Мост (сооружение)

Мост (далее М) сооружение, прокладывающее путь над препятствием. Различают М (сооружение): по виду преодолеваемого препятствия — М (сооружение) через реки и др. водотоки (собственно М (сооружение)), через дороги (путепроводы), через овраги и ущелья (виадуки, эстакады); по роду прокладываемого пути (по назначению) — железнодорожные мосты, автодорожные мосты, городские мосты, пешеходные мосты, М (сооружение) для совмещенного движения транспорта, для пропуска водных путей (М (сооружение)-каналы), для целей водоснабжения (акведуки), для пропуска газо- и нефтепроводов; по материалу основных частей — деревянные мосты, каменные мосты, железобетонные мосты, стальные мосты.

Стоимость возведения М (сооружение) составляет до 15% общих затрат на строительство дороги, а на современных скоростных автомагистралях и более. К М (сооружение) предъявляют особые требования в отношении их прочности, надежности и долговечности. Наряду с этим конструкции М (сооружение) должны отвечать требованиям индустриального изготовления и механизированного возведения и, следовательно, обеспечивать быстрые темпы строительства при высоком качестве выполнения работ.

М (сооружение), как правило, состоит из пролетных строений и опор. На пролетном строении моста расположены проезжая часть для транспорта, пешеходные проходы, трубопроводы. Различают пролетные строения речные (над судоходной частью реки) и береговые (над остальной ее частью). Проезжая часть на пролетном строении может быть расположена ниже основных несущих конструкций (езда понизу) или выше последних (езда поверху). Возможно и среднее расположение проезжей части (езда посередине). Промежуточные опоры М (сооружение) называют быками, а концевые — устоями. С помощью устоев осуществляется сопряжение М (сооружение) с насыпями подходов. Нагрузки на опоры от пролетного строения передаются через опорные части. Встречаются системы М (сооружение) (например, рамные), в которых пролетное строение составляет одно целое с опорой (в таких случаях опорные части не устраивают).

Основные размеры М (сооружение) (рис. 1): полная длина L; расчетные пролеты пролетных строений, измеряемые между центрами их опирания l₁, l₂, l₃; пролеты в свету между опорами l₀₁, l₀₂, l₀₃; ширина проезжей части и тротуаров. Положение конструкций по высоте характеризуется отметками (высотами над условным горизонтом) уровня проезда (УП), горизонта меженных (низких) вод (ГМВ), горизонта высоких вод (ГВВ), подошв фундаментов опор (ПФ). Длина М (сооружение) через водотоки зависит от отверстия М (сооружение) — суммы пролетов в свету между опорами за вычетом так называемых конусов насыпи. Отверстие М (сооружение) определяется гидравлическими расчетами.

Высота М (сооружение) (отметка УП), а также пролеты в свету для главных пролетов М (сооружение) через судоходные реки обычно определяются условиями пропуска судов. Для путепроводов длина пролетов в свету и отметка УП определяются габаритом нижележащей дороги. В остальных случаях уровень проезжей части обычно назначается по условиям трассирования дороги, проходящей по М (сооружение); число и длина пролетов выбираются, исходя из наименьшей стоимости М (сооружение), на основании сравнения нескольких вариантов. Ширина проезжей части и служебных тротуаров (габарит М (сооружение)), а также ширина и высота свободного пространства под М (сооружение) (судоходный габарит) должны обеспечивать пропуск сухопутного и водного транспорта ожидаемой интенсивности. В СССР ширина проезжей части М (сооружение) под один ж.-д. путь составляет 4,9 м (включая служебные тротуары). Для М (сооружение) под автомобильную дорогу ширина проезжей части назначается в зависимости от числа полос движения автомобилей (при ширине одной полосы 3,5—3,75 м).

