Висячие и вантовые мосты

Министерство образования  и науки РФ   Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего профессионального образования   «Ярославский государственный  технический университет» Кафедра «Гидротехническое и дорожное строительство»                                                             Контрольная работа                                                                 защищена с оценкой ______                                            Руководитель                                             преподаватель                                                                            ________ Биренбаум Ф.В.         Контрольная работа Дисциплина "Инженерные сооружения на транспорте" Тема: Висячие и вантовые системы мостов   ЯГТУ 270205.65 - к/р                        Нормоконтролер                                  Задание выполнил          преподаватель                                     студент гр. ДСАД-37          _________ Биренбаум Ф.В.          _________ Куприянов М.Ю.          «___ »____________2013                    «___»___________2013             2013

 

 

Содержание

 

 

Введение ………………………………………………………….3

Инженерные особенности висячих  конструкций ……………………….5

Висячие мосты……………………………………………………7

Вантовые мосты………………………………………………….14

Заключение………………………………………………………18

Список использованных источников…………………………..19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

       Висячие мосты и вантовые (как тип висячих) — мосты, в которых основная несущая конструкция выполнена из гибких элементов (кабелей, канатов, цепей и др.), работающих на растяжение, а проезжая часть подвешена. 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.

       Преобладающее большинство металлических сооружений и конструкций выполняется из стали, которая в современном строительстве остается одним из основных видов строительных материалов.    Благодаря высокой прочности стальные конструкции оказываются более легкими и технологичными при возведении сооружений любых размеров. В промышленном и гражданском строительстве в применении металлических конструкций наблюдается тенденция роста, несмотря на широкое использование железобетона (их доля от общего числа сооружений — примерно 15–25%).  Тем не менее основной и более дешевый строительный материал – железобетон – не мешает использованию стали, без которой он и сам не может существовать как композитный материал.    Стремление перекрывать большие пространства выражено наиболее ярко в строительстве. Особое положение в нем занимают так называемые висячие и вантовые сооружения – самые эффективные при перекрытии акваторий огромных размеров. В современной мировой практике максимальная длина пролета приближается к двухкилометровому рубежу и составляет 1991 м. Построено небольшое количество висячих сооружений, но с точки зрения их экономичности, эстетической значимости и влияния на окружающую среду они представляют определенный интерес.  

Висячие мосты находят наиболее удачное применение в случае большой длины моста, невозможности или опасности установки промежуточных опор (например в судоходных местах). Мосты такого типа выглядят очень гармонично, одним из наиболее известных и красивых примеров является мост Золотые Ворота, расположенный на входе в бухту Сан-Франциско. 

 

 

 

Рисунок 1. - мост «Золотые Ворота» (висячий)

Основные несущие тросы (или цепи) подвешивают между установленными по берегам пилонами. К этим тросам крепят вертикальные тросы или балки, на которых подвешивается дорожное полотно основного пролёта моста. Основные тросы продолжаются за пилонами и закрепляются на уровне земли. Под действием сосредоточенной нагрузки несущая конструкция может изменять свою форму, что уменьшает жёсткость моста. Для избежания прогибов, в современных висячих мостах дорожное полотно усиливают продольными балками или фермами, распределяющими нагрузку.

Конструкции, в которых дорожное полотно поддерживается системой прямолинейных канатов, закреплённых непосредственно на пилонах называются вантовыми.

Рисунок 2. – мост «Русский» (вантовый)

 

Инженерные особенности  висячих конструкций

В 1834 г. Был изобретен проволочный трос – новый конструктивный элемент, нашедший очень широкое применение в строительстве, благодаря своим замечательным свойствам – высокой прочности, малой массе, гибкости, долговечности. В строительстве проволочные тросы были впервые применены в качестве несущих конструкций висячих мостов, а затем уже получили распространение в большепролетных висячих покрытиях.

