Материал: Арочный мост

Введение

Арочный мост -- древний тип моста, в котором основными несущими конструкциями являются арки или своды:

• · Арка -- криволинейный брус, у которого поперечный размер меньше высоты.
• · Свод -- криволинейный брус, у которого ширина сечения значительно больше высоты.

Старейшие из сохранившихся мостов относятся к категории арочных. Это все древнеримские мосты, которых в 1994 году насчитывалось 931 штуки в 26 странах, и все мосты средневековой Европы.

На титул старейшего моста в мире претендует крохотный мост Аркадико, сложенный методом циклопической кладки 3200 лет назад; он сохранился со времён микенской цивилизации. От эпохи эллинизма уцелел 9-метровый мостик в окрестностях критского города Элефтерна.

В эпоху промышленной революции, с началом строительства мостов из металла, на смену арочным мостам пришли иные, более экономичные и надёжные конструкции. В городских условиях арочные мосты продолжают строить из соображений красоты.

В мостостроении данный конструкционный тип долгое время был самым популярным и востребованным. Безусловно, это арочные мосты, в основе которых обязательно лежит криволинейная конструкция. Сечения сводов надежно закреплены и не смещаются с горизонтальной оси, а полость форм обеспечивает ощутимую экономию на материалах - до 25%.

Еще более они интересны как инженерное решение, позволяющее создавать уникальный и необычный дизайн. В результате вертикального давления в каждой из арок возникает распорность, благодаря которой значительно разгружается вся конструкция. Поэтому для их возведения необходима твердая и надежная опора, то строить им можно только на глубокозалегающих грунтах.

Архитектура данных мостов позволяет возведение как монолитных, так и сборных конструкций. Сборные мосты всегда собираются по частям, и отдельные куски и блоки монтируются по мере сооружения. Монолитные мосты отливаются из железобетона на криволинейных кружалах специальной формы. Проезд диктует форму самого сооружения, которая определяется характером рельефа: это мост с проездом посередине или небольшие подмостовые проезды. При необходимости проезд может быть размещен вверху или внизу моста.

Основные виды и классификация арочных мостов

Основной несущей конструкцией пролетных строений арочных мостов является криволинейный брус -- арка. особенностью арочных систем все же является преимущественная работа на сжатие, что дает возможность полнее использовать прочность бетона. При этом весьма рациональны высокопрочные бетоны.

Арочные железобетонные мосты отличаются большим разнообразием схем и конструктивных форм. Они различаются по статическим схемам, расположению уровня проезда, по конструкции арочной части, ^!по методам возведения и др.

Мосты арочных систем (рис. 1) по статической схеме могут быть бесшарнирными, двухшарнирными и трехшарнирными; в зависимости от конструкции арочной части: со сводами, с раздельными арками и из арочных дисков; по уровню расположения проезжей части -- с ездой поверху, посередине и понизу.

Двухшарнирные. Не могут переносить значительных нагрузок, что не позволяет их использование в строительстве железнодорожного полотна. Виной тому маленькая жесткость и большой перелом в линии изгиба.

Трехшарнирные. Долговечнее и прочнее двухшарнирных, но в железнодорожном строительстве так же не используются.

Бесшарнирные. Это самая простая конструкция, следовательно и самая экономная, обладающая наибольшей жесткостью. Имеются у них и весомые недостатки, к которым, в первую очередь, относится образование дополнительных нагрузок при нестандартном поведении конструкции - перепадах температур, смещениях грунта, значительных осадках и проседаниях фундамента.

1 -- шарнир; 2 -- арки; 3 --выносные пяты; 4 -- арочные диски

Рис. 1. Схемы мостов арочных систем:

Пролетные строения арочных мостов из железобетонных сводов

Свод -- криволинейный брус, ширина сечения которого больше его высоты. Особенность сводов -- простота их конструкции. Мосты со сводами отличаются хорошим внешним видом. Мосты со сводами могут быть только с ездой поверху. В зависимости от соотношения основных размеров и конструктивных решений надсводного строения мосты со сводами могут выглядеть легкими или же монументальными. В мостах небольшой ширины применение сводов может быть вызвано необходимостью обеспечить их боковую жесткость. По форме поперечного сечения своды могут быть сплошными прямоугольными (рис. 2, а), ребристыми (рис. 2, б) или коробчатыми (рис. 2, в). Наиболее просты сплошные прямоугольные своды. Толщина свода в ключе 1/60-1/70 пролета, а в отдельных случаях 1/100 пролета.