По системе основных конструкций различают балочные мосты, арочные мосты, рамные мосты, висячие мосты, вантовые мосты, комбинированные М (сооружение) Особую группу образуют наплавные мосты, разводные мосты и сборно-разборные М (сооружение)

Балочные М (сооружение) имеют пролетные строения с несущими конструкциями в виде сплошных балок или сквозных ферм: простых, неразрезных (рис. 2, а) или консольных, с выходящими в соседний пролет концами (консолями), соединенными с помощью шарниров или подвешенных к ним простых балок (рис. 2, б). Неразрезные балки по сравнению с простыми несколько сложнее по конструкции, однако они экономичнее и обеспечивают более плавный профиль проезда по М (сооружение), что особенно важно при высоких скоростях движения.

Арочные М (сооружение) (рис. 2, в) требуют (по сравнению с балочными) меньших затрат материалов на пролетные строения. С другой стороны, опоры арочных М (сооружение) в конструктивном отношении должны быть достаточно развиты для восприятия горизонтальных сил, и поэтому стоимость их возведения обычно выше, чем опор балочных М (сооружение) Применением затяжки (рис. 2, г) можно освободить опоры от действия распора, но в этом случае возрастают затраты на устройство пролетного строения.

Рамные М (сооружение) имеют опоры (колонны, стойки), жестко соединенные ригелями с пролетными строениями. Ригель может быть соединен с несколькими стойками (рис. 2, д). В современном мостостроении получили также распространение М (сооружение), состоящие из отдельных Т-образных рам, соединенных шарнирами (рамно-консольные М (сооружение)) или балками, подвешенными к концам ригелей (рамно-подвесные М (сооружение), рис. 2, е).

Висячие М (сооружение) (рис. 2, ж) по своей работе схожи с арочными, но в отличие от последних несущий элемент висячих М (сооружение) расположен выпуклостью вниз и растянут, а распор действует на опоры в направлении внутрь пролета. К висячим М (сооружение) близки по своим конструктивным особенностям вантовые М (сооружение) (рис. 2, з).

В несущих конструкциях М (сооружение) комбинированных систем используют совместно части М (сооружение) разных типов (например, балочных и арочных).

Историческая справка. Капитальные М (сооружение) начали строить в эпоху рабовладельческого общества. В Древнем Риме, имевшем развитую сеть дорог (их общая протяженность составляла около 75 тыс. км), было сооружено много каменных и деревянных М (сооружение) и акведуков. Частично сохранившиеся каменные М (сооружение) имели сплошные, преимущественно полуциркульные, своды небольших пролетов и быки, ширина которых достигала ¹/₃—¹/₂ пролета. Строили также и легкие деревянные М (сооружение) на сваях или наплавные М (сооружение), нередко применявшиеся в военных целях. В эпоху средневековья развитие городов и расширение торговли вызвали необходимость сооружения многих М (сооружение); к этому периоду относятся несколько уникальных каменных М (сооружение), имевших значительные пролеты, более пологие своды и меньшую ширину опор (например, М (сооружение) Треццо через р. Адда в Италии с пролетом 72,25 м).

В России М (сооружение) известны с древнейших времен. "Повесть временных лет" сообщает о постройке М (сооружение) в середине 10 в. В летописи упоминается наплавной М (сооружение) через р. Днепр в Киеве (1115). Сооружались и балочные деревянные М (сооружение) на опорах в виде срубов из бревен, заполненных камнем (ряжи). Широкое развитие строительство М (сооружение) (главным образом каменных) получило в Армении и Грузии.

В 16—17 вв. развивались сухопутные и водные пути сообщения. Для пропуска судов требовались М (сооружение) с большими пролетами. В 18 в. пролет деревянных М (сооружение) на каменных опорах достигает 119 м (М (сооружение) через р. Лиммат в Выдающимся достижением того времени явился проект деревянного арочного М (сооружение) пролетом 298 м через р. Неву, составленный талантливым русским механиком-самоучкой И. П. Кулибиным. С конца 18 в. в мостостроении начинают применять металл. Первый металлический (чугунный) М (сооружение) был построен в Великобритании через р. Северн в 1779. Он имел пролет около 30 м, перекрытый чугунными арками. Чугунные арочные М (сооружение) получили распространение и в др. странах, в том числе в России. Один из таких М (сооружение), построенный в Петербурге в 1850 русским инженером С. В. Кербедзом (ныне М (сооружение) лейтенанта Шмидта), состоял из 7 пролетов по 45—47 м.

