Висячие (подвесные) мосты. Самые длинные подвесные мосты мира
РЕФЕРАТ
по дисциплине: "Конструкции инженерных сооружений"
на тему: ВИСЯЧИЕ МОСТЫ
Введение 3
1. Краткий исторический очерк развития висячих и вантовых мостов 5
2. Стальная радуга мостов 8
3. Особенности архитектуры металлических мостов. 12
4. Особенности архитектуры железобетонных мостов 13 Список использованной литературы 16
Введение
Висячие конструкции - строительные конструкции, в которых основные элементы, несущие нагрузку, например, тросы, кабели, цепи, сетки, листовые мембраны и т.п., испытывают только растягивающие усилия. Работа висячих конструкций на растяжение позволяет полностью использовать механические свойства высокопрочных материалов (стальной проволоки, капроновых нитей и др.), а незначительный вес их даёт возможность перекрывать сооружения с наибольшими пролётами. Висячие конструкции сравнительно просты в монтаже, надёжны в эксплуатации, отличаются архитектурной выразительностью. Недостатками висячих конструкций являются наличие распоров и большой деформативности под действием местной нагрузки. Для восприятия распоров устраиваются анкерные фундаменты или так называемые контурные конструкции (кольца, опоясывающие по периметру висячих конструкций). Уменьшение деформативности висячих конструкций достигается введением стабилизирующих элементов - оттяжек, раскосов, балок жёсткости, дополнительных поясов, а также приданием висячим конструкциям формы, допускающей предварительное напряжение. Геометрически неизменяемые висячие конструкции, выполненные из прямолинейных элементов (вантов), называются вантовыми. Висячие конструкции могут быть плоскими и пространственными. Простейший вид плоской висячей конструкции - закрепленный на опорах трос с подвешенными к нему элементами, воспринимающими местную нагрузку. Современные плоские висячие конструкции применяются главным образом в висячих мостах, висячих покрытиях, канатных дорогах, подвесных переходах трубопроводов (рис. 1) и т.п.
Висячий мост - мост, в котором основная несущая конструкция выполнена из гибких элементов (кабелей, канатов, цепей и др.), работающих на растяжение, а проезжая часть подвешена. В современных висячих мостах широко применяют проволочные кабели и канаты из высокопрочной стали с пределом прочности 2-2,5 Гн/м 2 (200-250 кгс/мм 2), что существенно снижает собственный вес моста и позволяет перекрывать большие пролёты. Наряду с этим висячие мосты имеют малую жёсткость вследствие того, что при движении временной нагрузки по мосту кабель (цепь) изменяет свою геометрическую форму, вызывая большие прогибы пролётного строения. Для уменьшения прогибов висячие мосты усиливают в уровне их проезжей части продольными балками или фермами жесткости, распределяющими временную нагрузку и уменьшающими деформацию кабеля. Висячие мосты, в которых проезжая часть поддерживается геометрически неизменяемой висячей формой из прямолинейных канатов - вантов, называются вантовыми. Висячие системы применяют главным образом для автодорожных и городских мостов(рис. 1 ). Крупнейший висячий мост, сооружённый в 1965 при входе в нью-йоркскую бухту Веррацано (США), имеет средний пролёт длиной 1298 м (рис. 2 ).
Рисунок 1. Пешеходный висячий мост через р. Днепр в Киеве. 1956-1957г.
Рисунок 2.Висячий мост в бухте Веррацано. 1965г
Краткий исторический очерк развития висячих и вантовых мостов
Идея применения гибких растянутых элементов растительного происхождения (лианы, бамбук) для перекрытия рек и ущелий возникла, очевидно, на заре человеческого общества. Достаточно достоверные исторические данные свидетельствуют о постройке таких мостов в Древнем Египте, Юго-Восточной Азии, Центральной и Южной Америке.
Переход от примитивных конструкций висячих мостов к современным системам относится к XVII-XVIII вв и связан с именами Веррантиуса (Испания), Пойе (Франция) и Финлея (Англия), который получил на свою висячую систему патент.
