Висячие мосты

• Название: Висячие мосты
• Дата: 14.01.2022
• Размер: 1.53 Mb.
• Имя файла: 172992_c1-CMT-51_2021_7.docx
• Тип: Реферат; #330784
• страница: 2 из 9

Недостатки висячих мостов

• 
  Из-за недостаточной жёсткости моста может потребоваться перекрытие движения при штормовых погодных условиях.
  
• 
  Прогибы моста в ответ на сосредоточенную нагрузку делают висячие мосты неприменимыми для железных дорог, так как в этом случае роль сосредоточенной нагрузки будет выполнять локомотив.
  
• 
  Под действием сильного ветра опоры подвергаются действию большого крутящего момента, поэтому для них требуется хороший фундамент, особенно при слабых грунтах.
  

Сейчас мы твердо знаем что такое висячий мост, каковы его достоинства и недостатки, какова его структура конструкции и ее схемы и многое другое. Однако раньше люди не могли дать ответ на многие вопросы, мосты не были так хорошо изучены, поэтому случались разрушения. Такой горький опыт заставил людей детально изучить свойства висячих конструкций. Чтобы знать как это происходило необходимо обратиться к истории развития и применения висячих мостов.

1 .Исторический обзор применения висячих мостов.




В
Рисунок 1.1. Висячий мост простейшего вида.
исячие мосты занимают видное место в истории мостострое­ния. Они появились на заре развития человеческого общества и в ранний период имели весьма примитивные конструктивные формы. Через ущелье, горный поток или овраг перекидывалось две или несколько толстых веревок, иногда просто лиан (Основные несущие элементы); пространство между ними застилалось или закладывалось досками, и мост был готов. Иногда протягивался еще один свободный канат, чтобы служить поручнем. Такого ти­па мосты встречались в Южной Америке, Японии, Тибете, на Кавказе и в других местах. Они были весьма несовершенны, об­ладали малой грузоподъемностью, плохо сопротивлялись ветро­вым нагрузкам и сильно раскачивались даже от тяжести одного человека. Изображенный на рис.1 (сверху) висячий мост имел пролет 40 м, ширину 2,5 м и был укреплен на деревьях, стоящих на берегах. На канатах моста, сделанных из агавы, был уложен легкий бамбуковый настил.

В Китае около 3000 лет тому назад начали строить висячие мосты, настил на которых укла­дывался непосредственно на туго натянутых цепях или кана­тах, закрепляемых в скалах на берегах.

Первый висячий мост, описанный в литературе, конструктив­ная схема которого близка к современным схемам висячих мос­тов, был построен в 1741 г. в Англии через реку Тисс. Характер­ной особенностью этого моста являлось наличие самостоятель­ной проезжей части, соединенной с цепью подвесками. Этот мост имел пролет 21 м и служил для прохода горнорабочих.

За истекшие 266 лет с момента открытия указанного выше моста во всех странах мира было построено большое количество висячих мостов, конструкция которых постоянно совершенствова­лась, а пролеты увеличивались. Уже в начале XIX века выявились их экономические преимущества перед каменными. К концу XIX века мосты имели уже значительные пролеты. Пролетные строения стали опирать не на цепные, а на кабельные подвесы из высокопрочных материалов

Переход от примитивных конструкций висячих мостов к современным системам относится к XVII—XVIII вв. и связан с именами испанца Веррантиуса (дал с своем сочинении описание висячих мостов на железных цепях, где указывалась конструкция с отделением полотна моста от поддерживающих цепей. Полотно прикреплялось к цепям на подвесках), француза Пойе (предложил систему, в которой полотно моста поддерживалось вантами, идущими от двух высоких мачт) и англичанина Джеймса Финли. Последний получил на свою висячую систему патент в 1808 году, в которой цепь выполнялась из кованых звеньев, соединенных между собой по длине моста короткими соединительными звеньями в местах подвесок, расположенных друг от друга на равных расстояниях. Цепи на берегах опирались на каменные столбы и были про­пущены в анкерные устои, где и закреплены в них своими концами. К подвескам была подвешена проезжая часть моста, состоящая из поперечных балок и настила.