В 1-й половине 19 в. было сооружено несколько крупных висячих М (сооружение) (с цепями) пролетами, достигавшими 265 м. Однако вследствие своего конструктивного несовершенства и недостаточной жесткости многие из них разрушились от действия ветра или от нарастания амплитуды колебаний при проходе большого количества людей, идущих в ногу (явление резонанса). В середине 19 в. начали строить балочные стальные М (сооружение) Одним из первых был ж.-д. М (сооружение) "Британия", построенный в Великобритании инженером Р. Стефенсоном. М (сооружение) имел пролетные строения в виде двух неразрезных балок трубчатого поперечного сечения пролетами 70 и 140 м. В этот период при проектировании и строительстве М (сооружение) проводились первые опыты по их моделированию. Получает развитие теория расчета М (сооружение) Большое значение имели исследования русского инженера Д. И. Журавского, разработавшего методы расчета раскосных ферм, балок на поперечную силу и построившего несколько крупных М (сооружение) на дороге Петербург — Москва.

Во 2-й половине 19 в. основным типом М (сооружение) становится стальной М (сооружение) с балочным пролетным строением, причем для средних и больших пролетов нередко применяются сквозные фермы. В создании новых конструкций и форм пролетных строений и совершенствовании их расчета большая заслуга принадлежит русской школе мостостроения и, в частности, профессорам Н. А. Белелюбскому и Л. Д. Проскурякову. Построенный в 1875—81 по проекту Белелюбского М (сооружение) через Волгу у Сызрани длиной 1443 м (13 пролетов по 111 м) был в то время крупнейшим в Европе.

В 20 в. рост промышленного производства и совершенствование строительного дела обусловили дальнейшее развитие мостостроения; значительно увеличиваются пролеты, перекрываемые стальными пролетными строениями. Строятся такие крупные сооружения, как балочный консольный М (сооружение) через р. Св. Лаврентия в Квебеке (1917) пролетом 549 м (Канада), арочный М (сооружение) через пролив Килл-Ван-Калл в Нью-Йорке (1931) пролетом 503,8 м (США). В 1937 был построен висячий М (сооружение) через пролив Ворота в Сан- (США) с главным пролетом длиной 1280 м.

В СССР сооружены крупные металлические М (сооружение): через Волгу у Горького и Саратова (1935), через Днепр у Запорожья (по проектам Н. С. Стрелецкого) и др. Благодаря работам Е. О. Патона в мостостроении все шире стала применяться автоматическая сварка при изготовлении и монтаже конструкций пролетных строений.

С начала 20 в. получили значительное распространение М (сооружение) применялся в основном для балочных пролетных строений пролетами до 50 м и для более крупных арочных пролетных строений (пролеты последних превышали 250 м). В 30-х гг. в СССР был построен ряд уникальных арочных М (сооружение) из монолитного (например, М (сооружение) через р. Москву у Воскресенска, М (сооружение) им. Володарского через Неву в Ленинграде, Москворецкий М (сооружение) в Москве и др.). В начале 40-х гг. начинают применять сборные конструкции. После Великой Отечественной войны сооружено несколько большепролетных арочных М (сооружение), в том числе М (сооружение) через р. Днепр пролетом 228 м. В СССР большой вклад в науку и практику мостостроения внесли Г. П. Передерий, Стрелецкий, Г. К. Евграфов, Е. Е. Гибшман и др.; за рубежом — Э. Фрейсине, Ф. Леонхардт, Р. Майяр, Р. Моранди и др.