Первый период развития висячих мостов, относящийся к XVIII в., представлен небольшими цепными мостиками:
· 1741 г., Англия, р.Тисе, пролет L= 21 м,
· 1785 г., Германия, р. Лаан, пролет L = 38 м,
· 1796 г., США, L = 29 м и другие.
Второй период - XIX в. - характерен широким внедрением новых материалов (чугуна, стали), что дало мощный импульс развитию висячих мостов.
К 1809 г. в Америке было построено около 40 висячих мостов. В 1814 г. в Лондоне сооружен пешеходный мостик пролетом 32 м, цепи которого составлены из плоских звеньев, соединенных болтами. В 1816 г. впервые цепь была заменена проволочным кабелем.
1820 г., Англия, р. Твид, L = 110 м - первый висячий мост под экипажную езду.
1834 г., в г. Фрейбурге французскими инженерами построен один из выдающихся мостов Европы пролетом 265 м. Мост чрезвычайно живописен, он буквально парит над горной долиной.
1883 г., США, Нью-Йорк, Бруклинский мост, L = 486 м, позволил почти вдвое увеличить мировой рекорд по величине пролета. Пример подлинно монументального сооружения: эффект контраста массивных каменных пилонов и ажурной паутины кабелей, вант, подвесок (три плоскости). Наверное, самый популярный мост у поэтов, художников, писателей - достаточно вспомнить стихотворение В.В. Маяковского "Бруклинский мост".
1895 г., Англия, р. Темза - Тауэрский мост-замок, L = 63 м, - своего рода символ Лондона, его достопримечательность, характерной особенностью которой является сочетание среднего разводного пролетного строения и двух боковых - висячих.
Третий период - нынешний век - характерен бурным развитием висячих мостов, использованием достижений науки и техники.
1903 г., США, г. Нью-Йорк, Вильямсбургский мост, L = 488 м.
1930 г., США, г. Детройт, L = 564 м, первый висячий мост, вышедший на первое место среди всех систем мостов по длине пролета, превзойдя Квебекский мост пролетом 548 м (металлическая консольно-подвесная ферма).
1931 г., США, р. Гудзон, L= 1067 м - первый мост, превзошедший километровый пролет, окончательно закрепивший превосходство висячих систем.
1937 г., США, г. Сан-Франциско, мост Золотые Ворота, L = 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.
1965 г., США, г. Нью-Йорк, мост "Верразано-Нерроуз", L = 1298 м - последний американский мировой рекорд, оставшийся рекордом Америки.
1981 г., Великобритания, пролив Хамбер, L = 1410 м.
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.
Таблица 1. Самые большие висячие мосты мировой практики
| Страна | Город (место) | Препятствие | Пролет, м | Год завершения строительства | Название моста |
| Япония | о. Хонсю - о. Сикоку | пролив | 1990 | 1998 | Akashi-Kaikyo (Акаси) |
| Дания | Хальсков -Спрогё | пролив | 1624 | 1997 | Большой Бельдт |
| Сянган (Гонконг) | о. Лантау | пролив | 1413 | 1997 | Tsing Ма (Цзин-Ма) |
| Великобритания | г. Гулль | залив Хамбер | 1410 | 1981 | Humber (Хамбер) |
| США | г. Нью-Йорк | р. Гудзон | 1298 | 1965 | Verrazano-Narrows (Верразано-Нерроуз) |
| США | г. Сан-Франциско | залив | 1280 | 1937 | Golden Gate (Золотые ворота) |
| Швеция | Веда-Хорнё | пролив | 1210 | 1997 | Хога Хустен |
| США | Мичиган | пролив Макинак | 1158 | 1957 | Большой Мак |
| Япония | о. Хонсю - о. Сикоку | пролив | 1100 | 1988 | 1) Seto Ohashi (Сето Охаси) 2) Minami Bisan Seto (Минами Бисан Сето) |
| Турция | г. Стамбул | пролив Босфор | 1090 | 1988 | Фатах Султан Мехмет |
| Турция | г. Стамбул | пролив Босфор | 1074 | 1973 | Босфорский |
| США | г. Нью-Йорк | р. Гудзон | 1067 | 1931 | Дж. Вашингтона |
| Япония | о. Хонсю - о. Сикоку | пролив | 1030 | 1999 | Курусима-З |
| Япония | о. Хонсю - о. Сикоку | пролив | 1020 | 1999 | Курусима-2 |
| Португалия | г. Лиссабон | р. Тахо | 1013 | 1966 | Мост 25 апреля (Винте э Синко де Абрил) |
| Великобритания | г. Эдинбург | залив Форт | 1006 | 1964 | Forth (Фортский мост) |
Некоторые сведения о первых вантовых мостах: 1817 г., Англия, пешеходный мост, L = 33,5 м. 1868 г., г. Прага, р. Влтава, L = 146 м, вантовая ферма. 1909 г., Франция, мост Кассагне, L = 156 м, построен инженером Жискляром.
