РЕФЕРАТ
з дисципліни: "Конструкції інженерних споруд"
на тему: Підвісний міст
Зміст
Вступ 3
1. Короткий історичний нарис розвитку висячих і вантових мостів 5
2. Сталева веселка мостів 8
3. Особливості архітектури металевих мостів. 12
4. Особливості архітектури залізобетонних мостів 13 Список використаної літератури 16
Введення
Висячі конструкції - будівельні конструкції, в яких основні елементи, що несуть навантаження, наприклад, троси, кабелі, ланцюги, сітки, листові мембрани і т.п., відчувають тільки розтягуючі зусилля. Робота висячих конструкцій на розтяг дозволяє повністю використовувати механічні властивості високоміцних матеріалів (сталевого дроту, капронових ниток та ін), а незначна вага їх дає можливість перекривати споруди з найбільшими прольотами. Висячі конструкції порівняно прості в монтажі, надійні в експлуатації, відрізняються архітектурною виразністю. Недоліками висячих конструкцій є наявність розпору і великий деформативності під дією місцевої навантаження. Для сприйняття розпору влаштовуються анкерні фундаменти або так звані контурні конструкції (кільця, що оперізують по периметру висячих конструкцій). Зменшення деформативності висячих конструкцій досягається введенням стабілізуючих елементів - відтяжок, розкосів, балок жорсткості, додаткових поясів, а також наданням висячим конструкціям форми, що допускає попереднє напруження. Геометрично незмінні висячі конструкції, виконані з прямолінійних елементів (вантів), називаються вантові. Висячі конструкції можуть бути плоскими і просторовими. Найпростіший вигляд плоскої висячої конструкції - закріплений на опорах трос з підвішеними до нього елементами, що сприймають місцеве навантаження. Сучасні плоскі висячі конструкції застосовуються головним чином у висячих мостах, висячих покриттях, канатних дорогах, підвісних переходах трубопроводів (рис. 1) і т.п.
Підвісний міст - міст, в якому основна несуча конструкція виконана з гнучких елементів (кабелів, канатів, ланцюгів і ін), що працюють на розтяг, а проїжджа частина підвішена. У сучасних висячих мостах широко застосовують дротові кабелі і канати з високоміцної сталі з межею міцності 2-2,5 Гн / м 2 (200-250 кгс / мм 2), що істотно знижує власний вагу моста і дозволяє перекривати великі прольоти. Поряд з цим висячі мости мають малу жорсткість внаслідок того, що при русі тимчасового навантаження по мосту кабель (ланцюг) змінює свою геометричну форму, викликаючи великі прогини прогонової будови. Для зменшення прогинів висячі мости підсилюють в рівні їх проїжджої частини поздовжніми балками або фермами жорсткості, розподіляють тимчасове навантаження і зменшують деформацію кабелю. Висячі мости, в яких проїжджа частина підтримується геометрично незмінної висячої формою з прямолінійних канатів - вантів, називаються вантові. Висячі системи застосовують головним чином для автодорожніх та міських мостів (Рис. 1). Найбільший висячий міст, споруджений в 1965 при вході в нью-йоркську бухту Веррацано (США), має середній проліт довжиною 1298 м (рис. 2).
Малюнок 1. Пішохідний підвісний міст через р.. Дніпро в Києві. 1956-1957р.
Малюнок 2.Вісячій міст у бухті Веррацано. 1965р
.
Короткий історичний нарис розвитку висячих і вантових мостів
Ідея застосування гнучких розтягнутих елементів рослинного походження (ліани, бамбук) для перекриття річок і ущелин виникла, очевидно, на зорі людського суспільства. Досить достовірні історичні дані свідчать про будівництво таких мостів у Стародавньому Єгипті, Південно-Східної Азії, Центральній і Південній Америці.
Перехід від примітивних конструкцій висячих мостів до сучасних систем відноситься до XVII-XVIII ст і пов'язаний з іменами Веррантіуса (Іспанія), Пойє (Франція) і Фінлео (Англія), який отримав на свою висячу систему патент.
Перший період розвитку висячих мостів, що відноситься до XVIII ст., Представлений невеликими ланцюговими містками:
· 1741 р., Англія, р.Тиса, проліт L = 21 м,
· 1785 р., Німеччина, р. Лаан, проліт L = 38 м,
· 1796 р., США, L = 29 м і інші.
Другий період - XIX ст. - Характерний широким впровадженням нових матеріалів (чавуну, сталі), що дало потужний імпульс розвитку висячих мостів.
До 1809 р. в Америці було побудовано близько 40 висячих мостів. У 1814 р. в Лондоні споруджений пішохідний місток прольотом 32 м, ланцюги якого складені з плоских ланок, з'єднаних болтами. У 1816 р. вперше ланцюг була замінена дротяним кабелем.
1820 р., Англія, р. Твід, L = 110 м - перший висячий міст під екіпажної їзду.
1834 р., в м. Фрейбурзі французькими інженерами побудований один з видатних мостів Європи прольотом 265 м. Міст надзвичайно мальовничий, він буквально ширяє над полониною.
1883 р., США, Нью-Йорк, Бруклінський міст, L = 486 м, дозволив майже вдвічі збільшити світовий рекорд за величиною прольоту. Приклад справді монументальної споруди: ефект контрасту масивних кам'яних пілонів і ажурною павутини кабелів, вант, підвісок (три площини). Напевно, самий популярний міст у поетів, художників, письменників - досить згадати вірш В.В. Маяковського "Бруклінський міст".
1895 р., Англія, р. Темза - Тауерський міст-замок, L = 63 м, - свого роду символ Лондона, його визначна пам'ятка, характерною особливістю якої є поєднання середнього розвідного прогону і двох бічних - висячих.
Третій період - нинішнє століття - характерний бурхливим розвитком висячих мостів, використанням досягнень науки і техніки.
1903 р., США, м. Нью-Йорк, Вільямсбургського міст, L = 488 м.
1930 р., США, м. Детройт, L = 564 м, перший висячий міст, що вийшов на перше місце серед всіх систем мостів по довжині прольоту, перевершивши Квебекський міст прольотом 548 м (металева консольно-підвісна ферма).
1931 р., США, р. Гудзон, L = 1067 м - перший міст, що перевершив кілометровий проліт, остаточно закріпив перевагу висячих систем.
