Общая характеристика висячих и вантовых мостов. Элементы висячих и вантовых мостовых конструкция и материалы, страница 22

Прообразом вантово-балочных мостов являются мосты с радиально-вантовыми лучевыми фермами висячей системы, (см. рис. 10.2) предложенные французским инженером Пойе в 90-х годах XVIII в. (Первый опыт применения таких систем в XVIII – начале XIX в.в. был неудачным, из-за провисания вант и значительных деформаций конструкций происходило большое количество обрушений этих мостов).

Рис. 10.2. Мост с радиально-вантовой лучевой фермой

(если опирание всех опорных частей продольно-подвижное – то это статически определимая конструкция)

Основными недостатками такого решения являлись:

1. Наличие большого количества длинных провисающих вант;

2. Недостаточная жесткость сооружения;

3. Сложность конструкции при большом числе вант;

4. Трудность обеспечения (при тяжелой нагрузке) необходимого запаса по растяжению вант, а следовательно возможность появления в слабо натянутых вантах сжимающих усилий и выключение их из работы.

Отчасти таких недостатков лишены вантовые мосты с балками жесткости – вантово-балочные мосты.

10.1. Особенности вантово-балочных мостов,

роль в них балки жесткости

Вантово-балочные мосты (cable-stayed bridge) – это относительно легкие большепролетные балки, поддерживаемые в ряде точек пролета вантами, основное распространение они получили в городских и автодорожных мостах, где на сегодня являются наиболее распространенным типом вантовых мостов.

Роль балки жесткости в вантовых мостах иная, чем в мостах висячих, – в висячих мостах – балка безусловно необходима, – т.к. обеспечивает геометрическую неизменяемость системы, в вантовых же мостах геометрическая неизменяемость от балки жесткости не зависит т.к. обеспечивается треугольной структурой вантовой фермы (убедиться в этом можно введя в узлы прикрепления вант шарниры – геометрическая изменяемость системы – не изменилась!).

Роль балки жесткости в вантово-балочных мостах:

1. Наличие балки, обладающей относительно высокой изгибной жесткостью, позволяет увеличивать панель вантовой фермы, без увеличения панели проезжей части (d₁>>d, см. рис. 10.3);

Рис. 10.3. Вантово-балочный мост

2. Наличие балки позволяет (при необходимости) уменьшить число вант в системе (рис. 10.3);

3. Наличие балки позволяет создавать в вантах растягивающие усилия за счет сопротивления балки изгибу;

4. Наличие балки позволяет создавать в вантах дополнительные растягивающие усилия (т.н. запас по растяжению), т.к. сама балка (обладая солидным весом) увеличивает постоянную нагрузку;

5. Натяжением или ослаблением вант можно регулировать распределение изгибающих моментов в балке – существенно уменьшать значения расчетных моментов, получая экономичное решение системы;

6. В двух-, трех-, и многопролетных мостах можно передавать горизонтальную составляющую усилий в вантах на балку, превращая систему в балочную – внешне-безраспорную (рис. 10.4), что позволяет отказаться от анкерных опор. Однако при этом балка жесткости оказывается в более тяжелых условиях, работая дополнительно на сжатие.

Рис. 10.4. Внешне-безраспорный вантово-балочный мост

Основное назначение балки жесткости в вантово-балочных мостах заключается в восприятии изгиба в пределах панели вантовой фермы (т.е. работа на местную нагрузку) и равномерном распределении нагрузки между соседними вантами;

С экономической точки зрения балку следует применять как можно менее жесткой.

10.2. Цели и способы регулирования усилий

Регулирование усилий это совокупность мероприятий обеспечивающих оптимальное распределение внутренних усилий в элементах конструкции.

Регулирование усилий, как правило, сводится к созданию наилучшего очертания огибающей эпюры моментов в балке жесткости, т.к. изменения усилий в вантах получаемые после регулирования не велики.

Регулирование усилий в конструкциях, снижая изгибающие моменты и обеспечивая их равномерность по длине, позволяет рационально расположить материал и снизить его расход, приводя к существенному уменьшению стоимости сооружения.