Большое внимание строительству мостов с вантовыми фермами уделялось в 1930-1940 гг. в СССР (р. Магана, L = 80м; р. Сурхоб, L = 120 м; р. Нарын, L = 132 м; р. Заревшан, L = 145 м).
Общие сведения о самых больших висячих мостах мировой практики, в том числе строящихся, приведены в таблице 1.
3 января 1870 года
в Нью-Йорке началось строительство Бруклинского моста
, ставшего через три года самым длинным висячим мостом в мире. Это сложнейшая конструкция, которая задала пример всем последующим подобным инженерным сооружениям. И сегодня в нашем обзоре пойдет речь о десятке самых выдающихся и известных висячих мостов
со всех уголков планеты, каждый из которых является рекордсменом или был таковым в прошлом.
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 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-Франзиско 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.
Это вам не примитивно бревно через реку перекинуть. На строительство больших висячих мостов уходит по 10 лет. Остается удивляться, как эти изящные сотни тысяч тонн стали удерживаются на весу вместе с машинами и иногда даже поездами, даже зная, что стальной трос диаметром всего 0,25 см способен удерживать полтонны веса.
1. Мост Акаси-Кайкё, Япония
Самый длинный висячий мост в мире. Фото: takahito / flickr.com
Соединяет остров Хонсю и Авадзи над проливом Акаси. Самый длинный мост с 1998 года. Длина центрального пролета, то есть подвешенной части моста - 1991 метр. По рассчетам, она должна была быть длиной 1990 м, но такое симметричное число получилось, потому что из-за землетрясения во время строительства один пилон сдвинулся на 1 метр. 3911 м - полная длина моста. Поездка по мосту - дорогое удовольствие: 2300 йен или 30 долларов в один конец.
2. Мост Сихоумень, Китай
1650 м - основной пролет, длина всего моста - 2,6 км. Открылся в 2007 году и на данный момент является вторым по длине в мире.
3. Мост Большой Бельт, Дания
Мост Большой Бельт. Фото: Erik Underbjerg / flickr.com
Основной пролет - 1624 метра, общая длина моста - 6790 м. Это самый длинный подвесной мост в Европе, проходит через пролив Большой Бельт.
4. Жуньянский висячий мост, Китай
Пересекает реку Янцзы в провинции Цзянсу, соединяя города Янджоу и Дженьцзян. Основной пролет -1490 м.
5. Мост Хамбер, Великобритания
Мост через эстуарий Хамбер перекинули в 1981 году. Длина его пролета между опорами - 1410 м, общая длина 2,2 км. Он 16 лет был самым длинным подвесным мостом в мире.
6. Мост Цзянъинь, Китай
Мост Цзянъинь. Фото: Alex Z Huang
Трудолюбивые китайцы построили этот мост точно в срок - как раз к 50-летию провозглашения Китайской Народной Республики, которое состоялось в 1949 году. Длина центрального пролета - 1385 м.
7. Мост Цинма, Гонконг
Мост Цинма. Фото: Kai Yan, Joseph Wong / flick.com
Это самый большой подвесной мост в мире, по которому может ехать и автотранспорт, и составы метро. Его «висячая» длина - 1377 метров.
8. Мост Верразано, США
Мост Верразано, Нью-Йорк. Фото: puzzler4879 / flickr.com
Был самым длинным в мире с 1964 по 1981 год с длиной подвешенной части - 1298 метров, всего на 18 больше, чем у следующих двух мостов.
