Схемы расположения вант в вантово-балочных мостах

По геометрической схеме расположения вант различают несколько вантовых систем, основные (наиболее часто используемые) из них:

1. С общим опиранием вант на пилонах и радиальным их расположением – схема пучок;

2. С раздельным опиранием и параллельным расположением – ярусно-параллельная схема арфа.

3. С раздельным опиранием вант на пилонах и непараллельным их расположением – ярусно-расходящаяся схема веер;

Схема ПУЧОК (ванты не параллельны между собой и имеют общую точку крепления на пилоне, см. рис. 10.21).

Рис. 10.21. Расположение вант по схеме пучок

а – симметричное, б – несимметричное

Положительные особенности схемы:

1. Все ванты по отношению к верхней расположены круче, следовательно имеют меньшую длину (благодаря этому повышается их жесткость уменьшается сечение), схема отличается достаточно высокой общей жесткостью;

2. При круто расположенных вантах на балку передаются относительно небольшие сжимающие усилия;

3. Упрощается работа пилона (благоприятная работа пилона);

4. Схема допускает несимметричное расположение вант относительно пилона (рис. 10.21).

Отрицательные особенности схемы:

1. Сложная конструкция пилонного узла;

2. Разная конструкция узлов крепления вант из–за разного их наклона;

3. Менее благоприятный внешний вид по сравнению с другими схемами.

Схема АРФА (все ванты параллельны между собой и не имеют общих точек крепления на пилоне, см. рис. 10.22).

Рис. 10.22. Расположение вант по схеме арфа

(на примере моста через р. Рейн в г. Дюссельдорфе, см. также рис. 10.16)

Положительные особенности схемы:

1. Благоприятный внешний вид;

2. Упрощение конструкции узлов опирания вант на пилоне.

Отрицательные особенности схемы:

1. Все ванты одинаково пологи, при этом на балку передаются большие сжимающие усилия, ванты имеют меньшую жесткость в сравнении с предыдущей схемой;

2. Схема (как правило) не допускает несимметричного относительно пилона расположения вант;

4. Пилон и балка работают в более тяжелых условиях на изгиб.

Схема ВЕЕР (все ванты не параллельны между собой и не имеют общих точек крепления на пилоне, см. рис. 10.23).

Рис. 10.23. Расположение вант по схеме веер

Главной положительной особенностью схемы является ее благоприятный внешний вид, остальные достоинства и недостатки аналогичны изложенным для предыдущих схем.

Положительные особенности схемы:

1. Благоприятный внешний вид;

2. Упрощение конструкции узлов опирания вант на пилоне.

3. Все ванты по отношению к верхней расположены круче, следовательно имеют меньшую длину (благодаря этому повышается их жесткость уменьшается сечение);

4. Схема отличается достаточно высокой общей жесткостью;

5. При круто расположенных вантах на балку передаются относительно небольшие сжимающие усилия;

6. Упрощается работа пилона;

Отрицательные особенности схемы:

1. Многие ванты пологи, (угол наклона меняется мало) при этом на балку передаются большие сжимающие усилия;

2. Крайние ванты имеют меньшую жесткость;

3. Схема (как правило) не допускает несимметричного относительно пилона расположения вант;

4. Разная конструкция узлов крепления вант из–за разного их наклона;

5. Пилон и балка работают в более тяжелых условиях на изгиб.

Существующие другие схемы расположения вант являются комбинацией представленных выше трех.

Рис. 10.24. Мост через р. Аск в Ньюпорте, Англия, 1961 г.

(детали схем арфа, веер и пучок использованы одновременно)

Рис. 10.25. Мост Фли в Дюссельдорфе

с основным пролетом 368 м – самым большим пролетом в Германии

(детали схем арфа и веер использованы одновременно)

Общая характеристика систем с малым числом вант и многовантовых

Если число вант с одной стороны пилона НЕ превышает 3 … 4 – система называется системой с малым числом вант.

Рис. 10.26. Схема моста с малым числом вант (мост Брунсвик в Канаде)

Рис. 10.27. Схема моста с малым числом вант в Австралии,

(смешанная схема расположения вант на пилоне)

Достоинства таких систем:

1. Простое регулирование усилий в вантах;

2. Меньшее число узлов;

3. Простота (относительная) монтажа.

Недостатки таких систем:

1.Сложность узлов (см. приложения);

2. Мощные балки жесткости;

3. Большие силовые воздействия в элементах системы;

4. Сложность конструкции вант.

Если число вант с одной стороны пилона превышает 3 … 4 – такая система называется многовантовой. Число вант одной плоскости с одной стороны пилона может быть до 15 … 20 штук и более.

Рис. 10.28. Многовантовая система АРФА моста через р. Рейн у Рееса, 1967 г.

(две плоскости вант, пилоны жестко соединены с двутавровыми балками пролетного строения)

Панель 4,486 м

20 вант

Рис. 10.29. Многовантовая система ВЕЕР моста через р. Рейн у г. Бонна, 1967 г.

(одна плоскость вант, пилоны проходят сквозь коробчатую балку жесткости,

опирание пилона на опору – шарнирное)

Достоинства таких систем:

1. Высокая степень унификации из-за повторяемости узлов;

2. Легкая балка (т.к. основная ее работа на сжатие а не на изгиб);

3. Простота конструкции вант и их прикрепления;

4. Повышенная аэродинамическая устойчивость;

5. Живучесть системы (при повреждении одной ванты система выстоит, в принципе возможно снятие ванты и передача нагрузки с нее на другие без устройства дополнительной временной опоры).

6. Возможность использования вант как монтажных элементов при навесной сборке, что способствует снижению затрат на вспомогательные устройства;

7. В этих системах меньше сказывается неблагоприятное влияние ползучести и усадки бетона на изгибающие моменты и осевые усилия;

8. Уменьшение эффектов нелинейности.

Недостатки таких систем:

1. Сложность регулирования усилий в вантах;

2. Большое число узлов;

3. Многодельный монтаж.

Учитывая вышеизложенное, следует отметить – в последние годы, в мостостроении, наблюдается устойчивая тенденция перехода к многовантовым системам.