Конструктивные формы современных мостов. В современном мостостроении основные конструкции металлических М (сооружение) выполняются из мягких и низколегированных сталей; в отдельных случаях — из сплавов Для конструкций ж.-д. металлических М (сооружение) с пролетами до 80 м и М (сооружение) на автомобильных дорогах с пролетами до 300 м обычно применяют сплошные металлические балки постоянной или переменной высоты. Главные балки соединяют между собой связями. Сверху на балках укладывают плиту проезжей части. Плиту соединяют (специальными упорами) с металлическими главными балками, обеспечивая тем самым их совместную работу и, следовательно, экономию металла в конструкции (такие М (сооружение) называют сталежелезобетонными, рис. 3). Применяют также коробчатые главные балки, которые выполняют из стальных листов, подкрепленных изнутри продольными ребрами и поперечными диафрагмами. Плиту проезжей части на таких балках делают или металлической. Эти пролетные строения экономичны, легки и жестки, что дает возможность применять их при значительных пролетах (до 300 м). Металлические пролетные строения в виде сквозных ферм могут применяться для больших пролетов (свыше 500 м). Сквозные фермы более экономичны, но сложнее в изготовлении и сборке, чем сплошные балки. Для устройства ж.-д. пути или автопроезда между фермами укладывают продольные и поперечные балки проезжей части, а по ним плиту проезжей части или ж.-д. путь.

Металлические арочные М (сооружение) сооружают для перекрытия пролетов до 500 м (при наличии прочных грунтов в основании). Чаще всего их строят в гористой местности. Один из крупнейших арочных М (сооружение) (М (сооружение) через р. Влтава в Чехословакии, 1967) имеет пролет около 320 м.

Для перекрытия пролетов, превышающих 1000 м (например, при пересечении устьев глубоких рек, морских заливов и проливов, где строительство большого числа опор сложно и неэкономично), строят висячие М (сооружение) Кабели их выполняют из высокопрочных стальных проволок, расположенных параллельно или свитых в тросы. Пилоны висячего М (сооружение) обычно коробчатые, металлические, иногда их делают Наибольший пролет (1298 м) имеет висячий М (сооружение) через бухту Веррацано-Нарроус (США, 1964).

Вантовые М (сооружение) находят все большее применение при пролетах 150—350 м. Ванты, поддерживающие балку жесткости, могут сходиться к вершине пилона или проходить параллельно друг другу. Используют и несимметричные однопилонные схемы (М (сооружение) через р. Рейн в Кельне, 1959). Двутавровые или коробчатые балки жесткости висячих и вантовых М (сооружение) располагают в плоскостях подвесок или вант. Для крупных пролетов (более 500 м) главные балки заменяют сквозными фермами.

М (сооружение) подразделяют на монолитные и сборные. Монолитные М (сооружение) бетонируют на месте строительства; сборные М (сооружение) возводят из отдельных частей, изготовленных на специализированных заводах конструкций или на приобъектных полигонах. Балочные М (сооружение) обычно имеют плиту проезжей части с тротуарами, поперечные балки (диафрагмы) и главные балки. Плита проезжей части входит в состав главных балок. В СССР широко применяют сборные пролетные строения из отдельных балок, перекрывающих весь пролет и соединяемых между собой посредством бетонирования швов плиты проезжей части и диафрагм, сваркой металлических закладных деталей и т. п. Если арматура балок предварительно напряжена, то сами балки могут быть расчленены по их длине на отдельные блоки, доставляемые к месту строительства с заводов. Натянутая арматура обжимает эти блоки, превращая их в балку.

Большое распространение получили неразрезные консольные и рамные М (сооружение) пролетами 50—200 м. Главные балки таких М (сооружение), как правило, коробчатые. Для навесных способов сооружения М (сооружение) наиболее рациональны рамно-подвесные и рамно-консольные системы, т. к. для ригелей Т-образных рам, как при монтаже, так и при эксплуатации, растяжение возникает у верхней грани и требуется установка только верхней арматуры. Для неразрезных балок необходима установка и нижней арматуры, что значительно усложняет работы. С др. стороны, в неразрезных балках нет переломов профиля, поэтому в современных М (сооружение) наметилась тенденция к более широкому применению неразрезных балок. В практике мостостроения имеются примеры возведенных М (сооружение) с пролетными строениями в виде сквозных ферм. Однако сложность соединения элементов в узлах ферм ограничивает область их использования.

Арочные М (сооружение) со сплошными сводами или отдельно стоящими арками применяют при пролетах от 50—60 м до 200—300 м. В СССР арочные М (сооружение), как правило, строят из сборного Сооружают также и арочно-консольные М (сооружение), в которых 2 полуарки, соединенные поверху затяжкой, образуют Т-образную раму. Построен ряд крупных мостов этой системы (например, метро-М (сооружение) в Киеве).

