Конструкция балок жесткости висячих и вантовых мостов

Конструкция балок жесткости висячих мостов

Пролетное строение, которое служит в висячем мосту балкой жест­кости, представляет собой конструкцию, образованную из двух или не­скольких балок, сквозных ферм или единой коробчатой системы, под­держивающую проезжую часть моста и необходимую для обеспечения общей жесткости висячего моста.

Применяемые в современных висячих мостах конструкции балок жесткости весьма разнообразны. Они могут быть разделены на два ос­новных вида: со сплошными балками и со сквозными фермами.

Балки или фермы жесткости делают постоянной высоты на всем протяжении моста; или при неразрезных, или консольных балках уве­личивают высоту их сечения над промежуточными опорами.

Балки жесткости со сплошной стенкой при небольших пролетах моста, а также в вантовых конструкциях с малой длиной панели могут иметь одностенчатое двутавровое сечение (рис. 4.1, а). В современных мостах конструкцию таких балок делают сварной с монтажными сое­динениями на заклепках или высокопрочных болтах.

Для увеличения жесткости (поперечной и на кручение) сечение ба­лок часто делают двустенчатым, открытым снизу или замкнутым ко­робчатым (рис. 4.1, б).

Балки располагают в плоскостях кабелей или вант или назначают их положение из конструктивных соображений.

Подвески прикрепляют непосредственно к балкам жесткости, к по­перечным балкам проезжей части или к их консолям.

В поперечном сечении висячего моста может быть не две балки жесткости, а большее их число, расположенное по всей ширине моста. Такая конструкция, имеющая семь балок жесткости двутаврового се­чения, расположенных с равными интервалами по ширине моста и свя­занных объединенной с ними железобетонной плитой проезжей части, приведена на рис. 4.1, в.

Наличие железобетонной плиты и солидных поперечных связей обес­печивает работу всех балок как единой пространственной балки жест­кости. Применение такой конструкции целесообразно в безраспорных мостах, так как распор передается в них как на металлические балки, так и на железобетонную плиту. На концах моста должны быть устрое­ны мощные горизонтальные диафрагмы или связи, способные распреде­лить распор кабеля на всю ширину железобетонной плиты и на все бал­ки жесткости.

В современных висячих мостах все шире применяют проезжую часть со стальным ортотропным настилом. Такой настил имеет небольшой вес, может быть включен в работу балок жесткости как их верхний пояс и, кроме того, обеспечивает жесткую связь главных балок в поперечном направлении.

Проезжую часть висячих мостов обычно опирают на поперечные балки, а в необходимых случаях устраивают и вспомогательные про­дольные балки.

В новейших мостах балку жесткости часто устраивают в виде единой коробчатой конструкции.

В особо больших мостах ей придают обтекаемую конструкцию для уменьшения воздействия ветра. Схема коробчатой обтекаемой конст­рукции балки жесткости большого висячего моста через р. Северн в Англии приведена на рис. 4.1, г. Тротуары в этом мосту вынесены на консоли. Верхний лист коробчатого пролетного строения балки жест­кости служит ортотропным настилом проезжей части.

В мостах меньших пролетов коробчатую конструкцию делают прямоугольного сечения с одним или двумя (рис. 4.1, д)отсеками. С боков коробки уст­раивают консольные части, под­держиваемые в пределах ши­рины проезжей части подкосами.

По конструкции фермы жесткости висячих мостов ана­логичны простым решетчатым фермам балочных мостов. Про­езжая часть в висячих мостах со сквозными фермами жесткости обычно имеет попереч­ные и продольные балки, под­держивающие настил. При большой ширине висячих мос­тов поперечные балки делают в виде сквозных ферм. Пример такой конструкции, применен­ной на мосту в Гетеборге (Шве­ция), приведен на рис. 4.2, а. В висячих мостах больших пролётов иногда устраивают двухъярусную конструкцию проезжей части. Один их ярусов располагают в уровне верхних поясов ферм жёсткости, а второй - в уровне нижних поясов. Имеются случаи, когда второй (нижний) ярус устраивали лишь после известного срока службы моста для увеличения его пропускной способности. В крупнейшем мосту Веррацано Нерроуз устроен один ярус проезжей части, но проектом предусмотрен и второй, нижний ярус, кото­рый будет открыт для экс­плуатации, когда исчерпает­ся пропускная способность верхнего яруса. Схема попе­речного сечения этого моста приведена на рис. 4.2, б.Фермы жесткости этого мос­та соединены между собой в поперечном направлении рамной конструкцией, поддерживающей продольные балки проезжей части. На­стил проезжей части состоит из поперечных двутавровых балок малого калибра и уло­женных на них круглых стержней арматуры с запол­нением из бетона.