Основными несущими элементами висячих  конструкций являются гибкие тросы, ванты, цепи или кабели. Они работают только на растяжении и несут подвешенные к ним ограждающие горизонтальные, а иногда и вертикальные конструкции. Их достоинством является то, что работа пролетного элемента на растяжение позволяет максимально использовать расчетное сопротивление высокопрочных сталей, перекрывая большие пролеты при относительно невысоком расходе материалов, а недостатком – повышенная деформативность и кинематическая податливость. Стабилизация конструкции достигается:                              

1. предварительным напряжением вант, осуществляемым монтажным пригрузом, домкратами, электротермическим методом и др.;
2. применением конструктивных форм повышенной жесткости (предварительно напряженных двухпоясных систем, вантовых ферм и др.);    
3. использованием гибких пролетных элементов, обладающих наряду с осевой также и изгибной жесткостью;
4. предварительным напряжением опорного контура.  

Основные напряжения в висячем мосте — это напряжения растяжения в основных тросах и напряжения сжатия в опорах, напряжения в самом пролёте малы. Почти все силы в опорах направлены вертикально вниз и стабилизируются за счёт тросов, поэтому опоры могут быть очень тонкими. Сравнительно простое распределение нагрузок по разным элементам конструкции упрощает расчёт висячих мостов. Под действием собственного веса и веса мостового пролёта тросы провисают и образуют дугу. Ненагруженный трос, подвешенный между двумя опорами, принимает форму т. н. «цепной линии». Если весом тросов можно пренебречь, а вес пролёта равномерно распределён по длине моста, тросы принимают форму параболы. Если вес троса сравним с весом дорожного полотна, то его форма будет промежуточной между цепной линией и параболой.

 

Достоинства висячих мостов:

• Основной пролёт можно сделать очень длинным при минимальном количестве материала. Поэтому использование такой конструкции очень эффективно при строительстве мостов через широкие ущелья и водные преграды. В современных висячих мостах широко применяют проволочные кабели и канаты из высокопрочной стали с пределом прочности 2—2,5 ГН/м², что существенно снижает собственный вес моста.
• Висячие мосты могут быть построены высоко над водой, что обеспечивает прохождение под ними даже высоких судов.
• Отсутствует необходимость ставить промежуточные опоры, что даёт большие преимущества, например, в случае горных разломов или рек с сильным течением.
• Будучи относительно податливыми, висячие мосты могут, без ущерба для целостности конструкции, изгибаться под действием сильного ветра или сейсмических нагрузок, тогда как более жёсткие мосты нужно строить более крепкими и тяжёлыми.

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.

Вантовые висячие металлические  конструкции являются распорными системами. Распор висячего элемента может передаваться непосредственно в фундаменты, разомкнутый опорный контур или восприниматься в уровне покрытия опорными конструкциями (замкнутый опорный контур).  Висячие конструкции могут быть плоскими и пространственными. В плоскостных системах помимо одиночных параллельных несущих тросов используют опорные пилоны, через которые перекинуты тросы и специальные анкерные крепления тросов к фундаментам, воспринимающим вертикальные и горизонтальные опорные реакции. В пространственных системах обязательным конструктивным элементом помимо рабочих тросов является жесткий опорный контур (железобетонный или стальной), воспринимающий распор от системы тросов, которые образуют криволинейную поверхность для укладки покрытия. Вертикальные реакции покрытия передаются на стойки, поддерживающие опорный контур, или другие вертикальные конструкции.

Развитие железобетонных мостов повлекло большое применением преднапряженных конструкций, использование которых изменило пропорции мостов, сделав их более легкими.

 

Технология начинает приобретать особое значение с середины 60-х гг. XX в. Явление это носит  общий характер и затрагивает  не только строительство, но и все  остальные виды производственной деятельности. В мостостроении технологический фактор присутствовал всегда. Однако никогда  
технологический процесс не определял в такой степени конечную форму постройки. Выбор конструкции для моста стал в значительной степени определяться удобством применения той или иной технологической схемы. Процесс строительства оказывает влияние на новые конструктивные разработки; появился термин "технологичная" и "нетехнологичная" конструкция. Одним из современных способов монтажа железобетонных пролетных строений является навесная сборка или ее разновидность при строительстве мостов из монолитного бетона - навесное бетонирование. Ее популярность привела к появлению большого количества рамно-консольных и рамно-подвесных мостов.

Висячие мосты

Висячие 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.