В связи с развитием автомобильного транспорта, на автомобильных дорогах, особенно в городах, возводят сложные многоярусные сооружения мостового типа — криволинейные в плане и профиле пересечения, состоящие из или стальных эстакад или путепроводов. Часто криволинейные пролетные строения имеют коробчатое поперечное сечение.

Опоры современных металлических и М (сооружение) выполняют обычно из монолитного бетона или сборного (облегченной конструкции) на естественном или свайном основании.

Строительство мостов. При сооружении М (сооружение) наиболее трудоемким и дорогостоящим (до 50% общей стоимости М (сооружение)) является устройство опор. В зависимости от гидрогеологических условий опоры сооружаются в открытых котлованах или путем погружения свай, массивных опускных колодцев, кессонов и сборных оболочек. В современном строительстве для опор малых и средних М (сооружение) широко применяют сваи, погружаемые в грунт паровыми и дизельными молотами или электрическими вибропогружателями; при возведении больших М (сооружение) используют сборные трубчатые оболочки диаметром до 3 м, опускаемые способом вибропогружения (рис. 4) или с применением бурения.

Сооружение пролетных строений ведется, как правило, способами, исключающими устройство сплошных подмостей в русле реки. При малых и средних пролетах пролетные строения или крупные их части устанавливают на опоры монтажными кранами грузоподъемностью до 130 т. Для более крупных пролетов применяют метод сборки пролетного строения на берегу с последующей передвижкой его или перевозкой на понтонах и установкой на опоры (рис. 5). Наибольшее распространение получили так называемые навесные методы сооружения пролетных строений с наращиванием конструкции от опоры в пролет. Для металлических пролетных строений применяют навесной монтаж с помощью крана, двигающегося по готовой части; элементы М (сооружение) подаются под кран по пути на собранном пролетном строении (рис. 6). Для пролетных строений способ навесной сборки (разработанный в СССР) предусматривает изготовление отдельных элементов конструкции (блоков) на заводе, доставку их к месту монтажа (как правило, по воде) и установку специальными кранами в проектное положение. Швы между блоками заполняют цементным раствором; применяется также клеевое соединение блоков. Нередко блоки стыкуют с помощью замыкающих балок, устанавливаемых на место теми же кранами (рис. 7). За рубежом, наряду с навесной сборкой, применяют метод навесного бетонирования: к готовой части конструкции подвешивается скользящая опалубка, в которой бетонируют участки пролетного строения, натягивая арматуру после твердения бетона. Возведение висячих М (сооружение) начинается с пилонов, затем подвешивают временные кабели, с помощью которых производят навивку основных кабелей М (сооружение), после чего монтируют подвески и балку жесткости.

Строительство М (сооружение) в СССР ведется специализированными организациями (мостостроительные отряды, поезда, колонны), оснащенными соответствующим оборудованием, механизмами, кранами большой грузоподъемности, инвентарными вспомогательными конструкциями. Сооружение М (сооружение), как правило, осуществляется индустриальными методами; на месте обычно выполняется лишь сборка готовых конструкций. Все вновь построенные М (сооружение) подвергают испытаниям (на временные подвижные нагрузки), которые производятся специализированными мостоиспытательными станциями.

Расчет мостов производится преимущественно по методу предельных состояний. Каждая часть М (сооружение) (пролетные строения, опоры) должна удовлетворять условиям прочности, деформативности и трещиностойкости при действии на сооружение самого невыгодного сочетания нагрузок. Различают 2 вида нагрузок, действующих на М (сооружение): постоянные (собственный вес М (сооружение), предварительное напряжение арматуры); временные (вес ж.-д. составов или колонн автомобилей и толпы людей на тротуарах, гусеничные или колесные нагрузки, давление ветра, льда, навал судов на опоры, удары проезжающего транспорта о рельсы или тротуары, силы, возникающие при его внезапном торможении и др.). В сейсмических районах учитывают инерционные нагрузки, возникающие при землетрясении. Все расчетные нагрузки нормированы с учетом существующего движения транспорта и перспектив его развития. Методы расчета М (сооружение) основаны на достижениях математики, строительной механики, теории сопротивления материалов и др. наук. При расчетах М (сооружение) широко используются ЭВМ (сооружение)

Тенденции в развитии мостостроения. Современное направление в строительстве М (сооружение) характеризуется повышением степени использования сборных конструкций и деталей заводского изготовления, внедрением индустриальных методов производства работ и механизации основных технологических процессов, дальнейшим развитием конструктивных систем М (сооружение) и увеличением их максимальных пролетов.