Первые висячие мосты, оказавшиеся способными соответствовать современным требованиям, были построены в Северной Америке в конце XVIII столетия (более 50 мостов). Первый висячий мост был построен Джеймсом Финли в Пенсильвании в 1796 г. В начале XIX века в этом штате существовало уже довольно много таких мостов. Самым крупным из них был мост в 91,8 м через через реку Скукл (Schuylkill) близ Филадельфии.

Характерно, что ни один из висячих мостов раннего периода строитель­ства не имел каких-либо ветровых связей, так как считалось, что цепь имеет естественную форму равновесия и будет к ней возвращаться, независимо от величины и направления про­гибов.

Итак, в первом периоде, продолжавшемся примерно до 1810 г., строились, как правило, цепные мосты небольших пролетов. Они обладали значительным собственным весом и сравнительно небольшой грузоподъемностью. Основным несущим элементом таких мостов являлась цепь, составленная из колец или отдель­ных жестких элементов, соединенных между собой болтами (шарнирами).

В начале XIX века уже выявились экономические преимуще­ства висячих мостов по сравнению с каменными мостами, кото­рые имели в то время широкое распространение. Так, например, построенный в 1820 г. в Англии висячий мост через реку Твид пролетом 110 м стоил примерно в 4 раза дешевле каменного мос­та такой же длины.

Британские инженеры последовали примеру американцев, в результате чего на протяжении первой четверти XIX века было построено много цепных мостов и в Англии. Крупнейший из них — мост Меней, соединяющий берег Уэльса с островом Англси, был спроектирован и построен Томасом Тельфордом. Строительство велось с 1822 по 1826 гг. В 1826 г. в Англии состоялось открытиие Менейского цепного моста, кото­рый прослужил около ста лет, имел пролет 177 м при отноше­нии стрелы к пролету 1/12.

В этот же период был построен еще ряд мостов во Франции, США и других странах, пролеты которых не превышали 150 м.

Строительная практика висячих мостов опережала теорети­ческую их разработку, так как строившиеся висячие мосты, состоявшие из цепи, к которой подвешена проезжая часть, представляли собою гибкую изменяемую систему, что приводило к колебаниям и большим прогибам таких примитивных висячих мостов, к расстройству соеди­нений, авариям и катастрофам.

Однако, несмотря на неблагоприятные последствия разрыва между практикой строительства висячих мостов и состоянием теоре­тической разработки этого вопроса, висячие мосты были незамени­мыми системами для больших пролетов (применение их вызывалось низким состоянием техники постройки опор мостов), а обрушенные мосты вновь и вновь восстанавливались и усиливались.

По неполным статистическим данным из висячих мостов больших пролетов от 60 м и выше, построенных начиная с 1741 г. по 1885 г., 82 моста просуществовали от 50 до 120 лет, 30 мостов - от 20 до 50 лет и 6 мостов - менее 10 лет.

Несмотря на отрицательные качества простейшей формы вися­чего моста, эти мосты оказались не менее долговечными, чем другие системы мостов, что объясняется простотой усиления и реконструкции, которой характеризуются висячие мосты.

Для небольших, в то время существовавших, нагрузок гибкость системы моста не вызывала каких-либо сомнений в прочности моста и не затрудняла движения по нему «легких нагрузок», вследствие чего инженеры того времени заблуждались, считая преимуществом и естественными природными качествами гибких висячих мостов возвращение гибкой цепи или каната моста к его первоначальному виду, после прохода нагрузки, т. е. стремились теорию висячих мостов построить на использовании простейшей формы естествен­ного равновесия каната, переброшенного с берега на берег.

Гибкие мосты простейшего типа получили наиболь­шее развитие после 1822 г., когда был изобретен кабель из проволоки с высокими допускаемыми напряжениями и с прядением этого кабеля на месте из отдельных проволок или прядей при сооружении висячих мостов.
Вторая четверть XIX века ознаменовалась широким примене­нием кабельных висячих мостов, в которых основной несущий элемент (цепь) был заменен тросом (проволочным кабелем). Это привело к значительному прогрессу, так как кабель обладал более высокой прочностью по сравнению с цепью. Изобретение стальных проволочных канатов дало возможность строить мост навесу без подмостей и расширить строительство висячих мостов до весьма больших пролетов

В этот период был построен целый ряд кабельных мостов во Франции, Англии, Америке и других странах.