9. , США
Мост Золотые Ворота. Фото: mindwalker / flickr.com
Длина основного пролета моста - 1280 м. Это один из пяти самых узнаваемых, фотографируемых и любимых мостов в Штатах.
10. Мост Янло, Китай
Общая длина моста - 2757 м, длина подвешенной части -1280 м, как и у моста Золотые Ворота.
Мост, в к-ром основной несущей конструкцией является гибкий элемент - кабель (проволочный кабель, стальные канаты, шарнирная цепь), а проезжая часть к нему подвешена. Висячие мосты бывают чаще всего трехпролетные.
Для того чтобы уменьшить деформацию проезжей части при движении нагрузки, в висячих мостах применяют фермы или балки жесткости, роль к-рых возрастает с уменьшением пролета, т. к. при значительных пролетах постоянная нагрузка (собственный вес кабеля, подвесок и проезжей части) настолько велика, по сравнению с подвижной нагрузкой, что перемещения последней мало влияют на форму кабеля. Концы кабеля на берегах заделываются в анкерные массивы, иногда составляющие одно целое с устоями. При наличии скалистых берегов анкеры могут быть заложены непосредственно в скале. Иногда кабели соединяются по концам с балкой жесткости, образуя т. н. висячее пролетное строение с воспринятым распором. Кабели висячих мостов проходят через сооруженные на опорах моста металлич. или железобетонные башни (пилоны), высота к-рых зависит от принятого отношения стрелы провеса кабеля к пролету (обычно 1:8-1:10). С увеличением этого отношения уменьшается усилие в кабеле и возрастает жесткость пролетного строения, но высота пилонов, а следовательно, и стоимость при этом увеличиваются.
Строительство висячих мостов на автомобильных дорогах экономически целесообразно при пролетах свыше 300 м. Пролеты крупнейших В. м. превышают 1000 м - мост через пролив Золотые Ворота в Сан-Франциско пролетом 1281 м (см. Металлический мост). В 1960 начато сооружение В. м. через пролив Нэрроус в Нью-Йорке со средним пролетом 1300 м. Пролеты В. м. в Европе также возрастают. В 1960 в Англии начато стр-во двух висячих мостов с центральными пролетами ок. 1000 м. При существующих сортах стали максим, практически возможный пролет прибл. равен 3000 м. Однако с увеличением пролетов висячего моста уменьшается отношение ширины моста и высоты балки жесткости к длине пролета, вследствие чего ухудшаются аэродинамич. свойства моста-способность сопротивляться действию ветра. Известно неск. случаев разрушения В.м.в 19в.; в 1940 при ветре, скорость к-рого составляла лишь V, от расчетной, вновь построенный Такомский мост (США) разрушился от колебаний.
Этот мост при среднем пролете 854 м имел ширину всего 11,9 м, а высоту балки жесткости 2,44 м. После этого случая во мн. странах и, в частности, в СССР были проведены большие аналитические и эксперимент, исследования аэродинамич. устойчивости В. м., в результате к-рых нек-рые существующие мосты были усилены, а жесткость вновь сооружаемых мостов значительно увеличена.
Вследствие того, что висячие мосты, как правило, строятся через большие реки или морские проливы, при очень большой глубине воды, наличии приливов и отливов, штормовых ветров, интенсивном судоходстве, требующем высоты до 65 ж, сооружение таких мостов (особенно опор) сложно.
