Висячие (подвесные) мосты

Висячие мосты, в которых балка жесткости поддержана свободно провисающим канатом (кабелем, цепью) известно очень давно. Но в современном виде эта конструкция впервые появилась в Америке.

История висячих (подвесных)  мостов

В 1801 году в штате Пенсильвания мировой судья Джеймс Финлей (James Finley) построил первый, подвешенный на железных цепях мост, с пролетом 21 м, в 1808 году он получил на свою систему патент, а в 1810 году опубликовал работу «Описание патента цепного моста». До своей кончины в 1828 году Финлей запроектировал еще около 13 мостов, большинство из которых разрушилось. Вторым его мостом в 1807 году был мост с пролетом 39 м. Далее строительство висячих мостов пошло очень быстро, особенно в Америке.

Первые висячие мосты в Европе были построены в России в Петербурге. Фран­цузский инженер П. П. Базен в 1823 г. построил пешеходный мост с пролетом 15.25 м в Екатерингофском парке. Инженер-полковник Г.М. Треттер совместно с инженером-майором В.А. Христиановичем построили 2 цепных моста через Фонтанку. В 1824 году был построен Пантелеймоновский мост с пролетом 43 м и шириной 10.7 м. Стрела цепи = 1/10 пролета.

В поперечном сечении на Пантелеймоновском мосту было размещено пять плоскостей цепей — по две на краях и одна по центру. Мост был разобран в 1907 году.

Стоимость моста составила 161260 руб. В 1826 году был построен Египетский мост с пролетом 54.8 м и шириной 11.7 м, и со стрелой цепей =1/10 пролета. В поперечном сечении было размещено три плоскости цепей. Конструкции обоих мостов были изготовлены на заводе Берда в Петербурге.

Египетский мост обрушился в 1905 году в морозный день под нагрузкой кавалерийского эскадрона и 11 саней, как предполагают, из-за разрушения звена цепи. Английские инженеры в середине 19 века построили в Европе выдающиеся мосты. Так, в 1849 году английским инженером Кларком был построен известный висячий мост в Будапеште с пролетом 209 м.

Мосты под гужевой транспорт через большие реки в это время почти не строились. Но в 1853 году было закончено строительство большого цепного моста через Днепр в Киеве. Мост был длиной 777 м с пролетами по 139 м и отдельным разводным пролетом. Строительство длилось 5 лет. Стоимость составила 2.35 млн. рублей.

Ширина моста 16 м, ширина проезда 10 м. Все стальные конструкции 1600 т были изготовлены в Бирмингеме в Англии, на 16 пароходах доставлены в порт Одессу, и далее на волах перевезены в Киев. Мост был рассчитан на нагрузку 520 кг/м2. За проезд по мосту бралась плата: 6 копеек за корову, 9 за коня и 15 за автомобиль. В 1912 году по мосту проложили трамвайную линию.

Мост был построен по проекту английского инженера Чарльза Виньйоля. В 1854 году серебряная модель моста была выставлена в Лондоне и исследователи считают, что эта модель послужила прообразом Бруклинского моста в Нью-Йорке.

В 1920 году войска гетмана Пилсудского взорвали крайний пролет, но после разрыва цепи произошло крушение всего моста. Мост в 1925 году был восстановлен по проекту Е. О. Патона и получил название мост им. Евгении Бош. Мост просуществовал до 1941 года.

Висячий (подвесной) мост Tower Bridge, London

Для увеличения жесткости висячего моста и уменьшения локальных прогибов применялась система, в которой кабели моста образовывалась из жестких плоских ферм. Мост Тауэр в Лондоне через Темзу был построен по проекту инженера Джона Вольфа-Берри (John Wolfe-Barry) и архитектора сера Хорейса Джонса (Sir Horace Jones).

Висячий мост Tower Bridge, London - stroyone.com

Висячие боковые пролеты размером по 82.3 м поддерживаются плоскими фермами, а центральный разводной пролет моста равен 79 м.

Кабели висячих мостов образовывали из ферм, стальных полос, цепей и, наконец, канатных элементов. Фермы жесткости могли иметь сложную конфигурацию.

Висячий (подвесной) мост Williamsburg Bridge

Висячий мост Williamsburg Bridge - stroyone.com

 

На рисунке показана гравюра поперечного сечения двухъярусной балочной фермы моста Вильямсбург в Нью-Йорке в ее первоначальном виде в 1903 году. Свой современный вид и конструкцию подвесные мосты приобрели в 20 веке:

  • кабель подвесного моста стал состоять из проволок;
  • подвесками стали канатные элементы;
  • пилоны стали иметь малую изгибную жесткость;
  • балка жесткости стала обладать значительной изгибной и крутильной жесткостью.