Хотя случаи устройства висячих мостов под железно­дорожную нагрузку редки, но все же имеют место. Так, на крупнейшем в Европе ви­сячем мосту через р. Тахо у Лиссабона предусмотрен пропуск в будущем двух путей железной дороги, располагаемых в нижнем ярусе проезжей части (рис. 4.2, в).

Рис 4.1. Основные виды конструкции балок жёсткости висячих мостов.

1 - балка жёсткости двутаврового сечения, 2 - коробчатая балка жёсткости, 3 - поперечная балка, 4 - стальной ортотропный настил, 5 - плоскость несущей висячей конструкции, 6 - железобетонная плита проезжей части, 7 - поперечные связи между балками, 8 - балка жёсткости коробчатой конструкции, 9 - тротуарная консоль, 10 - консоль проезжей части, 11 - подкос, поддерживающий консоль

Рис 4.2. Характерные схемы поперечной конструкции висячих мостов со сквозными

фермами жёсткости: 1 - ферма жёсткости, 2 - сквозная поперечная балка,

3 - продольная бака проезжей части, 4 - железнодорожные пути

Конструкция балок жесткости вантовых мостов

Особенности конструкций проезжей части

В автодорожных и городских ме­таллических вантовых мостах проез­жую часть выполняют на основе сталь­ной ортотропной или железобетон­ной плиты, входящей в состав балки жесткости и работающей совместно с другими ее элементами. В зарубеж­ных вантовых мостах применяют иног­да сталежелезобетонную плиту про­езжей части, в которой поверх реб­ристой стальной ортотропной плиты-поддона укладывают монолитную же­лезобетонную плиту небольшой тол­щины, что дает уменьшение постоянной нагрузки по сравнению с обычной железобетонной плитой и уменьшение расхода стали по сравнению с обыч­ной стальной ортотропной плитой. Городские вантовые мосты часто имеют весьма большую ширину (до 25-30 м и более), т.е. такую, при которой обычные сквозные балочные фермы с ездой понизу не применяют. Однако начали расширять примене­ние вантовых мостов с одной вантовой фермой, расположенной по оси моста. Соответственно попереч­ные балки вантовых мостов часто или перекрывают весьма большой пролет, или работают по консольной схеме. Характерная для вантовых мостов сложная иерархия несущих конст­рукций, имеющаяся в главных фер­мах (вантовые фермы, главные фер­мы в балке жесткости), переходит и на проезжую часть, в которой часто применяют основные (поперечные свя­зи) и вспомогательные поперечные балки, продольные балки и прогоны (или продольные ребра). Длина па­нели проезжей части в большинстве случаев (кроме многовантовых мостов) во много раз меньше длины панели вантовой фермы.

Серьезен и весьма интересен вопрос выбора материала плиты проезжей части металлического вантового моста.

В типичных вантовых мостах с про­летами, изменяющимися от 200 до 400 м, применена, как правило, сталь­ная ортотропная плита, что позволило значительно уменьшить постоянную нагрузку и получить экономичные для Европы и ряда других стран кон­структивные решения. Однако в США стоимость ортотропной плиты, отличающейся повышенной трудоемкостью изготовления и монтажа, получается исключительно высокой, в связи с чем в США применяют преимущественно вантовые мосты с полностью железо­бетонной балкой жесткости, которые, несмотря на очень большую постоян­ную нагрузку, оказываются на 30-35% дешевле вантовых мостов со стальной ортотропной плитой. При применении железобетонной плиты для проезжей части металлические вантовые мосты в США примерно на 15% дешевле, чем железобетонные. В СССР при проектировании металлических вантовых мостов больших пролетов следует, по-видимому, более детально рассматривать возможные варианты с железобетонной плитой проезжей части.