1937 р., США, м. Сан-Франциско, міст Золоті Ворота, L = 1280 м, предмет національної гордості американців (на святкуванні 50-річчя мосту в 1987 р. зібралася 150 000 осіб), отримав багато призів за красу, особливий ефект від помаранчевого кабелю на тлі блакитного океану.
1965 р., США, м. Нью-Йорк, міст "Верразано-Нерроуз", L = 1298 м - останній американський світовий рекорд, що залишився рекордом Америки.
1981 р., Великобританія, протоку Хамбер, L = 1410 м.
Перші висячі мости в Росії побудовані в Петербурзі в 1820-1830-і рр..:
1823 р., пішохідний місток в Екатерінгофскій парку прольотом 15,2 м;
1824 р., Пантелеймонівський міст через р.. Фонтанку біля Літнього саду, L = 40 м (розібраний у 1905 р. після руйнування сусіднього Єгипетського мосту при проході кавалерійського загону).
Деякі пішохідні висячі містки того періоду збереглися до цих пір: Почтамтскій (через Мийку), Банківський і Левиний (через канал Грибоєдова).
1836 р., м. Брест-Литовський, перший в Росії висячий міст на дротяних канатах, L = 89 м.
1847 р., м. Київ, р. Дніпро, чотирипрольотної міст, L = 134 м, зруйновано білополяками в 1920 р.
У XX ст. на території СРСР побудований ряд висячих мостів дуже великих прольотів під трубопроводи (р. Амудар'я, L = 660 м; р. Дніпро, L = 720 м) і тимчасовий міст прольотом 874 м через Волгу під конвеєрну лінію при будівництві ГЕС.
Таблиця 1. Найбільші висячі мости світової практики
Деякі відомості про перші вантових мостах: 1817 р., Англія, пішохідний міст, L = 33,5 м. 1868 р., м. Прага, р. Влтава, L = 146 м, вантова ферма. 1909 р., Франція, міст Кассагне, L = 156 м, побудований інженером Жіскляром.
Велика увага будівництву мостів з вантових фермами приділялося в 1930-1940 рр.. в СРСР (р. Магана, L = 80м; р. Сурхоб, L = 120 м; р. Нарин, L = 132 м; р. Заревшан, L = 145 м).
Загальні відомості про найбільших висячих мостах світової практики, в тому числі будуються, наведені в таблиці 1.
Існує також різновид висячих мостів, в яких проїжджа частина підтримується фермою з прямолінійних канатів - вантів, за назвою яких вони отримали назву - вантові. У сучасних вантових мостах використовуються сталеві, а в окремих випадках і залізобетонні балки жорсткості, підтримувані похилими Вант і спираються на пілони. Вантові мости досить легкі, в порівнянні з арочними, економічні і знаходять все більше застосування на автомобільних дорогах для перекриття прольотів, що досягають 300 м.
У Росії існує не дуже багато висячих мостів. У Петербурзі подібна конструктивна схема була використана при будівництві невеликих мостів через Миття та Фонтанку: Екатерінгофского, Єгипетського, Почтамтского, Банківської, Левиного і ін
А найвідомішим російським висячим мостом є Кримський міст через Москва-ріку. Свою назву міст успадкував від колись існувало на місці моста Кримського броду, через який переправлялися татари при набігах на Москву. Побудований в 1938 р., загальною довжиною в 688 м, він у той час увійшов до першої шістки мостів Європи по довжині річкового прольоту - 168 м. Тип конструкції, який використовували інженер Б. П. Константинов і архітектор А. В. Власов при проектуванні Кримського моста, дуже рідко зустрічається у світовій практиці. Його пілони стоять окремо і поверху не з'єднані. Незважаючи на те, що вага металевих конструкцій Кримського моста досягає 10 тис. т, міст здається дуже легким і ажурним. І хоча Кримський міст вже став однією з візитних карток нашої столиці, він, з прольотом менше 700 м, у світовій табелі про ранги займає більш ніж скромне місце.
У 1997 р. в Японії між островами Авадзі і Хонсю був побудований міст Акаши-Кайко, який двічі увійшов до книги рекордів Гіннеса, як найдовший підвісний міст, довжина тільки одного його прольоту становить 1991 м, і як найвищий міст, тому що його пілони піднімаються на 297 м, що вище девяностоетажного будинку. Загальна ж протяжність цього унікального трьохпролітна споруди становить 3910 м. Незважаючи на величезні розміри мосту, його конструкція досить міцна, щоб витримати пориви вітру до 80 м в секунду і землетруси до 8 балів за шкалою Ріхтера, які нерідкі на Далекому Сході. І ще один цікавий факт: якщо витягнути в довжину всі сталеві троси мосту Акаши-Кайко, то ними можна було б оперезати Землю цілих сім разів!
Бруклінський міст, Нью-Йорк, 1883 р. Сучасний вигляд
Несуча конструкція - сталеві канати
Самим же знаменитим у світі висячим мостом є американський Бруклінський міст через річку Іст Рівер в Нью-Йорку. Будівництво цього мосту велося цілих 16 років і було закінчено в 1883 р. Тоді він був рекордсменом: мав найдовший проліт - 486 м і величезний вага - 15 тис. т. Бруклінський міст - дворівневий, його перший рівень відданий під шестисмуговий автомобільний проїзд, а верхній рівень - під пішохідну і велосипедну дерев'яні доріжки. При будівництві Бруклінського мосту вперше в якості несучої конструкції були застосовані сталеві канати, що було дивно для сучасників. І навіть через 50 років захоплений поет В. Маяковський після свого відвідування Нью-Йорка назвав його «боротьбою за конструкції замість стилів, розрахунком суворим гайок і сталі». Деякий час Бруклінський міст вважався «мостом самогубців», так як з нього кидалися у воду бажали покінчити з життям, втративши роботу за часів великої депресії. Проте навіть така недобра слава не заважає мосту залишатися дивовижним прикладом винахідливою інженерної думки і притягувати натовпу туристів.
Міст "Золоті ворота". Сан-Франциско, 1937 р.