Монтаж висячих мостов начинается с пилонов. Стальные пилоны, высота к-рых достигает 210 м, а вес 20 тыс. т, обычно собираются ползучим подъемным краном, поднимающимся по пилону по мере его возведения. Способ монтажа кабелей зависит от их конструкции. Существуют 2 типа конструкции кабеля. Кабель первого типа образуется из стальных канатов заводского изготовления. Каждый канат при помощи подвесной дороги протягивается от анкера одного берега через оба пилона к анкеру другого берега, где и закрепляется. После подвески всех канатов они объединяются хомутами в кабель. Кабель второго типа, применяемый в больших американских висячих мостов, прядут на месте работ из стальной холоднотянутой проволоки толщ. ок. 5 мм с пределом прочности до 200 кг/мм2. Петли из такой проволоки при помощи канатной дороги попеременно протягиваются с одного берега на другой и объединяются в пряди, образующие кабель, к-рый при помощи спец. машины обматывается тонкой проволокой. Каждый из двух кабелей висячего моста через пролив Золотые Ворота диаметром 914 мм был образован из 61 пряди по 452 проволоки в каждой и весил 9500 т. Средняя скорость прядения кабеля составляла 768 т в месяц. После окончания монтажа кабелей к ним подвешиваются подвески, балки жесткости и проезжая часть. К висячим мостам относятся вантовые мосты , система ферм к-рых обеспечивает работу всех элементов на растяжение, а также балочно-вантовые мосты
Лит .: Передерий Г . П ., Курс мостов , т . 1-3, 6 изд ., М ., 1944-51; Steinman D. В ., A practical treatise on suspension bridges, N.Y.-L., 1929.
Страница 2 из 6
Висячие мосты простейших типов известны в странах Европы, Азии, Африки и Америки со времени возникновения устойчивой сети дорог, развития торговли и обмена. Идея использования висячей конструкции при устройстве мостовых переходов закономерно возникала на определенном уровне развития производительных сил на разных континентах и у разных народов. В центральной Азии и на Кавказе при переходах через горные реки строили узкие висячие мосты без перил (рис. 7.3). В Южной Америке, по свидетельству Гумбольдта, для перехода через реку использовали мосты на канатах, сплетенных из растительных волокон, прикрепленных к вершинам деревьев. Металлические цепные висячие мосты начали строить в Англии в эпоху промышленной революции с 40-х годов XVIII в.
Рис. 7.3 - Висячий мост в Центральной Азии
Конструктивные схемы висячих мостов позволяют, как правило, создавать сооружения, обладающие большой архитектурной выразительностью, благодаря четкому выделению несущей конструкции и ее опорных точек. Такие мосты хорошо «читаются» на фоне городской застройки. Они неоднократно возводились в ряде крупных городов Европы и Америки. В нашей стране при реализации плана реконструкции Москвы в 1936 г. через р. Москву по проекту инж. Б. П. Константинова построен висячий мост, получивший название Крымского по древнему названию существовавшего здесь брода. Крымский мост имеет отдельно стоящие пилоны при рекордной ширине проезда (см. рис. 7.1 в предыдущей лекции). Такое решение потребовало специальных динамических расчетов, подтвердивших надежность сооружения. Мост весьма успешно эксплуатируется до настоящего времени и является одним из красивейших мостов Москвы.
Первый из мостов, центральный пролет которого превышает километровый рубеж, построен в Сан-Франциско в 1937 г. через пролив Золотые Ворота. Глубина пролива по оси перехода, достигающая 115 м, а также особые условия судоходства у входа в гавань крупнейшего порта тихоокеанского побережья США продиктовали выбор висячей схемы сооружения. Вес каждого из пилонов, выполненных в основном из углеродистой стали, составлял 220 000 кН. В верхней части пилонов на длине 60 м применена более прочная кремнистая сталь. Поперечное сечение пилона - ячеистое, развитое вдоль и поперек моста (рис. 7.4). Форма поперечного сечения позволяет легко изменять по высоте площадь и момент инерции в соответствии с требованиями расчета и характером силовых воздействий на пилон. Площадь поперечного сечения пилона в верхней части 25 100 см 2 , в нижней, у основания - 48 600 см 2 . Кабели заделаны в массивы из бетона объемом по 24 500 м 3 , опирающиеся на скальное основание. Несущий кабель состоит из 61 пряди по 452 проволоки в каждой и имеет диаметр 921 мм. Расстояние между фермами жесткости 27, 42 м. Ширина проезжей части 18,28 м рассчитана на шесть полос автомобильного движения с тротуарами по 3,35 м. Интенсивность постоянной нагрузки в среднем пролете 321 кН/м и в боковых - 302 кН/м, а временной для всего моста - 595 кН/м, т. е. постоянная нагрузка превосходит временную примерно в 5,4 раза.