Границы между областями рацио­нального применения железобетон­ной и стальной ортотропной плит про­езжей части для вантовых и висячих мостов находятся среди больших про­летов, чем для балочных неразрез­ных мостов с ездой поверху. Для последних соответствующие гранич­ные главные пролеты в условиях на­шей страны (исключая труднодоступ­ные районы) по стоимости близки к 120 м, а по расходу металла - к 140 м. А для вантовых мостов по результатам исследований и про­ектировок ЦНИИпроектстальконст-рукция им. Н.П. Мельникова при главных пролетах как 126, так и 168 м преимущества по всем показателям дает железобетонная плита проезжей части.

Граничный главный пролет в рас­сматриваемых условиях получается не менее 180-190 м.

Причина отмеченной особенности вантовых мостов состоит в том, что расход металла для них значительно меньше зависит от постоянной нагруз­ки, чем для балочных неразрезных мостов с ездой поверху. В вантовых мостах постоянная вертикальная нагрузка воспринимается в основном вантами и пилонами и лишь в весьма малой степени балкой жесткости. А при рассматриваемых пролетах основ­ная часть металла вантового моста сосредоточена именно в балке жест­кости. Ванты и пилоны требуют зна­чительно меньше металла.

Конструкции стальной ортотроп­ной плиты проезжей части, применя­емые в вантовых мостах, в общем мало отличаются от аналогичных конструк­ций в металлических мостах с ездой поверху. Ортотропная пли­та состоит обычно из листа настила, продольных ребер и попереч­ных балок. Кроме функций проезжей части, состоящих в воспринятии мест­ных временных нагрузок (давлений колес и гусениц) и передаче их глав­ным фермам, ортотропная плита вы­полняет также функции верхнего пояса балки жесткости и верхних про­дольных связей.

Толщину листа настила назнача­ют исходя из ряда технологических и эксплуатационных соображений не менее 12 мм. Если в сплошностенчатых неразрезных балочных мостах толщину листа настила часто увели­чивают в зонах больших изгибающих моментов по условиям работы его в качестве верхнего пояса балок, то в вантовых мостах толщина листа на­стила обычно постоянна по всей пло­щади проезжей части.

Расстояние между линиями опирания настила на продольные ребра сос­тавляет от 300 до 400 мм по условиям жесткости настила и обеспечения трещиностойкости покрытия листа про­езжей части. Виды поперечных се­чений продольных ребер представле­ны на рис. 4.3.

Рис 4.3. Виды поперечных се­чений продольных ребер

Наибольшее распрост­ранение в СССР имеют плоские поло­совые ребра, самые простые конструктивно и удобные для стыкования накладками на вы­сокопрочных болтах, но невыгодные для работы на изгиб. За рубежом наи­большее распространение имеют замк­нутые, чаще всего трапециевидные, холодногнутые или прокатные ребра из тонкой стали - от 5 до 8 мм. Та­кие ребра приваривают к листу на­стила односторонними швами, и они соответственно требуют вдвое меньше длины швов, чем плоские ребра и дру­гие одностенчатые ребра. Замкнутые ребра эффективны для работы на из­гиб и хорошо сопротивляются кру­чению, что улучшает распределение местной нагрузки между продольны­ми ребрами по ширине плиты. Эти качества замкнутых ребер уменьшают расход стали на ортотропную плиту. Полностью гарантирована также мест­ная устойчивость замкнутых ребер в сжатых зонах.

Замкнутые продольные ребра гер­метизируются заглушками по концам и не окрашиваются внутри. Недоста­ток замкнутых ребер - необходимость более высокой точности изготовле­ния плит для обеспечения стыкова­ния ребер (обычно полуавтоматической сваркой на остающихся внутрен­них подкладках) и пересечений ребер со стенками поперечных балок. Замк­нутые ребра применены на вантовом мосту через р. Днепр в Днеп­ропетровске, имеющем наи­больший в СССР пролет 320 м, и на нескольких других советских мостах.