На сході США, в Каліфорнії, знаходиться ще один знаменитий на весь світ висячий міст - «Золоті ворота», збудований у 1937 р., тобто на рік раніше московського Кримського мосту. Він з'єднує два береги однойменного протоки, що є входом у найбільшу природну гавань світу - Сан-Франциско. Міст піднято над водою на 250 м, і під ним вільно проходять океанські лайнери. Це унікальне архітектурне спорудження можна назвати одним з нових чудес світу. Адже при проектуванні його конструкції не використовувалася ніяка обчислювальна техніка, а всі розрахунки проводилися під керівництвом інженера Й. Штрауса за допомогою арифмометрів і логарифмічних лінійок. Архітектор мосту І. Морроу використовував при розробці його дизайну елементи стилю арт-деко. З самого початку міст був пофарбований оранжево-червоною фарбою, адже до складу саме цих барвників входить свинцевий компонент, який захищає сталь від іржі. Мешканці Сан-Франциско жартують, що на мосту постійно ведуться реставраційні роботи, тому що, коли малярі доходять до кінця мосту, його початок вже знову потребує фарбування.
Хоча висячі мости на всіх континентах близькі між собою з точки зору інженерних рішень, кожен з них залишається унікальним зразком архітектури, має свій неповторний художній вигляд і є предметом гордості міст, а то й цілих країн.
Кримський міст. Москва, 1938 р. Металеві конструкції
Міст "Акаши-Кайко". Японія.
Міст "Акаши-Кайко". Японія.
Особливості архітектури металевих мостів.
Чавунний арочний міст через р.Северн в Англії, побудований в 1779 р., відкрив нову епоху в історії світового мостобудування. З цього часу, незважаючи на триваюче протягом 200 років будівництво кам'яних мостів, найбільш прогресивним у мостобудуванні стає напрямок по розробці конструкцій та методів розрахунку металевих мостів.
Розвиток мостобудування в цей період пов'язане з ім'ям англійського інженера Томаса Тельфорда. Головним його спорудженням вважається висячий металевий міст на р.. Мірою в Велсі, побудований в 1826 р. Це ланцюговий міст з зварювального заліза з прольотом 176,5 м (найбільшим на той час) мав 16 кіл, що несуть проїжджу частину шириною 8,5 м. Як все висячі системи він відчував значні коливання від вітру . Він кілька разів ремонтувався. У 1939 р. ланцюга з зварювального заліза були замінені сталевими кабелями і міст зміг витримувати більш важку навантаження.
Надалі Т. Тельфорд удосконалив конструкцію висячих металевих мостів з несучими ланцюгами з зварювального заліза і застосовував її в Конвейском мосту, побудованому в 1826 р. в Англії. Безсумнівним етапом в історії мостів стало будівництво в 1845 р. інженером У-Т. Кларком мосту через Дунай в Будапешті. Міст мав рекордний проліт - 202,4 м при загальній довжині 400 м і шириною проїзної частини з тротуарами 14 м. У цій споруді отримали подальший розвиток ідеї г.Тельфорда, але вже на базі наукових досліджень конструкцій висячих мостів на спеціальних моделях. У 1850 р. Р. Стефенсоном було закінчено будівництво моста Британія через Менейскій протоку (рис .29). Простота цієї споруди послужила поштовхом до подальшого розвитку залізних коробчастих ферм. Цікава комбінована система мосту через р.Теймарокол г.Селташ в Англії. Поєднання трубчастої арки з ланцюгом призвело до появи ферми рибоподібного обриси. Чавунна параболічна арка еллептіческого перетину служить тут верхнім поясом ферми, залізний ланцюг - нижнім її поясом, до якого підвішена суцільна балка проїжджої частини. Балка того ж типу служить і верхнім будовою підхідних, естакад. За своїми параметрами міст до часу завершення будівництва - 1858 р. - був одним з найбільших у світі. Він мав два прольоти по 132,6 м, 17 прольотів по 21,2 м і розраховувався під залізничну навантаження.
До другої половини XIX ст. сформувалися основні системи металевих мостів. Великого поширення набули в цей період гратчасті балкові ферми найрізноманітніших обрисів. Вони прийшли на зміну фермам із суцільною стінкою. Широко застосовувалися розрізні, нерозрізні та консольно-підвісні системи з паралельними і полігональними поясами.
У Франції, яка за рівнем розвитку інженерних шляхів продовжувала займати провідне місце у світі, значний розвиток одержали конструкції арочних мостів. До числа видатних творів інженерного мистецтва слід віднести віадук Гараба, побудований Густавом Ейфелем близько г.Сен-Флур в 1884 р. Конструктивно міст являє собою двохшарнірну серповидну арку, що перекриває головний проліт і естакади підходів на злегка звужуються догори високих опорах. Обриси віадука відповідають розподілу зусиль у конструкціях і володіють великими художніми достоїнствами.
Істотний внесок у розвиток великопрольотних конструкцій внесли північноамериканські інженери, яким часто доводилося будувати мости через широкі повноводні річки. У 1898 р. інженером Л. Бук був побудований арочний міст через р.Ніагару з прольотом 256 м. Однак особлива поширення набувають в США висячі мости. За короткий проміжок часу в м. Нью-Йорку будується два висячих мосту: у 1883 р. - знаменитий Бруклінський міст з прольотом 486,5 м, а незабаром - Манхеттенський з прольотом 448 м.
Особливості архітектури залізобетонних мостів.
З початку 30-х років в мостобудуванні починає широко застосовуватися залізобетон. Пошуки конструктивної схеми залізобетонних мостів пов'язані з іменами Р. Майар і Ф. Леонгарда. Швейцарський інженер Роберт Майар розробив нову конструкцію залізобетонних мостів, що представляють собою комбінацію жорсткої балки і гнучкою підпружних арки; а також працював над удосконаленням трехшарнирной арочної конструкції. Форма мостів Р. Майар продиктована виключно конструктивними міркуваннями, однак сучасники бачили в них втілення нових мистецьких ідей. Заслуга Р. Майар полягає ще в тому, що він один з перших зрозумів можливості залізобетону як будівельного матеріалу, що дозволяє виключити поділ елементів конструкції на несучі та несомих. Його мости являють собою просторову систему, що працює як одне ціле. У даному випадку усвідомлення можливостей будівельного матеріалу дозволило створити споруди, що володіють абсолютно нової на той час пластичною виразністю, і дало поштовх до вдосконалення конструкцій залізобетонних мостів (рис. 37). Таким чином, можна вважати, що в творчості Р. Майар виявляється основна тенденція функціоналізму, яка складається в збігу результатів впливу конструктивного та естетичного чинників формообразовательного процесу.
