К висячим относятся мосты, включающие в конструкции провисающие нити, воспринимающие полезную поперечную нагрузку и имеющие очертания соответствующие или близкие очертанию веревочной кривой от передающейся на нить поперечной нагрузки.
Рис.2.67. Схема висячего моста
Его основными элементами являются: канат (или кабель), балка жесткости, подвески, пилоны и анкерные устройства.
Кабель может состоять из пучков проволоки, канатов, прядей и в зависимости от величины пролетов висячих мостов достигать в диаметре до 1 м. Он работает на растяжение как гибкая нить.
Балки жесткости включают главные продольные и второстепенные поперечные балки, которые вместе с проезжим полотном составляют пролетное строение и обеспечивают функциональное назначение моста. В зависимости от величин пролетов и нагрузок на них конструкции балок могут быть как решетчатыми, так и сплошностенчатыми.
121
Пилоны обеспечивают передачу нагрузки от кабеля на фундаменты, они могут быть выполнены стальными или железобетонными. Конструктивные схемы пилонов достаточно многообразны (см. рис. 2.68): А-образные (б, в, г) П-образные (д, е,) U-образные (ж), одностоечные (а) и другие [30], [5], [91]
Рис. 2.68. Формы пилонов висячих и вантовых мостов
Подвески предназначены для обеспечения совместной работы кабелей и балок жесткости и передачи части нагрузок с балок на кабели. Они выполняются из канатов различного диаметра, направлены вертикально или наклонно. Для передачи на грунт усилий от натяжения кабеля используют анкерные опоры гравитационного типа, плитные и скальные анкеры.
Прочность материала канатов и кабелей висячих мостов в несколько раз больше, чем элементов из обычной строительной стали. Это следует учитывать при расчете не только с позиций обеспечения условий нормальной эксплуатации (допустимых прогибов, углов перелома проезда и так далее), но и с позиций надежности - исключения опасности резонанса под подвижными и ветровыми нагрузками и обеспечения аэродинамической устойчивости.
Катастрофа Такомского моста пролетом 854 м. (1940 г.) послужила причиной тщательного исследования аэродинамической устойчивости, результатами которого стала теория сопротивления висячих мостов ветровым воздействиям. Были внесены конструктивные изменения в проекты мостов.
При использовании висячих конструкций мостов могут быть перекрыты пролеты 2000 м и более. На рис. 2.69 показаны схемы построенных и проектных решений наиболее крупных мостов [71].
122
Рис. 2.69. Схемы большепролетных висячих мостов (выполненные и проекты):
а - один из первых проектов моста между Сицилией и Италией;
б - над рекой Хамбер в Англии;
в - над проливом Акаши в Японии;
г - над рекой Нарроу в США;
д - через Босфор у Истамбула между Европой и Азией;
е - над рекой Тео в Португалии;
ж - над рекой Северн возле Бристоля в Англии
Усложнение системы подвесок в висячих мостах направлено на повышение жесткости и уменьшение величин изгибающих моментов в балке жесткости, так как в подобных мостах невыгодным для балки жесткости является загружение временной нагрузкой на длине 0,4 - 0,5 главного пролета. Такое загружение вызывает S-образный изгиб балки и появление разнозначного изгибающего момента в балке.
На рис. 2.70 приведен график, отражающий рост максимальных величин пролетов мостов запроектированных в последние годы [95].
Здесь упоминается о новом проекте моста через Мессинский пролив в Италии (Messina, Italy), пролет которого достигает 3300 м. Реализация этого проекта запланирована в 2004г.
Некоторые сведения о параметрах этого моста:
- -Общая длина моста 3660 м
- -Длина среднего пролета 3300 м
- -Высота пилона 376 м
- -Общая длина кабеля между анкерами 5300 м
123
- -Диаметр кабеля (2 x 2 = 4 шт.) 1,24 м
- -Количество канатов в кабеле 88 шт
- -Количество проволок в канате 504 шт
- -Диаметр проволоки 5,38 мм
- -Вес кабеля 1,00 т/м
- -Общий вес всех канатов и кабелей 166 000 т
Рис. 2.70. Величины пролетов и год ввода в эксплуатацию крупнейших висячих мостов:
1 - Мессинский пролив (стадия проектирования); 2 - Акаши, Япония (в монтаже); 3 - Большой Белт, Дания; 4 - Хамбер, Халл, Канада, 1981; 5 - Верразано Нарроу, Нью-Йорк, США, 1964; 6 - Золотые Ворота, США,1937; 7 - Маннами Байзан Зето, Япония; 8 - Джорж Вашингтон, Нью Йорк, США, 1931
На рис. 2.71 приведена форма поперечного сечения моста. В проекте отмечено, что в противоположность Европейским нормам движение по мосту предполагается левосторонним для обеспечения замедления скорости. Кроме того, тяжелый грузовой транспорт планируется направить ближе к середине профиля.
Поперечное сечение, включающее три полости (рис. 2.71), позволяет, по мнению авторов, значительно повысить стабильность по отношению к флаттеру и с помощью внешних ветровых обтекателей уменьшить ветровое давление на 34% .
Представляют интерес некоторые расчетные данные из проекта. Прогиб под действием подвижной нагрузки достигает 9,9 м и боковое смещение в середине пролета 2,5 м, расчетная критическая скорость ветра 270 км/ч. Расчет висячих мостов как сложных инженерных сооружений следует производить с учетом геометрической и конструктивной нелинейностей на действие постоянных нагрузок, включая предварительное напряжение, и нагрузок, возникающих на период монтажа и демонтажа, ветровых воздействий. В расчетах необходимо учитывать неблагоприятное сочетание вышеперечисленных силовых факторов. Особое внимание обращается на учет всех видов ветровых воздействий.
К ним относятся статическое горизонтальное давление, пульсация ветра, расчет на дивергенцию (статическая устойчивость балки жесткости в ветровом потоке), аэродинамическая устойчивость, ветровой резонанс, галопирование
124
(нарастающие вертикальные колебания балки жесткости), изгибно-крутильный флаттер (нарастающие изгибные и изгибно-крутильные колебания).
Рис. 2.71. Поперечное сечение моста через Мессинский пролив в Италии
Подробно с материалами по расчету конструкций такого вида можно ознакомиться в работах [5], [9], [10], [20], [30], [47].
125