Среди других видов поперечных се­чений продольных ребер имеют огра­ниченное применение ребра из неравнополочных уголков, из тавров (по­ловины прокатных двутавров или сварных) и из целых прокатных дву­тавров.

Ортотропные плиты применяют обычно так называемой одноярусной конструкции, имею­щей тавровые сварные поперечные балки, состоящие из стенки и ниж­него пояса. Функции недостающего верхнего пояса поперечной балки вы­полняет лист настила. Продольные ребра пропускают через вырезы в стен­ках поперечных балок. Ограниченное применение имеют в вантовых мостах двухъярусные ортотропные плиты со сплошными или сквозными (решет­чатыми) поперечными балками, на верхние пояса которых опираются продольные ребра. Длина панели меж­ду поперечными балками от 1,8 до 5 м, обычно 3-4 м.

Все заводские соединения в сталь­ной ортотропной плите - сварные. Монтажные стыки листов настила и прикрепления их к главным фермам (элементам балки жесткости) тоже обычно сварные, а стыки поперечных балок и прикрепление поперечных балок к главным фермам - на высо­копрочных болтах. Блоки ортотроп­ной плиты имеют исходя из условий транспортировки ширину 2,4-3 м и длину 9-20 м.

Коробчатые стальные балки жесткости

При раздельных балках жесткости коробчатого сечения естественное ре­шение - расположение вант по оси каждой балки жесткости. В этом слу­чае не возникает кручения коробок от усилий, передающихся на них от вант. Однако часто оказывается целесообразным располагать коробки смещенно относи­тельно плоскостей вант. Это может потребоваться для уменьшения про­лета поперечной конструкции между балками жесткости. При небольших эксцентриситетах крутящие моменты легко воспринимаются за счет кру­тильной жесткости коробок. Ванты могут быть расположены в наклонных плоскостях. В этом случае поперечные горизонтальные составляющие уси­лий в вантах воспринимаются попе­речной конструкцией пролетного стро­ения - ортотропной плитой и свя­зями между коробками. Связи вы­полняют в виде сквозных ферм или сплошных диафрагм. Они соединяют коробки между собой, распределяют нагрузку в поперечном направлении.

Обычно их ставят в местах, где к бал­ке жесткости прикрепляются ванты. Поскольку коробчатые балки имеют большую крутильную жесткость, при сравнительно небольших панелях вантовой системы (многовантовые мосты) поперечные связи не обязательно ставить во всех узлах.

В мостостроении известны примеры использования раздельных коробча­тых балок жесткости для крупных вантовых мостов. Рассмотрим неко­торые из них.

На мосту через р. Днепр в Киеве, построенном в 1976 г. по однопилонной схеме с главным пролетом 300 м, применена стальная балка жесткости, состоя­щая из двух раздельных коробок и ортотропной плиты проезжей части (рис. 4.4).

Рис 4.4. Вид балки жёсткости моста через р. Днепр в Киеве

Мост рассчитан на шести­полосное движение автомобилей; ши­рина проезжей части 25,7 м. Предус­мотрены два тротуара шириной по 2,5 м, причем ванты расположены в пределах тротуаров, так что в ме­стах примыкания вант к балке жест­кости тротуары сужаются. В попе­речном сечении коробки имеют размеры 3,5×5,0 м. Они сое­динены между собой ортотропной пли­той шириной 20,2 м, а также свар­ными диафрагмами, поставленными через 12,5 м. Стенки коробки с мини­мальной толщиной 14 мм усилены дву­сторонними вертикальными и внутренними горизонтальными ребрами же­сткости. Внутри сечения коробок по­ставлены сквозные диафрагмы.

Ортотропная плита про­езжей части состоит из горизонталь­ного листа толщиной 12 мм и более, продольных плоских ребер, постав­ленных через 35 см по ширине, и поперечных ребер таврового сечения высотой 90 см, поставленных через 250 см.

Пролетное строение изготовлено из термически обработанной стали марки 10ХСНД класса С40.