Дещо інший, ніж у Європі, була ситуація, в якій розвивалося мостобудування Північної Америки. Основними особливостями, визначили типи мостів США і Канади, були: природні умови, тобто ширина і глибина річок, озер та морських припливів при одночасній близькості залягання скельних грунтів; швидка автомобілізація країни; конкуренція.
Необхідність перекриття значних прольотів і пропуску під мостами великих океанських суден з одночасною можливістю обперти фундаменти опор на скельний грунт вже в кінці XIX ст. привела до будівництва в Нью-Йорку двох великих висячих мостів: Бруклінського і Манхеттенського. Надалі цей напрямок продовжувало розвиватися. У 1931 р. закінчується будівництво мосту Георга Вашингтона через р.Гудзон в Нью-Йорку. Його проліт вперше перевищив кілометрову величину і дорівнював 1068 м.
Через шість років (1937 р.) у Сан-Франциско будується міст Голден Гейт (Золоті Ворота), проліт якого 1280 м залишався рекордним до 1964 р.
Архітектора США набагато повільніше, ніж європейські розлучалися з художніми поглядами еклектики, тому архітектурні форми в дусі ПХ в. з'являлися на американських мостах ще досить довго.
У післявоєнний період широке поширення набувають залізобетонні мости, що частково було викликане нестачею металу в багатьох європейських країнах. Залізобетон майже повністю витіснив сталь в мостах малих і середніх прольотів і широко застосовувався при будівництві мостів з величиною прольотів 150-250 м.
Розвиток залізобетонних мостів усе великим застосуванням напружених конструкцій, використання яких змінило пропорції мостів, зробивши їх більш легкими.
Пошук найбільш раціональної конструктивної схеми, що тривав перші 15 років післявоєнного періоду, є основною тенденцією, що визначила "обличчя" світового мостобудування в цей період.
Наступним умовою, що вплинув на архітектуру транспортних споруд, є автомобілізація. Автомобілізація, яка настала в Європі дещо пізніше, ніж у США, істотно змінила підхід до проектування мостів, а відповідно до цього їх композиційні та образні характеристики. Перш за все, слід відзначити збільшення ширини мостів, а в деяких випадках поява мостів з проїздом у двох рівнях. Вимоги безпеки стали однією з причин відмови від будівництва арочних автодорожніх мостів з їздою понизу. Сильно збільшені потоки автомобілів призвели до появи декількох нових типів мостових споруд та зміни старих елементів мостового переходу. У першу чергу, це відбилося на характері предмостной площі в містах. Сучасна предмостная площа представляє собою
складну транспортну розв'язку в декількох рівнях. Її поява змінило композицію і масштаб самого мосту, а також співвідношення всього комплексу мостових споруд з містом. Одним із прикладів сучасної предмостной транспортної розв'язки є міст Кінгстон, побудований в 1970 р. у м. Глазго. Северинська міст у м. Кельні (архітектор Г. Ломер) також має велику транспортно - пішохідну розв'язку. Зміна вигляду предмостной площі додало інше трактування просторовому побудови всієї споруди. Поява на підходах криволінійних естакад, пандусів збагатило композицію мосту, дозволило зробити її більш насиченою. Система розвинених підходів звичайно розташовується на значній відстані від набережної, таким чином міст перестає бути частиною тільки річкового фасаду, а набуває більш тісний композиційну зв'язок з внутрішніми кварталами міста.
Технологія починає набувати особливого значення з середини 60-х рр.. XX ст. Явище це носить загальний характер і зачіпає не лише будівництво, але і всі інші види виробничої діяльності. У мостобудуванні технологічний фактор присутній завжди. Однак ніколи технологічний процес не визначав в такій мірі кінцеву форму споруди. Вибір конструкції для мосту став у значній мірі визначатися зручністю застосування тієї чи іншої технологічної схеми. Процес будівництва впливає на нові конструктивні розробки, з'явився термін "технологічна" і "нетехнологічних" конструкція. Одним із сучасних способів монтажу залізобетонних прогонових будов є навісна збірка чи її різновид при будівництві мостів з монолітного бетону - навісне бетонування. Її популярність призвела до появи великої кількості рамно-консольних і рамно-підвісних мостів.
Список використаної літератури
1. Короткий історичний нарис розвитку висячих і вантових мостів. Бахтін С.А., Овчинников І.Г., Інама Р.Р.
2. Висячі і вантові мости. Проектування, розрахунок, особливості конструювання: Учеб. посібник. Саратов: Сарат. держ. техн. ун-т, 1999. 124 с.
3. Цаплін С. А., Висячі мости, М., 1949; Довідник інженера-шляховика, [т. 6], М., 1964
4. Журнал "Світ металу", Євген Ігнатьєв.
з дисципліни: "Конструкції інженерних споруд"
на тему: Підвісний міст
Зміст
Вступ 3
1. Короткий історичний нарис розвитку висячих і вантових мостів 5
2. Сталева веселка мостів 8
3. Особливості архітектури металевих мостів. 12
4. Особливості архітектури залізобетонних мостів 13 Список використаної літератури 16
Введення
Висячі конструкції - будівельні конструкції, в яких основні елементи, що несуть навантаження, наприклад, троси, кабелі, ланцюги, сітки, листові мембрани і т.п., відчувають тільки розтягуючі зусилля. Робота висячих конструкцій на розтяг дозволяє повністю використовувати механічні властивості високоміцних матеріалів (сталевого дроту, капронових ниток та ін), а незначна вага їх дає можливість перекривати споруди з найбільшими прольотами. Висячі конструкції порівняно прості в монтажі, надійні в експлуатації, відрізняються архітектурною виразністю. Недоліками висячих конструкцій є наявність розпору і великий деформативності під дією місцевої навантаження. Для сприйняття розпору влаштовуються анкерні фундаменти або так звані контурні конструкції (кільця, що оперізують по периметру висячих конструкцій). Зменшення деформативності висячих конструкцій досягається введенням стабілізуючих елементів - відтяжок, розкосів, балок жорсткості, додаткових поясів, а також наданням висячим конструкціям форми, що допускає попереднє напруження. Геометрично незмінні висячі конструкції, виконані з прямолінійних елементів (вантів), називаються вантові. Висячі конструкції можуть бути плоскими і просторовими. Найпростіший вигляд плоскої висячої конструкції - закріплений на опорах трос з підвішеними до нього елементами, що сприймають місцеве навантаження. Сучасні плоскі висячі конструкції застосовуються головним чином у висячих мостах, висячих покриттях, канатних дорогах, підвісних переходах трубопроводів (рис. 1) і т.п.