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Наибольший висячий (подвесной) мост Верецано-Неровз (Verrazano-Narrows Bridge) построенный в Северной Америке. Основной пролет длиной 1298 м. Мост был открыт для движения в 1964 г. Мост проложен в Нью-Йорской гавани, и его 214-метровые пролеты высотой как семидесяти этажный дом.

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Четыре троса, каждый три фута в диаметре, стоят больше, чем весь мост Золотые Ворота. Для его строительства необходимо было около 240 тыс. км провода, этого достаточно, чтобы обвести Землю почти восемь раз. Типичное поперечное сечение моста двухъярусная плита, которая обеспечивает 12 полос движения.

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Мост назван в честь первого европейца достихшего бухты Нью-Йорка и реки Гудзон. Строительство моста началось в августе 1959 года и через 5 лет, в ноябре 1964 года, было запущено движение по верхнему уровню моста. Движение по нижнему уровню запустили только через 10 лет в 1969 году.

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Стоимость строительства составила 320 миллионов долларов.
Мост — двухуровневый, на каждом из уровней находится по шесть полос для движения автотранспорта, по три в каждую сторону. Движение грузового транспорта разрешено только по верхнему уровню

Поперечное сечение подвесного моста Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Поперечное сечение подвесного моста Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

 

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Висячий (подвесной) мост Веррацано-Нарроус (Verrazano-Narrows Bridge)

Проезд по мосту в сторону Стэйтен-Айлэнда платный — 13 долларов, обратно в Бруклин проезд бесплатный. В 2008 году, по мосту ежедневно проезжало около 190 000 автомобилей
Высота моста над морем составляет 69,5 метров и эта величина является одним из ограничений при проектировании и строительстве современных круизных судов

Подвесной мост Хамбер (Humber Bridge)

Подвесной мост Хамбер через р. Северн в Англии, завершен в 1981 году.Имеет главный пролет длиной 1411 м и был до 1998 самым длинным подвесным мостом в мире. Этот мост более ажурный, чем Верецано-Неровз, имеет четыре полосы движения.

Humber Bridge

Humber Bridge

Нетипичный настил, для которого используют балки коробчатого гексагонального сечения вместо привычных ферм жесткости, и подвешивания на наклонных подвесках уменьшают как вес, так и стоимость моста.

поперечное сечение Humber Bridge

Поперечное сечение Humber Bridge

Пилоны высотой 162,5 м и 41,275 м над уровнем воды смещены от параллели на 34,925 м и учитывают кривизну земли.
Вместе с боковыми пролетами городов тянется на 2,2 км

Подвесной мост Цинма (Tsing Ма bridge)

Подвесной мост с самой длинным пролетным строением для совместного с железнодорожным автомобильным движением. Мост ЦинМа строили в Гонконге в 1992-1997 г.

Подвесной мост Цинма (Tsing Ма bridge)

Подвесной мост Цинма (Tsing Ма bridge)

Его отрыли для движения в апреле 1997 г, за несколько месяцев перед тем, как Гонконг вернули Китаю. Мост построен на дороге в новый аэропорт Chek Lap Кок.

Он имеет центральный пролет длиной 1377 м, боковой 359 м (также висячей системы) и 300-метровую часть — трехпролетная неразрезная балка

Подвесной мост (Tsing Ма bridge)

Центральный пролет поддерживают два кабеля диаметром 1100 мм. Балка жесткости в поперечном сечении имеет размеры 41,0×7,3 м. По конструкции она является комбинированной и сочетает ферму с сплошной коробчатого балкой.

Фундамент и конструкция опор висячего (подвесного) моста

Одна опора построена со стороны острова Цин И, а другая — в 120 метрах от побережья искусственного острова Мавань. Пилоны выше уровня моря на 206 метров. Пилоны (опоры) представляют из себя стойки связанные между собой поперечинами. Опоры (пилоны) запроектированы из высокопрочного бетона по технологии непрерывного бетонирования с применением передвижной опалубки.

Закрепление висячего моста

Силы натяжения в тросах уравновешены большими опорными сооружениями, расположенными с обеих концов моста. Это массивные бетонные конструкции, глубоко заделанные в землю на побережье островов Цин И и Мавань. Общий вес бетона, использованный при создании двух пилонов — примерно 300 000 тонн.

Основные тросы висячего моста

Тросы были сформированы подвесным методом. Процесс протяжки, обеспечивался подачей проволоки с постоянным натяжением и вытягиванием от одной опоры к другой.70 000 проволок, диаметром 5,38 мм каждая были объединены в основной трос диаметром 1,1 метр, проходящий через 500-тонные чугунные салазки наверху каждой опорной башни моста.