Стальная балка жесткости расчле­нена на плоские монтажные элементы: двутавровые балки, образующие вертикальные стенки ко­робок, верхние и нижние ортотропные плиты коробок, ортотропные пли­ты проезжей части, спаренные попе­речные диафрагмы между коробками. Двутавровые балки на монтаже сое­диняли с помощью сварки, при этом через каждые 25 м предусмотрены ком­пенсационные стыки с трапециевид­ными вставками, прирезаемыми по месту. С помощью этих вставок обеспечивалось проектное очертание ба­лок жесткости в профиле, а также компенсировались неточности изготов­ления монтажных элементов. Гори­зонтальные листы ортотропных плит соединяли с поясами двутавровых ба­лок сваркой внахлестку; такое реше­ние позволило компенсировать неточности изготовления плит в поперечном направлении, хотя с точки зрения напряженного состояния это хуже, чем сварка встык. Поперечные стыки горизонтальных листов ортотропных плит - сварные, стыки продольных и поперечных ребер, а так­же диафрагм и узлов прикрепления вант - на высокопрочных фрикционных болтах.

Ванты прикреплены к стальной бал­ке жесткости с помощью поперечных балок, опирающихся на наружную стенку коробки и на специальную третью стенку, поставленную на уча­стках примыкания вант. Балка жест­кости заделана в устое. Для этого на торце пролетного строения наварены толстые листы для передачи продольной силы на бетон; верхний пояс балки жесткости сварен с ли­стом, заделанным в бетон устоя.

Водоотвод с проезжей части обес­печен поперечным уклоном в 20‰, приданным горизонтальному листу ортотропной плиты. Вода стекает к перилам сквозь ограждение проезжей части, а далее по водосборному лотку отводится к опорам.

На мосту через р. Саву у Бел­града, построенном в 1977 г. под два железнодорожных пути и имеющем главный пролет длиной 253,7 м, балка жесткости состоит из двух раздельных коробок, объеди­ненных с помощью ортотропной пли­ты балластного корыта и сквозных поперечных диафрагм (рис. 4.5).

Рис 4.5. Вид балки жёсткости моста через р. Сава у Белграда

Мо­стовое полотно с ездой на балласте было выбрано с целью увеличения постоянной нагрузки, что для мо­стов под железную дорогу имеет боль­шое значение, так как при этом уменьшаются прогибы системы от вре­менной нагрузки. В данном случае удалось добиться расчетного прогиба, равного 1/500 от длины пролета. При этом не потребовалось существенного перерасхода металла, потому что размеры сечений балки жесткости и вант определялись расчетом на выносливость, а с увеличением постоянной нагрузки коэффициент асимметрии цикла, а с ним и расчетное сопротивление увеличиваются. Кроме того, при езде на балласте существенно меньше шум от прохода поездов, что особенно важно в условиях города. Каждая коробка балки жесткости имеет размеры 3,2×4,43 м. Гори­зонтальные и вертикальные листы коробки усилены против потери устойчивости продольными внутрен­ними ребрами жесткости из уголков 150×100×12мм. Через каждые 2,5 мвкоробках поставлены внутрен­ние рамы, заменяющие диафрагмы; в тех же сечениях располагаются и поперечные ребра ортотропной плиты балластного корыта. Через каждые 15 мв коробках даны поперечные связи, к поперечным ребрам ортот­ропной плиты здесь добавляются сквозные фермы, образующие вместе с поперечными связями внутри коро­бок жесткие поперечные диафрагмы. Толщина листов коробок от 12 до 50 мм.

Общие балки жесткости находят преимущественное применение в вантовых мостах больших пролетов (бо­лее 200 м). В поперечном сечении балки жесткости можно разделить на коробки прямоугольного или трапе­циевидного сечения с консолями, коробки замкну­того сечения без консолей, коробки сложного обтекаемого сечения. Выбор формы поперечного сечения зависит от ширины балки жесткости и от расположения вант. При сравнительно небольшой ширине (15-20 м) и прикреплении вант по краям балки жесткости находят при­менение коробки без консолей. При более широких балках жесткости эко­номичнее коробки с нижним листом не на полную ширину с консолями, длина которых может быть значи­тельной (до 6-7 м). Чем длиннее консоли, тем больше расход металла на поперечные балки, воспринимаю­щие изгибающий момент от нагрузки на консолях, но при этом можно по­лучить экономию металла на коробки. Длинные консоли могут быть под­держаны подкосами (см. например мост через р. Даугава в Риге), хотя это нежелательно по архитектурным соображениям. Оптимальная длина консолей может быть най­дена с помощью сравнения вариантов.