При сооружении М (сооружение) расширяется использование высокопрочных сталей и легких сплавов, применение сварки взамен клепки; совершенствуются конструктивные формы пролетных строений за счет применения жестких листовых коробчатых конструкций. В мостостроении все большее значение приобретают применение тонкостенных конструкций из высокопрочных бетонов, унификация и типизация сборных элементов пролетных строений и опор, создание новых типов предварительно напряженных конструкций, разработка типовых опалубок и монтажных агрегатов.

Лит.: Надежин Б. М (сооружение), Мы и путепроводы в городах, М (сооружение), 1964; Гибшман Е. Е., Проектирование деревянных мостов, М (сооружение), 1965; его же, Проектирование металлических мостов, М (сооружение), 1969; Евграфов Г. К., Богданов Н. Н., Проектирование мостов, М (сооружение), 1966; Строительство мостов, М (сооружение), 1966; Ильясевич С. А., Металлические коробчатые мосты, М (сооружение), 1970; Назаренко Б. П., мосты, 2 изд., М (сооружение), 1970.

Н. Н. Богданов, М (сооружение) Е. Гибшман.

Архитектура мостов. Многие М (сооружение) являются выдающимися памятниками зодчества и инженерного искусства. В наиболее распространенных до 2-й половины 19 в. каменные М (сооружение) массивные устои и пролеты, созданные с затратами большого количества строительных материалов, зрительно воплощали представление об устойчивости, прочности и надежности. В древнеримских М (сооружение) было достигнуто единство архитектуры и инженерного искусства: выразительная архитектоника почти лишенной декора, массивной многоарочной конструкции придает М (сооружение) характерное для древнеримских утилитарных построек выражение суровой мощи (мост Алькантара через ущелье р. Тахо в Испании, 98—106 н. э., строитель Гай Юлий Лацер). В конструкциях металлических М (сооружение) максимально используются физико-механические свойства материала (металл хорошо воспринимает растягивающие усилия). Благодаря этому качеству металлические М (сооружение) стали менее грузными по сравнению с каменными М (сооружение) и приобрели важную художественную особенность — ажурность силуэта (М (сооружение) через р. Дору в г. Порту в Португалии, 1881—85, инженер А. Г. Эйфель). Рациональные по инженерному и архитектурному решению металлические М (сооружение) повлияли на стилистику архитектуры 20 в.

Большой пластической выразительностью обладают М (сооружение): динамичность и зрительная легкость форм нередко придают своеобразное изящество крупным сооружениям (М (сооружение) через р. Арв в Швейцарии, 1936, инженер Р. Майяр). Значительные размеры, крупные формы и своеобразный силуэт М (сооружение) заметно влияют на архитектурный облик города (например, М (сооружение) в Ленинграде, Праге, Будапеште). Поэтому конструктивное и архитектурно-пространственное решение городских М (сооружение) должно быть найдено с учетом конкретных условий его расположения, окружающей природной и архитектурной среды. Особенно важной и сложной градостроительной задачей является поиск гармоничного сочетания силуэта, масштаба и конструктивного решения М (сооружение) с давно сложившейся, нередко ценной в историко-художественном отношении застройкой старых городов. Примером удачного решения этих сложных проблем является мост Александра Невского через р. Неву в Ленинграде (1965, инженер А. С. Евдонин и др., архитектор Ю. И. Синица и др.): повторяя стелющийся над водой силуэт других невских мостов, он соразмерен масштабу реки и застройки ее набережных.

Е. К. Иванова.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.