Рис. 7.4 - Поперечные сечения пилонов мостов: а - Золотые Ворота; б - Веррацано-Нерроуз
Мост через пролив Золотые Ворота сдан в эксплуатацию за 3 года до Такомской катастрофы и имеет не совсем благоприятное отношение ширины к центральному пролету. Сооружение в целом чувствительно к ветру и отнесено к недостаточно устойчивым.
При сооружении во Франции Танкарвильского моста через р. Сену на автомобильной дороге Гавр-Руан, открытого для движения в 1959 г., была реализована идея надежной связи между кабелем и верхним поясом фермы жесткости в середине пролета (рис. 7.5). Такая связь при условии закрепления фермы жесткости от горизонтальных перемещений на одной из опор сильно затрудняет развитие наиболее опасных кососимметричных форм колебаний пролетного строения и повышает аэродинамическую устойчивость пролетного строения. При выборе конструкции пролетного строения были приняты меры для уменьшения ее лобового сопротивления при боковом ветре. Конструкция проезжей части в виде тонкой плиты расположена на балках, прикрепленных к узлам жесткости. Сквозная конструкция для ветрового потока значительно меньшее препятствие, чем балка жесткости со сплошной стенкой Такомского моста.
Рис. 7.5 - Танкарвильский мост, 1959 г
Массивный устой в левобережной пойме р. Сены оказался необходимым в связи с обеспечением подмостового габарита. Выход скальных пород на правом берегу позволил отказаться от устройства дорогостоящего устоя и заанкерить кабели непосредственно в скале в наклонных штольнях.
В ноябре 1964 г. в США был сдан в эксплуатацию один из крупнейших в мире висячих мостов в устье р. Гудзон у входа в Нью-Йоркскую гавань, названный по имени итальянского мореплавателя Джиованни да Веррацано, впервые исследовавшего в 1524 г. гавань, на берегах которой впоследствии возник Нью-Йорк. Мост построен на скоростной автостраде в Нью-Йорке вместо ранее существовавшей паромной переправы. Пропускная способность моста, рассчитанного на 12 полос движения, составляет 48 млн. автомобилей в год (рис. 7.6). Центральный пролет моста 1300 м, общая длина с подходами 4178,5 м, а висячей части 2040 м. Каждый из четырех несущих кабелей, расположенных попарно, имеет диаметр 915 мм и сформирован из 61 проволочной пряди, составленной из 428 параллельных стальных проволок диаметром по 5 мм с пределом прочности 1580 МПа. Разрывное усилие для кабеля достигает 1 000 000 кН, Мощные стальные рамы обеспечивают неизменность контура формы жесткости. Железобетонная плита проезжей части вместе с системой продольных балок и связей и неизменяемыми боковыми гранями ферм скомпанована в замкнутую пространственную конструкцию трубчатого типа, обладающую высокой жесткостью при кручении. Верхняя и нижняя проезжие части разделены продольными барьерами на две половины для трех полос движения, каждая из которых имеет ширину 3,75 м. Проезжая часть имеет 2%-ный уклон от середины главного пролета к устоям.
Рис. 7.6 - Мост Веррацано-Нерроуз, 1964 г.
Общая масса несущих кабелей - 31787 т; расход высокопрочной стали на сооружение висячей части моста составляет 108 840 т, на подходы - 18140 т. Расход арматурной стали на висячую часть моста - 21 768 т. и на подходы 9070 т, бетона соответственно - 459 000 и 84 150 м 3 .
По сравнению с мостом Золотые Ворота нагрузка на кабели возросла на 75%, что вызвано утяжелением конструкции проезжей части и увеличением числа полос движения транспорта. Повышение уровня натяжения несущих кабелей существенно увеличило жесткость пролетного строения. Допустимые напряжения для кабелей 600 МПа.
Каждая из подвесок образована четырьмя парами стальных канатов диаметром по 56 мм. Пара подвесок образует петлю, огибающую укрепленный на кабеле стальной хомут, стянутый болтами. С учетом места расположения моста большое внимание было уделено выбору конструктивных форм и архитектуре моста. Удачна форма стальных пилонов, имеющих спокойный силуэт без лишних деталей, что подчеркивает грандиозные масштабы сооружения.
