Мосты с решетчатыми арками

15.06.2016

При увеличении длины перекрываемых пролетов эффективность сплошностенчатых арок снижается. Возрастание высоты арок из условий жесткости и несущей способности приводит к необходимости их разделения на монтажные блоки не только по длине, но и по высоте. Возникают трудности сварки толстых листов. Трудоемкость изготовления и монтажа существенно увеличиваются.
Из-за действия в арках изгибающих моментов прочность металла может использоваться полностью только в крайних волокнах сечений. Чем сечение выше, тем менее эффективно используется металл в стенках и тем тяжелее становится сплошностенчатая арка по сравнению со сквозной конструкцией.
Решетчатые арки имеют три крупнейших в мире арочных моста — через реку Годж в Западной Виргинии пролетом 518,3 м, Килл ван Кулл в Нью-Йорке пролетом 510,5 м и через Сиднейский залив в Австралии пролетом 502,9 м.
Двухъярусный мост через реку Годж с ездой поверху (рис. 8.13, а) построен в 1977 г. Его достопримечательностью является высота проезжей части над уровнем воды в реке — 267 м. По данному показателю это второе в мире сооружение после моста через реку Арканзас в США (321 м). Мост имеет стальные сквозные арки и надарочное строение, опирающиеся на относительно тонкие железобетонные стоечные промежуточные опоры.
Основными несущими элементами пролетного строения моста Килл ван Кулл (рис. 8.13, б) являются две двухшарнирные сквозные арки, расстояние между которыми равно 22,5 м. Шарниры помещены на оси нижнего пояса, имеющего стрелу 81 м или 1/6,3 пролета. Высота арок в замке 11 м, у пят — 21 м.
Недостатком принятой конструкции является неравномерное распределение продольного усилия в арке между поясами, особенно у пят. Здесь почти все усилие передается на нижний пояс, непосредственно опирающийся на опоры.
Мосты с решетчатыми арками

Пролетное строение моста через Сиднейский залив (рис. 8.13, в) также имеет две решетчатые арки, поставленные на расстоянии 30 м друг от друга. Высота арок в замке составляет 18,3 м, в пятах — 57,23 м. При принятых размерах верхний пояс арок располагается по всей длине выше проезжей части с учетом обеспечения требуемого габарита. В плоскости крайних стоек образованы порталы. Такое очертание арок называется портальным и имеет такие же недостатки, как у конструкции, описанной выше.
При разработке конструкции сквозных арок важное значение имеет унификация элементов и узловых соединений. В качестве примера можно привести пролетное строение под двухпутную железную дорогу длиной 151,3 м, разработанное институтом Проектстальконструкция (рис. 8.14).
С целью уменьшения типоразмеров элементов и узлов по длине и рисунку монтажных отверстий очертание поясов на протяжении средних восьми панелей принято по круговым кривым с длиной элементов верхнего пояса на этом участке 11000 мм и нижнего пояса 10280 мм. При этом на протяжении средних 10 панелей получились одинаковыми длины раскосов, рисунок заклепочных отверстий в узлах арочных ферм и элементы продольных и поперечных связей.
Мосты с решетчатыми арками

Принятый способ унификации длин элементов арочных ферм обусловил переменный шаг подвесок, уменьшающийся к пятам арок. При стандартной панели проезжей части 5,5 м это привело к внеузловому прикреплению поперечных балок к ветровым поясам (прогонам), расположенным в плоскости арок. В данном случае ветровые пояса воспринимают не только усилия от горизонтальной поперечной нагрузки, но также изгибающие моменты от временной нагрузки, что потребовало соответствующего увеличения их сечения. Все элементы — клепаные, Н-образные, выбранные из условия минимальной трудоемкости при изготовлении.
Для освобождения ветровых связей и продольных балок проезжей части от распора их разрезали в четвертой панели от каждого конца пролетного строения так, чтобы не изменилась передача горизонтальных поперечных и тормозных воздействий.
Достигается этой особой конструкцией центральных узлов продольных связей, расположенных у четвертых от конца поперечных балок. Они воспринимают поперечную нагрузку со стороны фермы связей между разрезами. Фасонка диагоналей связей не доходит до нижнего пояса четвертой поперечной балки на 40 мм, что необходимо для обеспечения независимых температурных деформаций проезжей части и связей, расположенных между разрезами.
К фасонке через прокладку прикреплена планка, выступающая в форме зуба за ее пределы. Она входит в паз, образованный вертикальными полками уголковых коротышей, приклепанных к нижней полке поперечных балок. Зуб не доходит до вертикальных полок поясных уголков также на 40 мм. Уголковые коротыши воспринимают поперечную нагрузку со стороны связей, расположенных между разрезами. Продольные усилия передаются за счет податливости подвесок и замыкания указанных выше зазоров.
Разрезы продольных балок выполнены так же, как и в балочных пролетных строениях, а разрезы ветровых поясов — по тем же принципам, что и разрезы балок.
Примером современной арочной конструкции с ездой посередине может служить новый железнодорожный Андреевский мост через Москва-реку в Лужниках, созданный в ОАО «Трансмост».
Пролетное строение с серповидными арками имеет длину 135 м и стрелу 21,35 м (1/6,3 длины пролета). Ее внешний вид аналогичен двухпутному пролетному строению старого моста начала XX в. Для обеспечения необходимого габарита и уменьшения распора от современной расчетной нагрузки C14 стрела арок увеличена на 6,35 м по сравнению со старой конструкций. Ось и пояса арок очерчены по круговым кривым, что позволило упростить заводское изготовление. При сравнительно небольшой собственной массе по сравнению с тяжелой железнодорожной нагрузкой, действующей с двух путей, отказ от параболического очертания арок вполне обоснован.
При разработке проекта моста применены современные подходы к проектированию металлических мостов. Конструкции изготовлены из сталей марок 15ХСНД и 10ХСНД. Заводские соединения выполняются на сварке, монтажные — на болтах. Разбивка на монтажные блоки произведена с учетом эффективного использования заводского оборудования, уменьшения трудоемкости при сборке и упрощения монтажных стыков.
Мосты с решетчатыми арками

Проезжая часть включает по две продольные балки под каждый путь, размещенные между арками, и две поперечные, опирающиеся на стойки или прикрепленные к подвескам (рис. 8.15). Крайние панели проезжей части равны 7,4 м, две следующие по 7,3 м. В центральной части длина панели и шаг подвесок приняты равными 8,3 м. Конструктивно проезжая часть не отличается от проезжей части двухпутных балочных мостов: продольные балки высотой ниже поперечных с постановкой столиков в нижних частях.
Сечения поясов арок — коробчатые с перфорированными нижними листами, элементов решетки — Н-образные. Узловые фасонки образованы за счет соответствующего развития вертикальных листов сечения поясов арки. Все монтажные стыки расположены вне узлов, поэтому конструктивно узловые соединения выполнены на заводе и в завершенном виде составляют часть сварных монтажных блоков верхнего или нижнего пояса. Между ними (блоками) установлены небольшие монтажные блоки вертикальных и диагональных элементов решетки арок. Максимальная длина монтажного блока составляет 17,3 м, максимальная масса — 16,7 т. Общая масса металла нового двухпутного арочного пролетного строения, рассчитанного под нагрузку Cl4, достигла 1457 т (9,93 т/м), в том числе: основные несущие арки — 45 %, проезжая часть — 22 %, связи 8 %, высокопрочные болты — 3 %, опорные части — 5 %, прочие части — 17 %.
Принятый способ разделения конструкций и внеузловые стыки (на фасонках-вставках) позволили упростить монтаж и эффективно использовать возможности современных заводских технологий.