Пролетное строение висячего моста

Висячий (подвесной) мост Tsing Ма bridge

Висячий (подвесной) мост Tsing Ма bridge

Металлическое пролетное строение было изготовлено в Великобритании и Японии. После доставки произвели укрупнение в монтажные блоки г. Дунгуаньв Китае. Всего было подготовлено 96 монтажных элементов, каждый 18 метров длиной и весом 480 тонн.

Монтажные блоки были доставлены на место монтажа сделанными специально для этого баржами и устанавливались двумя консольными кранами, которые перемещались по мере укрупнения блоков пролетного строения.

Висячий (подвесной) мост Tacoma Narrows Bridge

Частоты крутильных колебаний должны быть больше изгибных. Последнее требование стало определяющим при проектировании больших мостов, особенно после анализа обрушения Такомского моста.

Висячий мост Tacoma Narrows Bridge 1940 - stroyone.com

Мост был построен в июле 1940 году по проекту Леона Моиссеева (Leon Moisseiff) в штате Вашингтон. Длина подвесного пролета 853 м. Первоначальная ширина и высота балки составляли 11.9 и 2.4 м, соответственно.

Другими словами балка была очень тонкой и имела малую изгибную жесткость и, что особенно важно малую крутильную жесткость. Как выяснилось впоследствии, частота крутильных колебаний балки была меньше частоты изгибных колебаний, что привело к появлению изгибно-крутильного флаттера (см.главу «Динамические расчеты»).

Разрушение моста произошло всего через четыре месяца после его открытия под действием бокового ветра скоростью 20 м/с в результате колебаний с большой амплитудой и низкой частотой (галопирования). После этого обрушения аэродинамические испытания мостов с подобными центральными пролетами стали обязательными.

Мост был восстановлен с существенным изменением параметров балки только через десять лет (рис.2.31). Новые ширина и высота балки составили 18.3 и 10 м, т.е.высота балки была увеличена в четыре раза..

Висячий мост Tacoma Narrows Bridge 1950- stroyone.com

Висячий мост Tacoma Narrows Bridge 1950

Висячий (подвесной) мост Золотые Ворота в Сан-Франциско

Золотые Ворота в Сан-Франциско в США. Мост стал культовым сооружением для США и Голливуда. Автором моста является Чарльз Элис (Charles Ellis), который разработал принципиальные решения, хотя проектированием руководил Жозеф Страус (Joseph Strauss), который ранее выдвигал идею перекрытия залива при помощи консольно-подвесной системы.

Известный подвесной мост Голден Гейт ( «Золотые Ворота»), построен в 1937, имел 1281-метровый главный пролет и два крайних размером 343,1 м каждый, общая длина подвесной конструкции составляла 1967 м.

Пилоны в высоту достигали 227,5 м и опоры которых погружены на глубину 30,5 метров Для устранения возможных повреждений моста от землетрясения его фундаменты были погружены в скалу на 7,6 м.

Общая ширина мостового перекрытия составляет 24,7 м и состоит из 18,3-метровой ширины проезжей части и двух ширин тротуаров по 3,2 м. Два канаты подвесного моста, каждый по 91,4 см в диаметре держат конструкцию на высоте 67,1м над уровнем моря

Висячий мост The Golden Gate Bridge, San Francisco - stroyone.com

Висячий мост The Golden Gate Bridge, San Francisco

Строительство моста началось в январе 1933 года и уже через четыре с половиной года, 27 мая 1937 года мост был открыт для движения.

Параметры подвесного моста

  • центральный пролет = 1280 м;
  • высота пилонов 227.4 м;
  • высота фермы = 7.6 м;
  • ширина фермы = 27.4 м;
  • кабель диаметром 1 м состоит из 27000 проволок;
  • вес каждого кабеля 7 125 т.

Через 75 лет рядом с первым Фортским мостом был построен второй, но уже висячей системы. Работы были начаты в 1958 году и окончены в 1964. Автодорожный мост был построен по схеме 408 + 1006 + 408 м. Высота фермы жесткости 8.4 м, а ширина 23.8 м.

Висячие мосты один из которых The Forth Road Bridge 1964 - stroyone.com

Висячий мост The Forth Road Bridge 1964

За прошлый век было построено более десятка висячих мостов с пролетами более километра. Во многих из них были воплощены новые и интересные идеи. Очень интересным сооружением является мост в Дании через пролив большой Бельт с пролетом 1624 м, построенный в 1998 году.

Подвесной мост Акаси-Кайкё (akashi kaikyo)

Но рекордсменом является подвесной мост, построенный в 1998 году в Японии. Это мост Акаши с центральным пролетом 1990.8 м.