Интересен самый большой в мире висячий мост под двухъярусную совмещенную езду, построенный в 1966 г. в Лиссабоне через р. Тахо. Особое внимание в его конструкции уделено сейсмостойкости сооружения, поскольку Лиссабон расположен в тектонически активной зоне побережья Атлантического океана и неоднократно подвергался сильным землетрясениям. Расчетную схему моста проверяли на возможное воздействие землетрясения путем решения на ЭВМ соответствующей динамической задачи о кинематическом возбуждении колебаний с определением инерционных сил и внутренних усилий в системе.
При этом в расчете была использована реальная запись одного из сильных землетрясений, наблюдавшегося в Калифорнии.
Мост предназначен для пропуска двухпутной железной дороги и шести полос автомобильного движения, причем ввод сооружения в эксплуатацию был предусмотрен в две очереди. Строительство первой очереди предназначено для пропуска 20 000 авт./сут. по четырем полосам движения (рис. 7.7 и 7.8, а). Вторая очередь обеспечит расширение верхнего проезда до шести полос и прокладку двухпутной железнодорожной колеи (рис. 7.7 и 7.8, б). В связи с возрастанием расчетной временной нагрузки висячее пролетное строение должно быть усилено за счет устройства системы дополнительного кабеля и прямолинейных вант, поддерживающих узлы фермы жесткости. Стальные конструкции моста при этом не потребуют усиления, так как они изготовлены из высокопрочной-легированной стали с пределом прочности до 950 МПа. Заводские стыки конструкций пилонов выполнены на заклепках, а балок жесткости - на сварке. Все монтажные стыки - на высокопрочных болтах.
Рис 7.7 - Левая (а) и правая (б) части моста Тахо. 1966 г.: № 1-7 номера опоры моста
Рис. 7.8 - Поперечный разрез фермы жесткости моста Тахо
Представляют интерес также некоторые технико-экономические данные моста.
Расстояние между устоями - 2277,64 м, между кабелями -23,5 м. Высота подмостового габарита - 70,1 м (см. рис. 7.7 и рис. 7.8). Каждый кабель сформирован из 87 проволочных прядей по 304 оцинкованных проволоки диаметром 4,9 мм. Дополнительный кабель предусмотрен из 20 тросов диаметром по 67 мм; длинные ванты вставлены из 12 таких же тросов.
Фундаментами пилонов служат опускные колодцы (рис. 7.9), при этом основание опоры № 3 под южным пилоном заложено на рекордной глубине -- 79,3 м ниже уровня воды. Высота пилонов над водой - 190,5 м. Расход материалов на мост - 72600 т стали и 263000 м 3 бетона.
Рис. 7.9 - Промежуточные опоры № 4 и 5 (см. рис. 7.7)
Один из наиболее совершенных и перспективных типов висячих мостов - мосты с наклонными подвесками . В ЦНИИпроектстальконструкции в 1972 - 1973 гг. запроектирован висячий трубопровод с нагонными подвесками и главным пролетом 390 м для перехода через р. Амударью на газопроводной магистрали Бухара-Урал, а в 1974 г. построен висячий трубопровод с пролетом 680 м тоже через р. Амударью.
Выдающиеся по своим техническим данным мосты с наклонными подвесками построены в Англии. Первые аэродинамические испытания были начаты английской Национальной физической лабораторией в связи с разработкой проектов Фортского и Севернского мостов, последний из которых построен по схеме с наклонными подвесками и открыт для движения в 1965 г.
Основные конструктивные решения, примененные в проекте Севернского моста, были впоследствии использованы при строительстве мостов через проливы Босфор и Хамбер. Балки жесткости этих мостов имеют хорошо обтекаемую форму поперечного сечения и представляют собой замкнутые металлические коробки малой высоты, присоединенные к кабелям при помощи наклонных подвесок, образующих жесткую решетчатую конструкцию. Мост через пролив Босфор (рис. 7.10) сдан в эксплуатацию в октябре 1973 г. и предназначен для пропуска шести полос автомобильного движения. Общая стоимость его составила 36 млн. долл. Мост расположен в сейсмической зоне и рассчитан на сейсмическое воздействие, эквивалентное ускорению 0,1 g.
Рис. 7.10 - Висячий металлический мост через пролив Босфор