Дальнейшее уменьшение толщины ограничивается требованиями устойчивости сводов в их плоскости. В бесшарнирных сводах толщина их возрастает к пятам, где составляет 1,3--1,4 толщины в ключе. Ширину свода назначаютиот габарита проезда и ширины тротуаров, учитывая, что по условиям поперечной жесткости ширина свода должна быть не меньше 1/15 пролета. Возможно также устройство сводов переменной ширины. В этом случае в ключе ширина может быть доведена до 1/20 пролета при условии, что на уровне пят она составит не менее 1/10-1/12 пролета.

Рис. 2 . Конструкция сводов и надарочного строения

Пролётные строения арочных мостов из раздельных арок

Применение в пролетном строении нескольких раздельных арок позволяет уменьшить объем железобетона по сравнению со сводами. Поскольку площадь сечения арок значительно меньше площади сечения оводов, то для получения требуемой несущей способности количество арматуры в них доходит до 3% и более. Устойчивость арок и пространственную жесткость всей системы в целом обеспечивают постановкой между ними распорок, расстояние между которыми рекомендуется принимать не более 14-кратной ширины арки. Обычно распорки располагают в местах опирания стоек на арки. Поперечные размеры распорок не должны быть меньше 1/15 их длины. Примыкание распорок к аркам делают жестким. Пролетные строения с раздельными арками могут быть с ездой поверху (рис. 3, а), понизу (рис. 3, б) и посередине (рис. 3,в).

Рис. 3. Конструкция мостов с раздельными арками: 1 - шов; 2 - разрез; 3 - продольно-подвижный шарнир.

Пролётные строения арочных мостов из арочных дисков

Арочным диском принято называть распорную конструкцию с криволинейным нижним и горизонтальным верхним очертанием. Пролетные строения такой конструкции состоят из продольных стенок переменной высоты и соединяющей их поверху проезжей части. Мосты из арочных дисков могут быть только с ездой поверху.

Стенки делают сплошными или с вырезами вблизи опор. Срезают мало работающие верхние участки надопорной части стенок, поддерживая проезжую часть стойками или продольными балками, укладываемыми одним концом на стенку, а другим на опору. Нижняя часть стенок может иметь уширение. При необходимости, вызванной условиями прочности или архитектурными соображениями, возможно устройство в нижней части стенок сводчатой плиты. Отличительная особенность пролетных строений из арочных дисков - отсутствие в них определенно выраженной оси.

В настоящее время находят применение только трехшарнирные мосты из арочных дисков, а двухшарнирные и бесшарнирные неприемлемы из-за больших дополнительных напряжений, вызываемых в них колебаниями температуры, усадкой бетона и деформациями опор.

Пролетные строения осуществленных до настоящего времени мостов из арочных дисков выполнены из монолитного железобетона. В некоторых мостах с береговыми консолями, построенных за последние 20 - 25 лет в Западной Европе (Австралия, ФРГ), применена напрягаемая арматура в надопорных сечениях дисков. В бывшем СССР были разработаны проекты сборных мостов из предварительно напряженного железобетона.

Пролётные строения арочных мостов с несущей арматурой

Несущей арматурой называют плоскую или пространственную металлическую конструкцию, которая в эксплуатационных условиях служит арматурой железобетонной конструкции, а в строительный период, будучи достаточно прочной и жесткой, самостоятельно воспринимает нагрузки от собственного веса, веса подвесной опалубки и свежеуложенного бетона, а также веса строительного оборудования. Изготавливают несущую арматуру в виде сварных ферм и каркасов из прокатных фасонных профилей (преимущественно уголков), или арматурных стержней, или же тех и других одновременно.

Основное достоинство конструкций с несущей арматурой - возможность их бетонирования без устройства подмостей. Применение несущей арматуры в арочных мостах, перекрывающих большие пролеты, значительно облегчает производство работ и в ряде случаев дает оптимальное технико-экономическое решение.

Использование несущей арматуры делает целесообразным возведение арочных мостов из монолитного железобетона. Несущие арматурные каркасы находят применение преимущественно в мостах с ездой поверху, сооружаемых через глубокие овраги (рис. 4.35, а), бурные горные реки.

Несущие арматурные каркасы могут быть установлены навесной или полунавесной сборкой (рис. 4.35, в), подъемом собранных на берегу полуарок (рис. 4.35, б), надвижкой по временным опорам или с помощью плавучих средств.