією, що створює над проїздом ажурне зведення.

9.3. Види вантових мостів, особливості їх конструкції і область застосування

Вантовими називають мости (рис. 9.15), основними елементами пролітних будов яких є похилі прямолінійні ванти 2, що підвішують балки жорсткості 1 до пілонів 3.

Похилі ванти кріпляться до пілонів і підтримують балку жорсткості, будучи для неї пружними опорами. Особливу роль грають крайні ванти 4, що з’єднують верх пілона з нерухомою крапкою. Вони перешкоджають горизонтальним переміщенням верху пілона при дії тимчасових навантажень і забезпечують системі велику жорсткість у вертикальній площині. Ванти працюють тільки на розтягування, пілони – в основному на стиску, балка жорсткості – на згин і на дію горизонтальних зусиль, що становлять, у вантах. Балка жорсткості підтримується вантами в багатьох місцях і працює як би на пружній основі, в ній не виникають значні згинальні моменти, тому вона може мати невелику висоту. Вона може спиратися і на пілони, в цьому випадку в зоні того, що спирається виникають значні негативні моменти. Щоб їх уникнути, останнім часом почали відмовлятися від того, що спирається на пілони, передаючи вагу балки жорсткості і тимчасового навантаження на пілони тільки через ванти.

Рис. 9.15. Елементи вантового моста: 1 - балка жорсткості; 2 - ванта; 3 - пілон; 4 - крайня ванта

Вантові мости із залізобетонними балками жорсткості і пілонами почали застосовувати недавно. Перший з них був побудований у Венесуелі через оз. Маракайбо в 1962 р., другий, – через гавань р. Дніпро в Києві в 1963 р. До теперішнього часу в світі існує не більше 50 вантових залізобетонних мостів, але вони мають значні перспективи розвитку. Вони дозволяють перекривати прольоти 350... 600 м. Їх зазвичай зводять на перетині глибоких річок, морських заток або проток, в гирлі річок, де споруда опор складна і тому дорого. В даний час в залізобетонних вантових мостах рекордний проліт 440 м досягнуть в мосту, побудованому в 1983 р. в Іспанії (міст Барріос де Місяць).

Вантовим мостам властиві привабливі архітектурні форми, тому їх часто будують в містах.

Схеми вантових мостів розрізняють залежно від кількості пілонів, системи і кількості площин вант. При одному пілоне (рис. 9.16, а) ванти розташовані відносно його несиметрично, до балки жорсткості в основному прольоті кріпляться під різними кутами, зокрема малими. Це вимагає різних конструктивних вирішень вузлів їх кріплення, що нетехнологічно, а наявність малих кутів прикріплення приводить до виникнення у вантах великих зусиль і зниження жорсткості пролітної будови. Проте схема з одним пілоном виявляється прийнятною в міських умовах по архітектурних міркуваннях, оскільки може вписатися в ансамбль місцевості і споруд міста біля річки. У великому прольоті такого моста можуть бути встановлені звичайні опори, при цьому найближчу до вантів (див. рис. 9.16, а) розміщують на відстані а1 = (1... 2) а, де а – відстань між точками кріплення двох найбільш віддалених від пілона вант.

Рис. 9.16. Вантові мости з одним (а, б) і двома (в) пілонами

Пілон вантового моста може бути нахилений до вертикалі (рис. 9.16, б) під кутом в = 10...20". Крім архітектурного ефекту це дозволяє передати на пілон частину горизонтального зусилля від вант основного прольоту. У однопілонних мостах крайні ванти можна кріпити до засад. В цьому випадку балка жорсткості упирається в одну із засад, передаючи на нього горизонтальне зусилля (див. рис. 9.16, б).

Вантові мости з двома пілонами (рис. 9.16, в), крайні ванти яких закріплені до торців балки жорсткості, працюють як системи із сприйманим розпором в балці жорсткості. У них на пілони від вант передаються в основному вертикальні зусилля, оскільки їх ванти розташовані симетрично щодо пілонів. Кути нахилу вант у них приймають не менше 30°, щоб в них не виникали значні зусилля і деформації. Балка жорсткості в цих мостах може підтримуватися у великому числі крапок, що сприятливо для її роботи.

Відстані а між точками кріплення вант до балки жорсткості змінюються в широких межах: від 5...10 до 50...60 м. Залежно від цього змінюється висота балки жорсткості. Її приймають зазвичай постійною по всій довжині і рівною (1/15... 1/20) а.

У вантових мостах застосовують різноманітні системи розташування вант, їх «малюнки». Найчастіше застосовують дві системи вант: «пучок» і «арфа». У системі «пучок» (рис. 9.17, а) ванти сходяться у верхній частині пілона в одній горизонтальній площині. При великому їх числі це ускладнює вузол кріплення їх до пілону. У цій системі ванти мають різні кути кріплення до балки жорсткості, середні ванти більше нахилені до неї, що сприяє зменшенню зусиль, що виникають в них. За наявності в цій системі крайніх опорних вант в пілонах не виникають згинальні моменти, вони працюють тільки на стиску. У системі «арфа» (рис. 9.17, б) ванти кріпляться до пілону в декількох рівнях і мають однаковий нахил до балки жорсткості. Вузли кріплення вант до балки жорсткості і до пілону в ній однотипні. При великому числі вант ця система дозволяє уніфікувати вузли кріплення вант до балки жорсткості і до пілону, уніфікувати елементи балки жорсткості і ефективно використовувати можливості їх індустріального виготовлення і будівництва. Проте при односторонньому завантаженні основного прольоту пілон інтенсивно працює на згин від горизонтальних зусиль, що становлять, у вантах.

