Общая характеристика и область применения металлических мостов. Краткий исторический очерк развития металлических мостов. Современные системы металлических пролетных строений. Основные положения проектирования и расчета стальных конструкций мостов

Лекция 1

Общая характеристика и область применения металлических мостов. Краткий ис­торический очерк развития металлических мостов. Современные системы металлических пролетных строений. Основные положения проектирования и расчета стальных конструкций мостов.

Металл, в первую очередь сталь – наиболее совершенный материал для строительных конструкций. Благодаря высокой прочности стали, пролетными строениями из нее можно перекрывать значительно большие пролеты, чем железобетонными. Современные конструкции стальных пролетных строений позволяют перекрывать пролеты длиной до 3 км.

По статической схеме пролетные строения могут быть балочными (разрезными и неразрезными), арочными, рамными, комбинированными, вантовыми или висячими. По расположению уровня проезда – с ездой поверху, ездой понизу или посередине. По типу конструкции – со сплошными несущими конструкциями (балками, рамами, арками) и со сквозными (решетчатыми). Наибольшее распространение получили балочные пролетные строения с ездой поверху. Различают стальные балочные пролетные строения, в которых главные балки и плита проезжей части выполняются из стали и сталежелезобетонные – в которых главные балки выполняются из стали, а плита проезжей части из железобетона.

Сталь имеет более высокий модуль упругости, чем железобетон. Это обеспечивает требуемую жесткость конструкций, при значительно меньшей площади поперечного сечения, в сравнении с железобетоном. Меньшая площадь сечения стальной конструкции, даже с учетом большего удельного веса стали, обеспечивает меньший вес стальной конструкции в сравнении с железобетонной.

Металлические пролетные строения обладают рядом преимуществ, по сравнению с пролетными строениями из других материалов:

- высокая индустриальность изготовления на заводах;

- удобство монтажа, независимо от времени года, с применением навесной и полунавесной сборки;

- возможность перекрытия больших пролетов, при сравнительно небольшом собственном весе конструкции;

- сравнительная простота восстановления конструкции в случае повреждения, а также простота усиления, в случае необходимости;

Основными недостатками металлических пролетных строений являются высокий расход прокатного металла и большие эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью периодической окраски конструкций.

Сегодня область применения металлических пролетных строений чрезвычайно широка. Из построенных металлических пролетных строений наибольшие величины пролетов, которые могут быть перекрыты для наиболее распространенных статических схем следующие:

– сплошностенчатым балочным неразрезным пролетным строением – центральный пролет до 200 м;

– решетчатым неразрезным пролетным строением – центральный пролет до 350 м;

- арочным пролетным строением до 700 м

- вантовым пролетным строением – до 1200 м;

- пролетным строением висячей системы – до 3000 м

Минимальные величины пролетов, когда применение металлических пролетных строений может быть экономически оправданно – практически любые. В нашей стране иногда применяют цельнометаллические пролетные строения даже в диапазоне пролетов от 6 до 33 м, т.е. в той области, которая в недавнем прошлом считалась прочно занятой сборно-монолитным железобетоном. В особенности это относится к мостам с повышенными архитектурными требованиями, расположенным в исторической части городов или в парковой зоне.

Основным направлением технического прогресса в области стальных и сталежелезобетонных пролетных строений является снижение массы конструкций за счет применения сталей повышенной прочности, применения цельносварных монтажных соединений, совершенствования конструктивных форм поперечных сечений пролетных строений, обеспечивающих не только экономию материала и уменьшение эксплуатационных расходов, но и повышение уровня индустриализации заводского изготовления и монтажа.

История развития  металлических мостов. Влияние совершенствования материалов для металлических мостов на конструктивные решения.  Основные  механические свойства чугуна,  сварочного железа, литого железа и стали. Требования к стали, как к материалу для изготовления мостов.

Задолго до нашей эры металл применяли для строительства сооружений и мостов в древних государствах Междуречья, Персии, Египте и Малой Азии.  Имеются упоминания о бронзовых деталях, применявшихся на мосту Элия через р.Тибр в Риме, построенном Мессиусом Рустикусом в 136 г. Н.э. Однако вплоть до XVIII века металл оставался, главным образом, материалом для изготовления деталей отдельных скреплений несущих конструкций мостов, а также механизмов разводных мостов. Связано это конечно в первую очередь с отсталой технологией производства металла, при которой его производство было весьма дорого, чтобы использовать металл как конструктивный материал для строительства мостов.

Переворот в использовании металла для мостостроения связан с эпохой промышленной революции в Англии и других передовых странах Европы второй половины XVIII века. Индустриализация производства, развитие металлургии способствовали получению сравнительно дешевого и однородного по качеству чугуна, пригодного для изготовления крупных отливок сложной формы.

По-видимому первый чугунный арочный мост был построен через р.Северн в Коэлбрукдейле (Англия) в 1779 году. Автор проекта моста Абрахам Дэрби.

Мост имел один пролет длиной 31 м. Своими формами (полуциркульными арками) он напоминал каменные и деревянные мосты, строившиеся до этого.

См. фото 1…3.

В 1796 году в Сандерленде (Англия) возведен арочный чугунный мост, имевший пролет длиной 72 м и стрелу подъема арок 13,65 м.

В дальнейшем, главным образом в первой половине  XIX века арочные чугунные сооружения строят как под шоссейную, так и под железную дороги. Их конструкции претерпевают ряд изменений – появляются трубчатые арки с эллиптическим и круглым поперечным сечением, из элементов двутаврового профиля, соединяемых болтами, и др. Насколько известно, пролет мостов этого типа не превышал 72 м.

Спустя всего три года после строительства моста через р.Северн русским изобретателем-самородком И.П.Кулибиным был предложен проект металлического моста через р.Неву в Санкт-Петербурге. Вслед за этим в 1780-е годы по проектам Камерона, Кваренги, Росси, Старова, Баженова и др. начинается строительство замечательных по своей архитектуре чугунных мостиков в парковых ансамблях Царского Села и Павловска. Архитектором Гесте в начале XIX века были построены в Санкт-Петербурге шесть городских чугунных арочных мостов пролетами от 15 до 32 м.

В то время надежной конструкцией считалось использование в арках литых двутавровых секций или ребристых блоков-ящиков, скрепляемых болтами, со свинцовыми прокладками в швах. Благодаря такой несущей конструкции пролетных строений рационально используется способность чугуна хорошо воспринимать высокие сжимающие и касательные напряжения, возникающие в сводчатых или арочных конструкциях. На этой основе в 1807 году Гесте разработал первый в истории типовой проект чугунного арочного моста через р.Мойку. По такому же проекту были построены мосты через Екатерининский канал (Грибоедова), а также через Введенский канал ныне засыпан).

См. фото 4, 5

В 1850 году заканчивается строительство крупнейшего для своего времени первого постоянного моста через реку Неву – Благовещенского.

Он интересен тем, что это первый постоянный мост через Неву. В то время он был самым протяженным мостом в Европе и одним из самых красивых в архитектурном отношении.