Підвісний міст - міст, в якому основна несуча конструкція виконана з гнучких елементів (кабелів, канатів, ланцюгів і ін), що працюють на розтяг, а проїжджа частина підвішена. У сучасних висячих мостах широко застосовують дротові кабелі і канати з високоміцної сталі з межею міцності 2-2,5 Гн / м 2 (200-250 кгс / мм 2), що істотно знижує власний вагу моста і дозволяє перекривати великі прольоти. Поряд з цим висячі мости мають малу жорсткість внаслідок того, що при русі тимчасового навантаження по мосту кабель (ланцюг) змінює свою геометричну форму, викликаючи великі прогини прогонової будови. Для зменшення прогинів висячі мости підсилюють в рівні їх проїжджої частини поздовжніми балками або фермами жорсткості, розподіляють тимчасове навантаження і зменшують деформацію кабелю. Висячі мости, в яких проїжджа частина підтримується геометрично незмінної висячої формою з прямолінійних канатів - вантів, називаються вантові. Висячі системи застосовують головним чином для автодорожніх та міських мостів (Рис. 1). Найбільший висячий міст, споруджений в 1965 при вході в нью-йоркську бухту Веррацано (США), має середній проліт довжиною 1298 м (рис. 2).
Малюнок 1. Пішохідний підвісний міст через р.. Дніпро в Києві. 1956-1957р.
Малюнок 2.Вісячій міст у бухті Веррацано. 1965р
.
Короткий історичний нарис розвитку висячих і вантових мостів
Ідея застосування гнучких розтягнутих елементів рослинного походження (ліани, бамбук) для перекриття річок і ущелин виникла, очевидно, на зорі людського суспільства. Досить достовірні історичні дані свідчать про будівництво таких мостів у Стародавньому Єгипті, Південно-Східної Азії, Центральній і Південній Америці.
Перехід від примітивних конструкцій висячих мостів до сучасних систем відноситься до XVII-XVIII ст і пов'язаний з іменами Веррантіуса (Іспанія), Пойє (Франція) і Фінлео (Англія), який отримав на свою висячу систему патент.
Перший період розвитку висячих мостів, що відноситься до XVIII ст., Представлений невеликими ланцюговими містками:
· 1741 р., Англія, р.Тиса, проліт L = 21 м,
· 1785 р., Німеччина, р. Лаан, проліт L = 38 м,
· 1796 р., США, L = 29 м і інші.
Другий період - XIX ст. - Характерний широким впровадженням нових матеріалів (чавуну, сталі), що дало потужний імпульс розвитку висячих мостів.
До 1809 р. в Америці було побудовано близько 40 висячих мостів. У 1814 р. в Лондоні споруджений пішохідний місток прольотом 32 м, ланцюги якого складені з плоских ланок, з'єднаних болтами. У 1816 р. вперше ланцюг була замінена дротяним кабелем.
1820 р., Англія, р. Твід, L = 110 м - перший висячий міст під екіпажної їзду.
1834 р., в м. Фрейбурзі французькими інженерами побудований один з видатних мостів Європи прольотом 265 м. Міст надзвичайно мальовничий, він буквально ширяє над полониною.
1883 р., США, Нью-Йорк, Бруклінський міст, L = 486 м, дозволив майже вдвічі збільшити світовий рекорд за величиною прольоту. Приклад справді монументальної споруди: ефект контрасту масивних кам'яних пілонів і ажурною павутини кабелів, вант, підвісок (три площини). Напевно, самий популярний міст у поетів, художників, письменників - досить згадати вірш В.В. Маяковського "Бруклінський міст".
1895 р., Англія, р. Темза - Тауерський міст-замок, L = 63 м, - свого роду символ Лондона, його визначна пам'ятка, характерною особливістю якої є поєднання середнього розвідного прогону і двох бічних - висячих.
Третій період - нинішнє століття - характерний бурхливим розвитком висячих мостів, використанням досягнень науки і техніки.
1903 р., США, м. Нью-Йорк, Вільямсбургського міст, L = 488 м.
1930 р., США, м. Детройт, L = 564 м, перший висячий міст, що вийшов на перше місце серед всіх систем мостів по довжині прольоту, перевершивши Квебекський міст прольотом 548 м (металева консольно-підвісна ферма).
1931 р., США, р. Гудзон, L = 1067 м - перший міст, що перевершив кілометровий проліт, остаточно закріпив перевагу висячих систем.
1937 р., США, м. Сан-Франциско, міст Золоті Ворота, L = 1280 м, предмет національної гордості американців (на святкуванні 50-річчя мосту в 1987 р. зібралася 150 000 осіб), отримав багато призів за красу, особливий ефект від помаранчевого кабелю на тлі блакитного океану.
1965 р., США, м. Нью-Йорк, міст "Верразано-Нерроуз", L = 1298 м - останній американський світовий рекорд, що залишився рекордом Америки.
1981 р., Великобританія, протоку Хамбер, L = 1410 м.
Перші висячі мости в Росії побудовані в Петербурзі в 1820-1830-і рр..:
1823 р., пішохідний місток в Екатерінгофскій парку прольотом 15,2 м;
1824 р., Пантелеймонівський міст через р.. Фонтанку біля Літнього саду, L = 40 м (розібраний у 1905 р. після руйнування сусіднього Єгипетського мосту при проході кавалерійського загону).
Деякі пішохідні висячі містки того періоду збереглися до цих пір: Почтамтскій (через Мийку), Банківський і Левиний (через канал Грибоєдова).
1836 р., м. Брест-Литовський, перший в Росії висячий міст на дротяних канатах, L = 89 м.
1847 р., м. Київ, р. Дніпро, чотирипрольотної міст, L = 134 м, зруйновано білополяками в 1920 р.