би

Рис. 9.17. Схеми розташування вант в мостах: а – «пучок»; б – «арфа»

У поперечному перетині пролітної будови ванти розташовують в одній або в двох площинах. У широких мостах можливо і більша кількість їх площин. Кількість площин вант і число вант в одній площині роблять істотний вплив на архітектурні достоїнства моста, на роботу і конструкцію балки жорсткості і пілонів.

При розташуванні вант в двох площинах використовують П-подібні, А-подібні і двустійкові пілони (рис. 9.18, а, би, в), проїжджаючи частина розміщується між ними, а тротуари виносяться на консолі за площини вант. При використанні А-подібних пілонів ванти розташовують в двох похилих площинах, а при П-подібних – в двох вертикальних площинах. Дві площини вант дозволяють розосередити і зменшити зусилля в балці жорсткості і у вантах, забезпечити сприятливі умови роботи балки жорсткості при несиметричному її завантаженні щодо подовжньої осі. При двох площинах вант балка жорсткості може мати невелику жорсткість на кручення і бути виконана з плиткових або ребристих елементів.

Рис. 9.18. Конструктивні форми пілонів з двома (а – в) і одній (г–е) площинами вант:

1 – балка жорсткості; 2 – площина розташування вант

При розташуванні вант в одній площині використовують Одностійкові (рис. 9.18, г) або А-подібні (рис. 9.18, д, е) пілони. Одностійкові пілони і ванти в цьому випадку розміщують в межах ширини розділової смуги між проїжджими частинами двох напрямів руху. Одностійкові пілони вимагають менше матеріалу і простіше у виготовленні, але вузол їх перетину з балкою жорсткості складний: пілон необхідно пропустити через балку жорсткості із збереженням її здатності, що несе, в зоні ослаблення. Пілони А-подібної форми (див. рис. 9.18, д, е) складніше у виготовленні, але забезпечують вільний пропуск балки жорсткості між його стійками, володіють більшою жорсткістю в поперечному напрямі.

Балка жорсткості при одній площині вант при несиметричному її завантаженні працює не тільки на згин, але і на кручення і повинна мати значну жорсткість при крученні.

Висоту пілонів вантових мостів приймають з умови, щоб кут нахилу найбільш видаленої ванти був не менший 30°.

Конструкції елементів вантових мостів. Конструкція балок жорсткості в основному залежить від ширини проїзної частини, числа площин вант, відстані між точками закріплення вант і трохи від величини основного прольоту. При збільшенні числа вант в одній площині відкривається можливість виконання балок жорсткості навіть з простих уніфікованих елементів, вживаних в простих балочних мостах. При двох площинах вант залежно від ширини проїзної частини і числа вант в одній площині балки жорсткості можуть бути плитковими, ребристими і коробчатими.

Плиткові балки жорсткості вантових пішохідних мостів можуть бути виконані з уніфікованих пустотних плиткових блоків, якщо відстань між точками кріплення вант не перевищує 15.18 м, а ширина проїзної частини не більше 8 м. Блоки в плиті жорсткості об'єднуються в поперечному напрямі стиками шпон, а в подовжньому – монолітними поперечними балками. Поперечні балки сприймають момент, що також згинає, діє в поперечному напрямі; їх використовують і для прикріплення плити жорсткості до вантів.

Із зростанням головного прольоту майже лінійно росте та, що стискає балку жорсткості нормальна сила. Для її сприйняття доводиться виконувати балку жорсткості з більшою висотою. При відстанях між точками кріплення вант 15.30 м балку жорсткості можна формувати з уніфікованих двотаврових балок, об'єднуючи їх в місцях кріплення вант поперечними монолітними балками – діафрагмами, здатними сприймати момент, що згинає, в поперечному напрямі, сприймати зусилля від вант в похилій площині і передавати їх на подовжні балки, складові балку жорсткості.

При тих же відстанях між точками кріплення вант знайшли застосування балки жорсткості, складені з двох широко розставлених П-подібних балок, по яких укладають поперечні балки проїзної частини. Крайні балки розміщуються в площинах вант, мають поперечні діафрагми, до яких кріпляться ванти. Така конструкція балки жорсткості була вперше застосована у вантовом мосту через гавань р. Дніпро в Києві.

При ширині проїзної частини більше 12 м доцільне застосування балок жорсткості коробчатого перетину, що мають значну жорсткість при крученні. При одноплощинній системі вант тільки коробчата форма перетину балки жорсткості може надійно чинити опір згину і крученню. Коробчаті балки мають велику жорсткість при згині і крученні, однаково добре пристосовані до сприйняття як позитивних, так і негативних моментів, володіють хорошими аеродинамічними параметрами, мають привабливий вигляд, зручні при транспортуванні і монтажі.

Дата добавления: 2013-12-14