Открытый в 1834 г. висячий мост в Швейцарии близ Фрей­бурга оказался в то время уникальным. Он имел пролет 265 м, стрелку кабеля 1/14 пролета, ширину проезжей части 6,5 м и перекрывал долину реки на высоте 51 м над уровнем воды. Мост подвешен на 4 кабелях, диаметром по 135 мм, причем каждый кабель состоял из 1056 проволок толщиною 3,8 мм с временным сопротивлением 82 кг/мм².

У
Рисунок 1.2. Мост Г. Вашингтона через р. Гудзон в Нью-Йорке.
величение временных нагрузок, неправильная заделка канатов и. цепей в устоях, а также действие ветра, приводившее к большим ко­лебаниям всей системы (основанной на примитивном использовании естественной формы равновесия каната) в горизонтальной и вертикальной плоскостях, привели в ряде мостов к тяжелым катастрофам и авариям. Катастрофы будут подробно рассмотрены в разделе «Катастрофы при применении висячих мостов простейшей формы»
Последующий примерно столетний период характерен массо­вым строительством висячих мостов во многих странах мира. Конструкции висячих мостов быстро совершенствовались. Стали применяться высокопрочные материалы, а пролеты мос­тов постоянно увеличивались и к началу XX столетия при­ближались к 500 м. Так, например, в 1883 г. был построен зна­менитый Бруклинский мост в Нью-Йорке с грандиозным для то­го времени пролетом — 486 м.

В XX веке было построено большое количество висячих мостов, основные достижения технологии их строительства таковы:

- В 1929 г. был построен Амбассадорский мост через реку Дет­ройт вышедший на первое место среди всех систем мостов по длине пролёта, превзойдя Квебекский мост с пролётом 548 м. Мост соединил две соседние страны — Канаду и США. Строительство продолжалось два года. Средний пролет моста ра­вен 563 м. Высота стальной решетчатой балки жесткости - 6,7 м. Отношение высоты балки жесткости к пролету 1 : 84. Ширина проезжей части 14,1 м, тротуаров — 2,4 м. Мост поддерживает­ся двумя кабелями, состоящими из параллельных проволок. Диаметр каждого кабеля равен 48,9 см.



Рисунок 1.3 Поперечное сечение моста через реку Гудзон.

- В 1931 г. построен мост через Гудзон (рис. 1.2) длиной 1067 м, — первый мост, превзошедший километровый пролёт, окончательно закрепивший превосходство висячих систем. Мост имеет стальные решетчатые пилоны высотой 181 м. Про­лет его равен 1067 м. Попе­речное сечение моста пока­зано на рис. 1.3. Расстояние между двумя балками жест­кости равно 32,29 м. Проез­жая часть поддерживается четырьмя кабелями диамет­ром 91,4 см. Кабели этого моста состоят из 61 пряди. Каждая прядь изготовлена из 434 проволок диамет­ром 4,9 мм. Временное сопротивление проволоки 155 кН/ см², а услов­ный предел текучести -105 кН/см². Подвески, между которыми располо­жены тротуары имеют диа­метр 78 мм. Каждая попе­речная балка подвешена че­тырьмя подвесками. Всего в одном кабеле содержится 26474 параллельных прово­лок. Общая длина проволок в кабеле составляет 171 000 км. Мост был спроек­тирован двухъярусным. В 1929 г. был сооружен толь­ко верхний ярус для восьми полос автомобильного движения. В середине — проезд шириной 12,2 м — предназначен для грузового транспорта, а по бокам полосы для легковых авто­мобилей.

В период с 1959 по 1962 гг. был пристроен нижний ярус, что позволило справиться с возросшим транспортным потоком. В результате пристройки образовалась ферма жесткости высо­той 9,14 м.