У XX ст. на території СРСР побудований ряд висячих мостів дуже великих прольотів під трубопроводи (р. Амудар'я, L = 660 м; р. Дніпро, L = 720 м) і тимчасовий міст прольотом 874 м через Волгу під конвеєрну лінію при будівництві ГЕС.
Таблиця 1. Найбільші висячі мости світової практики
| Країна | Місто (місце) | Перешкода | Проліт, м | Рік завершення будівництва | Назва мосту |
| Японія | о. Хонсю - о. Сікоку | протоку | 1990 | 1998 | Akashi-Kaikyo (Акасі) |
| Данія | Хальсков-Спрогьо | протоку | 1624 | 1997 | Великий Бельдт |
| Сянган (Гонконг) | о. Лантау | протоку | 1413 | 1997 | Tsing Ма (Цзін-Ма) |
| Великобританія | р. Гулль | затока Хамбер | 1410 | 1981 | Humber (Хамбер) |
| США | м. Нью-Йорк | р. Гудзон | 1298 | 1965 | Verrazano-Narrows (Верразано-Нерроуз) |
| США | м. Сан-Франциско | затока | 1280 | 1937 | Golden Gate (Золоті ворота) |
| Швеція | Веда-Хорн | протоку | 1210 | 1997 | Хога Хусті |
| США | Мічиган | протоку Макінак | 1158 | 1957 | Великий Мак |
| Японія | о. Хонсю - о. Сікоку | протоку | 1100 | 1988 | 1) Seto Ohashi (Сето Охасі) 2) Minami Bisan Seto (Мінамі Бісау Сето) |
| Туреччина | м. Стамбул | протоку Босфор | 1090 | 1988 | Фатах Султан Мехмет |
| Туреччина | м. Стамбул | протоку Босфор | 1074 | 1973 | Босфорську |
| США | м. Нью-Йорк | р. Гудзон | 1067 | 1931 | Дж. Вашингтона |
| Японія | о. Хонсю - о. Сікоку | протоку | 1030 | 1999 | Курусіма-З |
| Японія | о. Хонсю - о. Сікоку | протоку | 1020 | 1999 | Курусіма-2 |
| Португалія | м. Лісабон | р. Тахо | 1013 | 1966 | Міст 25 квітня (Гвинти е. Сінко де Абрил) |
| Великобританія | м. Единбург | затока Форт | 1006 | 1964 | Forth (Фортскій міст) |
Велика увага будівництву мостів з вантових фермами приділялося в 1930-1940 рр.. в СРСР (р. Магана, L = 80м; р. Сурхоб, L = 120 м; р. Нарин, L = 132 м; р. Заревшан, L = 145 м).
Загальні відомості про найбільших висячих мостах світової практики, в тому числі будуються, наведені в таблиці 1.
Сталева веселка мостів
За свою багатовікову історію людина постійно прагнув полегшити для себе подолання водних перешкод. Зусилля інженерної думки привели до винаходу мостів, конструктивні рішення яких постійно вдосконалювалися і ставали різноманітніше. Так з'явилися балкові, аркові, рамні, консольні, комбіновані, наплавні і розвідні мости. Особливий тип являють собою висячі мости. Схема їх будови дозволяє найбільш легко перекривати великі прольоти й істотно знижує власний вага мосту.
У класичних висячих мостах основні несучі конструкції виконані із гнучких елементів, це можуть бути канати, сталеві троси, ланцюги або інші підвісні конструкції. Будучи прикріпленими до встановлених по берегах пілонів, гнучкі несучі елементи підтримують полотно мосту. Проте під дією навантаження вони розтягуються, що зменшує жорсткість мосту. Для уникнення прогинів сучасні висячі мости підсилюють в рівні їх проїжджої частини поздовжніми балками або фермами жорсткості, розподіляють тимчасове навантаження і виключають деформацію прокладених кабелів.Існує також різновид висячих мостів, в яких проїжджа частина підтримується фермою з прямолінійних канатів - вантів, за назвою яких вони отримали назву - вантові. У сучасних вантових мостах використовуються сталеві, а в окремих випадках і залізобетонні балки жорсткості, підтримувані похилими Вант і спираються на пілони. Вантові мости досить легкі, в порівнянні з арочними, економічні і знаходять все більше застосування на автомобільних дорогах для перекриття прольотів, що досягають 300 м.
У Росії існує не дуже багато висячих мостів. У Петербурзі подібна конструктивна схема була використана при будівництві невеликих мостів через Миття та Фонтанку: Екатерінгофского, Єгипетського, Почтамтского, Банківської, Левиного і ін
А найвідомішим російським висячим мостом є Кримський міст через Москва-ріку. Свою назву міст успадкував від колись існувало на місці моста Кримського броду, через який переправлялися татари при набігах на Москву. Побудований в 1938 р., загальною довжиною в 688 м, він у той час увійшов до першої шістки мостів Європи по довжині річкового прольоту - 168 м. Тип конструкції, який використовували інженер Б. П. Константинов і архітектор А. В. Власов при проектуванні Кримського моста, дуже рідко зустрічається у світовій практиці. Його пілони стоять окремо і поверху не з'єднані. Незважаючи на те, що вага металевих конструкцій Кримського моста досягає 10 тис. т, міст здається дуже легким і ажурним. І хоча Кримський міст вже став однією з візитних карток нашої столиці, він, з прольотом менше 700 м, у світовій табелі про ранги займає більш ніж скромне місце.
У 1997 р. в Японії між островами Авадзі і Хонсю був побудований міст Акаши-Кайко, який двічі увійшов до книги рекордів Гіннеса, як найдовший підвісний міст, довжина тільки одного його прольоту становить 1991 м, і як найвищий міст, тому що його пілони піднімаються на 297 м, що вище девяностоетажного будинку. Загальна ж протяжність цього унікального трьохпролітна споруди становить 3910 м. Незважаючи на величезні розміри мосту, його конструкція досить міцна, щоб витримати пориви вітру до 80 м в секунду і землетруси до 8 балів за шкалою Ріхтера, які нерідкі на Далекому Сході. І ще один цікавий факт: якщо витягнути в довжину всі сталеві троси мосту Акаши-Кайко, то ними можна було б оперезати Землю цілих сім разів!