Висячие мосты один из которых Акаси-Кайкё (akashi kaikyo) - stroyone.com

Висячий мост Акаси-Кайкё (akashi kaikyo)

Мост через пролив Акаши соединяет западную часть города Кобе и острова Авадзи, и лежит на одном из трех маршрутов, соединяющем острова Хонсю и Шикоку. Строительные работы по сооружению фундаментов моста были начаты в 1988 году.

Мост настолько огромен, что обычные при других масштабах элементы становятся очень сложными. На этом мосту видно, как количество переходит в качество.

Мессинский мост (стадия проект)

Планы постройки моста, совмещенного под рельсовый транспорт и автодвижение, который должен связать Сицилию с континентальной Италией и пересечь Мессинский пролив, существуют уже давно. Мост в этом месте действительно нужен, так как ожидаемая интенсивность движения должна составить 50000 автомобилей и 120 поездов в сутки.

Но стоимость такого моста будет огромной. Поэтому экономическая целесообразность его строительства даже при условии платного проезда остается под вопросом, поскольку окупаемость наступит не скоро. Ранее сама идея реализации такого проекта выглядела фантастической, так как мост казался нереализуемым по следующим причинам:

  • ширина зеркала воды в створе моста составляет 3660 м, глубины более 100 м.
  • мост находится в активной сейсмической зоне, с ускорениями, равными 6 м/с2
  • (измеренными во время катастрофического землетрясения 1908 года)
  • расчетная скорость ветра составляет 216 км / ч (1 раз в 2000 лет)

На рисунке показаны основные инженерные решения из проекта висячего моста, совмещенного под рельсовый транспорт и автодвижение, имеющего центральный пролет 3300 м.

Мост перекрывает практически всю акваторию Мессинского пролива и обеспечивает гарантированный судоходный подмостовой габарит 65 м. Балка жесткости поддержана двумя парами кабелей диаметром 1.2 м и длиной 5300 м. Вес каждого кабеля из четырех составляет 41.6 тыс. т. Кабель состоит из 44352 параллельной проволоки диаметром 5.38 мм. Погонный вес одного кабеля 7.85 т/м.

Усилие в каждом из четырех кабелей от действия собственного веса кабеля равно 68 000 т, а усилие в каждом кабеле от полной постоянной нагрузки — 118 000 т. То есть, кабель несет сам себя на 58%, а балку жесткости только на 42%.

Длина парных подвесок, идущих через каждые 30 м от кабеля к балке, колеблется в пределах от 5 до 300 м. Расстояние между парами кабелей поперек моста равно 52 м. Кабели оперты на седла пилонов, расположенные на высоте 376 м над водой.

Конструкция балки жесткости

В отличие от стандартных решений (ферма или балка с аэродинамическим профилем), конструкция балки жесткости в этом проекте весьма оригинальна и подчинена аэродинамической устойчивости сооружения.

Плита проезда поддержана тремя независимыми балками: двумя балками автопроезда и одной балкой под рельсовый транспорт, профиль которых подчинен аэродинамической устойчивости пролетного строения. Эти отдельно идущие балки объединены поперечными балками шириной 52 м, идущие с шагом 30 м.

Подвесной Мессинский мост поперечник - stroyone,com

Подвесной Мессинский мост поперечник

За поперечные балки осуществляется подвес балки жесткости к кабелю парой подвесок. Покрытие проезда по ортотропным плитам балок автопроезда выполнено толщиной 38 мм на битумной основе. Аварийный проезд между балками выполняется по стальной решетчатой плите.

Такая необычная конструкция балки жесткости пролетного строения позволила проектировщикам решить две проблемы:

  1. Удалось создать широкую, поперечно жесткую и относительно легкую балку. Постоянная погонная нагрузка составляет всего 23 т/м, и включает в себя 2.85 т/м — вес балки под рельсовый транспорт, 0.98 т/м — вес верхнего строения пути, 6.37 т/м — вес каждой из балок автопроезда, 1.99 т/м — вес покрытия и 4.91 т/м — вес поперечных балок.
  2. Удалось создать аэродинамически устойчивую балку пролетного строения, позволяющую обеспечивать устойчивость сооружения при скорости ветра 270 км/ч. Это обеспечено за счет конфигурации балок, свободной циркуляции воздуха через плиту между балками, специальных обтекателей и т.п. Поперечное отклонение середины пролетного строения при скорости ветра 80 км/ч равно всего 2.5 м, что составляет менее 1/1320 пролета, а поворот не более 3%.

В этом проекте важен сам факт того, что инженеры в настоящее время способны создать сооружение таких грандиозных размеров, не применяя революционно новых материалов для кабелей.

Несомненно, самым интересным элементом этого сооружения является легкая и аэродинамически устойчивая балка жесткости. Концепция, положенная в ее конструкцию, заслуживает дальнейшего изучения и развития.

Поделиться:
4 Комментария

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.