- В 1937 г. в Сан-Франциско построен мост Золотые Ворота, длина 1280 м, предмет национальной гордости американцев (на праздновании 50-летия моста в 1987 г. собралось 150 000 человек), получил много призов за красоту, особый эффект от оранжевого кабеля на фоне голубого океана. В 1953 г. после катастрофы с висячим мостом в Такомской Долине (1940 г.), мост «Золотые Ворота» был усилен горизон­тальными удерживающими кабелями.

- В 1940 г. через пролив Пюджет Саунд был построен трехпролетный Такомский мост, который, просуществовав всего четыре месяца, обрушился от колебаний, вызванных действием ветра.

В октябре 1950 г. было открыто движение по новому Такомскому мосту, построен­ному на том же месте с использованием старых фундаментов опор. Длина главного пролета равна 853 м. Новый мост отличается от старого балкой жесткости, выполненной в виде стальной решетчатой фермы высотой 10 м. Балка жест­кости поддерживается двумя кабелями диаметром 50,8 см каждый.

- В 1965 г. в Нью-Йорке построен мост «Верразано-Нерроуз», длина 1298 м, — последний американский мировой рекорд, остающийся до сих пор рекордом Америки.

- В 1997 г. в Японии, между островами Сикоку и Хонсю построен мост Акаси-Кайкё, который дважды вошёл в книгу рекордов Гиннесса: как самый длинный подвесной мост — длина одного его пролёта составляет 1991 м — и как самый высокий мост, так как его пилоны поднимаются на 297 м, что выше девяностоэтажного дома. Общая же протяжённость этого уникального трехпролетного сооружения составляет 3911 м. Несмотря на огромные размеры моста, его конструкция достаточно прочна, чтобы выдержать порывы ветра до 80 м в секунду и землетрясения до 8 баллов по шкале Рихтера, которые нередки на Дальнем Востоке.
В нашей стране висячие мосты не получили такого большого развития, как в США, Англии, Франции, Японии и других стра­нах. Во-первых, они появились у нас значительно позже. Г. П. Передерий считает, что первый висячий мост в России был построен в 1823 г. в Петербурге в Екатерингофском парке и имел пролет 15,2 м. Отставание в этой области объясняется многими причинами, одна из которых заключается в отсутствии сравни­тельно больших водных преград, которые требовали бы строи­тельства столь больших пролетов.
Первые висячие мосты в России построены в Петербурге в 1820-1830-е гг.:

1823 г., пешеходный мостик в Екатерингофском парке пролетом 15,2 м;

1824 г., Пантелеймоновский мост через р. Фонтанку у Летнего сада, L = 40 м (разобран в 1905 г. после разрушения соседнего Египетского моста при проходе кавалерийского отряда).

Некоторые пешеходные висячие мостики того периода сохранились до сих пор: Почтамтский (через Мойку), Банковский и Львиный (через канал Грибоедова).

1836 г., г. Брест-Литовск, первый в России висячий мост на проволочных канатах, L = 89 м.

1847 г., г. Киев, р. Днепр, четырехпролетный мост, L = 134 м, разрушен белополяками в 1920 г.

В XX в. на территории СССР построен ряд висячих мостов весьма больших пролетов под трубопроводы (р. Амударья, L = 660 м; р. Днепр, L = 720 м) и временный мост пролетом 874 м через Волгу под конвейерную линию при строительстве ГЭС.

Самым же известным российским висячим мостом является Крымский мост через Москва-реку. Своё название мост унаследовал от когда-то существовавшего на месте моста Крымского брода, через который переправлялись татары при набегах на Москву. Построенный в 1938 г., общей длиной в 688 м, он в то время вошёл в первую шестёрку мостов Европы по длине речного пролёта — 168 м. Тип конструкции, который использовали инженер Б. П. Константинов и архитектор А. В. Власов при проектировании Крымского моста, очень редко встречается в мировой практике. Его пилоны стоят отдельно и поверху не соединены. Несмотря на то, что вес металлических конструкций Крымского моста достигает 10 000 т, мост кажется очень лёгким и ажурным. И хотя Крымский мост уже стал одной из визитных карточек Москвы, в мировой табели о рангах он занимает более чем скромное место. ( Подробнее о Крымском мосте в разделе «Примеры висячих мостов»).