Бруклінський міст, Нью-Йорк, 1883 р. Сучасний вигляд
Несуча конструкція - сталеві канати
Самим же знаменитим у світі висячим мостом є американський Бруклінський міст через річку Іст Рівер в Нью-Йорку. Будівництво цього мосту велося цілих 16 років і було закінчено в 1883 р. Тоді він був рекордсменом: мав найдовший проліт - 486 м і величезний вага - 15 тис. т. Бруклінський міст - дворівневий, його перший рівень відданий під шестисмуговий автомобільний проїзд, а верхній рівень - під пішохідну і велосипедну дерев'яні доріжки. При будівництві Бруклінського мосту вперше в якості несучої конструкції були застосовані сталеві канати, що було дивно для сучасників. І навіть через 50 років захоплений поет В. Маяковський після свого відвідування Нью-Йорка назвав його «боротьбою за конструкції замість стилів, розрахунком суворим гайок і сталі». Деякий час Бруклінський міст вважався «мостом самогубців», так як з нього кидалися у воду бажали покінчити з життям, втративши роботу за часів великої депресії. Проте навіть така недобра слава не заважає мосту залишатися дивовижним прикладом винахідливою інженерної думки і притягувати натовпу туристів.
Міст "Золоті ворота". Сан-Франциско, 1937 р.
На сході США, в Каліфорнії, знаходиться ще один знаменитий на весь світ висячий міст - «Золоті ворота», збудований у 1937 р., тобто на рік раніше московського Кримського мосту. Він з'єднує два береги однойменного протоки, що є входом у найбільшу природну гавань світу - Сан-Франциско. Міст піднято над водою на 250 м, і під ним вільно проходять океанські лайнери. Це унікальне архітектурне спорудження можна назвати одним з нових чудес світу. Адже при проектуванні його конструкції не використовувалася ніяка обчислювальна техніка, а всі розрахунки проводилися під керівництвом інженера Й. Штрауса за допомогою арифмометрів і логарифмічних лінійок. Архітектор мосту І. Морроу використовував при розробці його дизайну елементи стилю арт-деко. З самого початку міст був пофарбований оранжево-червоною фарбою, адже до складу саме цих барвників входить свинцевий компонент, який захищає сталь від іржі. Мешканці Сан-Франциско жартують, що на мосту постійно ведуться реставраційні роботи, тому що, коли малярі доходять до кінця мосту, його початок вже знову потребує фарбування.
Хоча висячі мости на всіх континентах близькі між собою з точки зору інженерних рішень, кожен з них залишається унікальним зразком архітектури, має свій неповторний художній вигляд і є предметом гордості міст, а то й цілих країн.
Кримський міст. Москва, 1938 р. Металеві конструкції
Міст "Акаши-Кайко". Японія.
Міст "Акаши-Кайко". Японія.
Особливості архітектури металевих мостів.
Чавунний арочний міст через р.Северн в Англії, побудований в 1779 р., відкрив нову епоху в історії світового мостобудування. З цього часу, незважаючи на триваюче протягом 200 років будівництво кам'яних мостів, найбільш прогресивним у мостобудуванні стає напрямок по розробці конструкцій та методів розрахунку металевих мостів.
Розвиток мостобудування в цей період пов'язане з ім'ям англійського інженера Томаса Тельфорда. Головним його спорудженням вважається висячий металевий міст на р.. Мірою в Велсі, побудований в 1826 р. Це ланцюговий міст з зварювального заліза з прольотом 176,5 м (найбільшим на той час) мав 16 кіл, що несуть проїжджу частину шириною 8,5 м. Як все висячі системи він відчував значні коливання від вітру . Він кілька разів ремонтувався. У 1939 р. ланцюга з зварювального заліза були замінені сталевими кабелями і міст зміг витримувати більш важку навантаження.
Надалі Т. Тельфорд удосконалив конструкцію висячих металевих мостів з несучими ланцюгами з зварювального заліза і застосовував її в Конвейском мосту, побудованому в 1826 р. в Англії. Безсумнівним етапом в історії мостів стало будівництво в 1845 р. інженером У-Т. Кларком мосту через Дунай в Будапешті. Міст мав рекордний проліт - 202,4 м при загальній довжині 400 м і шириною проїзної частини з тротуарами 14 м. У цій споруді отримали подальший розвиток ідеї г.Тельфорда, але вже на базі наукових досліджень конструкцій висячих мостів на спеціальних моделях. У 1850 р. Р. Стефенсоном було закінчено будівництво моста Британія через Менейскій протоку (рис .29). Простота цієї споруди послужила поштовхом до подальшого розвитку залізних коробчастих ферм. Цікава комбінована система мосту через р.Теймарокол г.Селташ в Англії. Поєднання трубчастої арки з ланцюгом призвело до появи ферми рибоподібного обриси. Чавунна параболічна арка еллептіческого перетину служить тут верхнім поясом ферми, залізний ланцюг - нижнім її поясом, до якого підвішена суцільна балка проїжджої частини. Балка того ж типу служить і верхнім будовою підхідних, естакад. За своїми параметрами міст до часу завершення будівництва - 1858 р. - був одним з найбільших у світі. Він мав два прольоти по 132,6 м, 17 прольотів по 21,2 м і розраховувався під залізничну навантаження.
До другої половини XIX ст. сформувалися основні системи металевих мостів. Великого поширення набули в цей період гратчасті балкові ферми найрізноманітніших обрисів. Вони прийшли на зміну фермам із суцільною стінкою. Широко застосовувалися розрізні, нерозрізні та консольно-підвісні системи з паралельними і полігональними поясами.
У Франції, яка за рівнем розвитку інженерних шляхів продовжувала займати провідне місце у світі, значний розвиток одержали конструкції арочних мостів. До числа видатних творів інженерного мистецтва слід віднести віадук Гараба, побудований Густавом Ейфелем близько г.Сен-Флур в 1884 р. Конструктивно міст являє собою двохшарнірну серповидну арку, що перекриває головний проліт і естакади підходів на злегка звужуються догори високих опорах. Обриси віадука відповідають розподілу зусиль у конструкціях і володіють великими художніми достоїнствами.
