1.5. Область и перспективы применения висячих и вантовых мостов, их достоинства и недостатки

Висячие и вантовые мосты основное свое применение находят в области гигантских (150…500 м) и супергигантских (более 500 м) пролетов, где они не имеют конкуренции со стороны мостов других систем и чаще всего являются единственно возможными конструкциями.

Необходимость устройства пролетов гигантской и сверхгигантской длины возникает в следующих случаях:

1. при преодолении горных ущелий;

2. при перекрытии широких водных преград значительной глубины, с быстрым течением и сложными гидрологическими и геологическими условиями, когда требуется строительство сооружения большой длины и осложняется устройство промежуточных опор;

3. при переходе через водные преграды с интенсивным судоходством, ког­да требуется обеспечение больших (по ширине и высоте) подмостовых (судоходных) габаритов, что связано с применением высоких опор (40…60 м);

4. при переходе через железнодорожные пути в районе сортировочных станций и в других местах, где предъявляются жесткие требования к обеспечению габаритов, особенно в условиях городской застройки, где дополнительно возникает ряд архитектурных требований.

Практические и экономические возможности перекрытия пролетов висячими и вантовыми системами с металлическими балками жесткости и пилонами по сравнению с другими системами из металла можно проиллюстрировать данными табл. 1.2.

Таблица 1.2

Предельные пролеты мостов различных систем

Система моста	Пролеты, м
Разрезная балка Неразрезная балка Разрезная ферма Неразрезная ферма	150 300 500 700	100 200 250 400	– 260 230 375
Арочная Балочно-консольная Вантовая Висячая	1700 1450 1500 3500	1000 700 700 2000	520 550 1170 2000

Примечание. l_ПП – практически возможный предельный пролет; l_ЭП – экономически целесообразный предельный пролет; l_Д – достигнутые пролеты.

При этом для висячих и вантовых мостов можно рассматривать следующие диапазоны пролетов в зависимости от вида временной нагрузки (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Рекомендуемые диапазоны пролетов

Система моста	Диапазоны пролетов, м, при нагрузке
	железнодорожная	автодорожная	пешеходная	трубопроводная
Висячая	100…1000	500…2000	100…800	100…1500
Вантовая	40…500	100…1200	60…800	100…800

Висячие и вантовые мосты обладают рядом достоинств по сравнению с мостами других систем:

1. перекрытие сверхбольших пролетов (500…3500 м);

2. высокая экономичность, определяемая минимальным расходом материалов и стоимостью на 1 м² полезной площади моста;

3. использование кабеля или вант для монтажа балки жесткости без временных опор, что сокращает сроки, трудоемкость и стоимость строительства;

4. разнообразие систем и конструктивных форм пилонов обеспечивает архитектурно-эстетические достоинства и современный вид висячих и вантовых мостов;

5. «живучесть» этих систем в случае повреждения балки жесткости.

Если в обычной ферме выход из строя одного элемента, например, нижнего пояса, приведет к разрушению конструкции, то висячая система может эксплуатироваться при повреждении не одного, а нескольких элементов балки; это связано с тем, что балка жесткости не реагирует на введение шарниров (повреждение – это ослабление сечения, что ассоциируется с образованием шарнира).

Указанные достоинства, в частности экономичность висячих и вантовых мостов, обусловлены следующими факторами:

• применением в основных несущих элементах высокопрочной проволоки, для которой расчетное сопротивление = 800…1000 МПа в 2–3 раза выше, чем у прокатного металла (= 295…350 МПа);

• рациональным использованием этих материалов: кабели и ванты работают только на растяжение, действующее вдоль оси элемента; отсутствуют ослабления сечений кабеля и вант; в них почти нет концентраторов напряжений;

• меньшим сечением балки: ванты и подвески с кабелем служат как промежуточные податливые опоры; работа балки в этом отношении аналогична работе балки на упругих опорах.

Совокупность этих факторов обеспечивает экономию по расходу материалов на пролетное строение в 4…5 раз по сравнению с другими системами. С учетом более высокой стоимости высокопрочных материалов общий эффект от применения висячих и вантовых систем приводит к снижению строительной стоимости в 1,5…2 раза.

Распространению висячих и вантовых мостов препятствуют их недостатки:

1) малая вертикальная жесткость, которая является следствием:

– применения высокопрочных материалов с пониженным значением модуля упругости;

– геометрической изменяемости главных несущих элементов (кабелей) висячих мостов или провисания вант вантовых мостов;

– колебания отдельно каждого кабеля, так как между ними нет поперечных связей;

2) малая горизонтальная жесткость из-за малой ширины моста при существенной длине пролета; что на порядок меньше, чем у мостов других систем, где;

3) повышенная чувствительность к динамической и ветровой нагрузке (динамическая и аэродинамическая неустойчивость). При больших пролетах балку жесткости висячего или вантового моста можно сравнить с натянутой струной, чувствительной к любым колебаниям;

4) значительный расход бетона на сооружение анкерных опор в случае применения распорной висячей или вантовой системы;

5) необходимость применения специальных мер по защите против коррозии элементов и их анкерных закреплений.

Висячие и вантовые мосты – это отражение современного и будущего уровня мостостроения. Дальнейшее совершенствование этих систем осуществляется по следующим направлениям:

а) развитию теории расчета (учет пространственного характера работы, сложнейших динамических и аэродинамических процессов; оптимизация параметров проектирования; широкое внедрение моделирования);

б) получению новых строительных материалов (полимеров для канатов, сверхпрочных сталей и бетонов) на основе достижений различных наук (химии, физики и др.);

в) разработке новой технологии монтажа кабелей длиной более 2000 м, сооружению пилонов высотой 200…250 м, фундаментов при глубине воды до 100 м, глубине погружения в грунт до 50 м;

г) повышению точности геодезических работ, переходящих при супергигантских пролетах в астрономические.

Для отечественной практики широкого применения висячих и вантовых мостов необходимо прежде всего преодолеть психологический фактор, а также отставание от мировой практики в опыте и техническом обеспечении строительства этих мостов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение и классификацию висячих мостов.

2. Дайте определение и классификацию вантовых мостов.

3. Дайте характеристику типов и систем висячих мостов.

4. Дайте характеристику типов и систем вантовых мостов.

5. Укажите основные параметры проектирования висячих мостов.

6. Укажите основные параметры проектирования вантовых мостов.

7. Дайте конструктивную и материальную характеристики кабеля и подвесок.

8. Дайте конструктивную и материальную характеристики вант.

9. Какие меры защиты от атмосферных осадков применяются для кабелей и вант?

10. Дайте характеристику анкерных устройств для кабелей, подвесок и вант.

11. Приведите примеры конструктивного решения металлических балок жесткости.

12. Приведите примеры конструктивного решения железобетонных балок жесткости.

13. Приведите примеры конструктивной формы пилонов.

14. Охарактеризуйте область применения, назовите достоинства и недостатки висячих и вантовых мостов.