Істотний внесок у розвиток великопрольотних конструкцій внесли північноамериканські інженери, яким часто доводилося будувати мости через широкі повноводні річки. У 1898 р. інженером Л. Бук був побудований арочний міст через р.Ніагару з прольотом 256 м. Однак особлива поширення набувають в США висячі мости. За короткий проміжок часу в м. Нью-Йорку будується два висячих мосту: у 1883 р. - знаменитий Бруклінський міст з прольотом 486,5 м, а незабаром - Манхеттенський з прольотом 448 м.
Особливості архітектури залізобетонних мостів.
З початку 30-х років в мостобудуванні починає широко застосовуватися залізобетон. Пошуки конструктивної схеми залізобетонних мостів пов'язані з іменами Р. Майар і Ф. Леонгарда. Швейцарський інженер Роберт Майар розробив нову конструкцію залізобетонних мостів, що представляють собою комбінацію жорсткої балки і гнучкою підпружних арки; а також працював над удосконаленням трехшарнирной арочної конструкції. Форма мостів Р. Майар продиктована виключно конструктивними міркуваннями, однак сучасники бачили в них втілення нових мистецьких ідей. Заслуга Р. Майар полягає ще в тому, що він один з перших зрозумів можливості залізобетону як будівельного матеріалу, що дозволяє виключити поділ елементів конструкції на несучі та несомих. Його мости являють собою просторову систему, що працює як одне ціле. У даному випадку усвідомлення можливостей будівельного матеріалу дозволило створити споруди, що володіють абсолютно нової на той час пластичною виразністю, і дало поштовх до вдосконалення конструкцій залізобетонних мостів (рис. 37). Таким чином, можна вважати, що в творчості Р. Майар виявляється основна тенденція функціоналізму, яка складається в збігу результатів впливу конструктивного та естетичного чинників формообразовательного процесу.
Дещо інший, ніж у Європі, була ситуація, в якій розвивалося мостобудування Північної Америки. Основними особливостями, визначили типи мостів США і Канади, були: природні умови, тобто ширина і глибина річок, озер та морських припливів при одночасній близькості залягання скельних грунтів; швидка автомобілізація країни; конкуренція.
Необхідність перекриття значних прольотів і пропуску під мостами великих океанських суден з одночасною можливістю обперти фундаменти опор на скельний грунт вже в кінці XIX ст. привела до будівництва в Нью-Йорку двох великих висячих мостів: Бруклінського і Манхеттенського. Надалі цей напрямок продовжувало розвиватися. У 1931 р. закінчується будівництво мосту Георга Вашингтона через р.Гудзон в Нью-Йорку. Його проліт вперше перевищив кілометрову величину і дорівнював 1068 м.
Через шість років (1937 р.) у Сан-Франциско будується міст Голден Гейт (Золоті Ворота), проліт якого 1280 м залишався рекордним до 1964 р.
Архітектора США набагато повільніше, ніж європейські розлучалися з художніми поглядами еклектики, тому архітектурні форми в дусі ПХ в. з'являлися на американських мостах ще досить довго.
У післявоєнний період широке поширення набувають залізобетонні мости, що частково було викликане нестачею металу в багатьох європейських країнах. Залізобетон майже повністю витіснив сталь в мостах малих і середніх прольотів і широко застосовувався при будівництві мостів з величиною прольотів 150-250 м.
Розвиток залізобетонних мостів усе великим застосуванням напружених конструкцій, використання яких змінило пропорції мостів, зробивши їх більш легкими.
Пошук найбільш раціональної конструктивної схеми, що тривав перші 15 років післявоєнного періоду, є основною тенденцією, що визначила "обличчя" світового мостобудування в цей період.
Наступним умовою, що вплинув на архітектуру транспортних споруд, є автомобілізація. Автомобілізація, яка настала в Європі дещо пізніше, ніж у США, істотно змінила підхід до проектування мостів, а відповідно до цього їх композиційні та образні характеристики. Перш за все, слід відзначити збільшення ширини мостів, а в деяких випадках поява мостів з проїздом у двох рівнях. Вимоги безпеки стали однією з причин відмови від будівництва арочних автодорожніх мостів з їздою понизу. Сильно збільшені потоки автомобілів призвели до появи декількох нових типів мостових споруд та зміни старих елементів мостового переходу. У першу чергу, це відбилося на характері предмостной площі в містах. Сучасна предмостная площа представляє собою
складну транспортну розв'язку в декількох рівнях. Її поява змінило композицію і масштаб самого мосту, а також співвідношення всього комплексу мостових споруд з містом. Одним із прикладів сучасної предмостной транспортної розв'язки є міст Кінгстон, побудований в 1970 р. у м. Глазго. Северинська міст у м. Кельні (архітектор Г. Ломер) також має велику транспортно - пішохідну розв'язку. Зміна вигляду предмостной площі додало інше трактування просторовому побудови всієї споруди. Поява на підходах криволінійних естакад, пандусів збагатило композицію мосту, дозволило зробити її більш насиченою. Система розвинених підходів звичайно розташовується на значній відстані від набережної, таким чином міст перестає бути частиною тільки річкового фасаду, а набуває більш тісний композиційну зв'язок з внутрішніми кварталами міста.
Технологія починає набувати особливого значення з середини 60-х рр.. XX ст. Явище це носить загальний характер і зачіпає не лише будівництво, але і всі інші види виробничої діяльності. У мостобудуванні технологічний фактор присутній завжди. Однак ніколи технологічний процес не визначав в такій мірі кінцеву форму споруди. Вибір конструкції для мосту став у значній мірі визначатися зручністю застосування тієї чи іншої технологічної схеми. Процес будівництва впливає на нові конструктивні розробки, з'явився термін "технологічна" і "нетехнологічних" конструкція. Одним із сучасних способів монтажу залізобетонних прогонових будов є навісна збірка чи її різновид при будівництві мостів з монолітного бетону - навісне бетонування. Її популярність призвела до появи великої кількості рамно-консольних і рамно-підвісних мостів.
Список використаної літератури
1. Короткий історичний нарис розвитку висячих і вантових мостів. Бахтін С.А., Овчинников І.Г., Інама Р.Р.
2. Висячі і вантові мости. Проектування, розрахунок, особливості конструювання: Учеб. посібник. Саратов: Сарат. держ. техн. ун-т, 1999. 124 с.
3. Цаплін С. А., Висячі мости, М., 1949; Довідник інженера-шляховика, [т. 6], М., 1964
4. Журнал "Світ металу", Євген Ігнатьєв.