Если ванты прикреплены по краям коробки, то в местах прикрепления их могут быть поставлены тяги, под­держивающие консоли (см. например, мост Кёльбранд).

Число вертикальных стенок в ко­робках и расстояние между стенками выбирают так, чтобы получить мини­мальный расход металла на всю кон­струкцию. При увеличении расстоя­ния между стенками утяжеляется конструкция ортотропной плиты за счет увеличения пролета поперечных ребер. Увеличение числа стенок ве­дет к перерасходу металла на стенки. Применение наклонных стенок в ко­робках может дать некоторую экономию в расходе металла за счет наз­начения оптимальных пролетов попе­речных ребер и консолей при сокра­щении ширины нижнего листа по сравнению с вертикальными стенками. Наклонные стенки улучшают аэродинамические свойст­ва балки жесткости. В особых слу­чаях (небольшая ширина, высокие скорости ветра в районе постройки моста) применяют специальные типы поперечных сечений для обеспечения плавного обтекания балки жесткости воздушным потоком.

Рассмотрим примеры конструкции коробчатых балок жесткости вантовых мостов, построенных за последние 30 лет.

Мост через р. Даугава в Риге, по­строенный в 1981 г. по однопилонной схеме с главным пролетом длиной 312 м, имеет стальную балку жесткости коробчатого сече­ния с консолями (рис. 4.6).

Рис 4.6. Вид балки жёсткости моста через р. Даугава в Риге

Коробка состоит из четырех главных балок дву­таврового сечения и ортотропных плит - верхней, образующей проез­жую часть, и нижней, служащей нижним поясом коробки. Мост рас­считан на четырехполосное движение автомобилей и имеет два тротуара ши­риной по 3 м, полная ширина моста между перилами составляет 28,14 м. Ванты расположены в одной вертикальной плоскости и закрепляются в средней полости коробки. Высота коробчатого сечения балки жесткости около 3,1 м, ширина полостей коробки - по 5,3 м. Стенки коробки имеют вертикальные и горизонталь­ные ребра жесткости.

Верхняя ортотропная плита обра­зована горизонтальным листом тол­щиной 12-20 мм, продольными реб­рами из полос высотой 220 мм и толщиной 12-20 мм, поставленными через 400 мм, и попе­речными ребрами таврового сечения высотой 500 мм, поставленными через 2,5 м. Нижняя ортотропная плита также усилена продольными и попе­речными ребрами. Внутри сечения коробчатой балки жесткости через 2,5 м поставлены сквозные поперечные связи. Балка жесткости имеет кон­соли длиной по 6,6 м, являющиеся продолжением верхней ортотропной плиты и поддерживаемые подкосами.

Балка жесткости расчленена на плоские монтажные эле­менты. Это - главные балки, от­резки верхних и нижних ортотропных плит и консоли проезжей части. Монтажные стыки главных балок на сварке. Горизонтальные листы ортотропных плит приварены к поясам главных балок внахлестку; монтаж­ные поперечные швы горизонтальных листов также сварные. Стыки про­дольных и поперечных ребер, а так­же диафрагм и подкосов - на высо­копрочных фрикционных болтах. Материал балки жесткости - сталь 10ХСНД (класс 52/40).

На мосту Кёльбранд (ФРГ), по­строенном в 1974 г., применена двухпилонная многовантовая система с пролетами 97,5+325+97,5 м. Мост запроектиро­ван под 4 полосы движения автомоби­лей; разделительная полоса принята очень узкой (0,8 м) с ограждением; предусмотрены только узкие служеб­ные тротуары. Поэтому ширина балки жесткости получилась всего 17,6 м (рис. 4.7).

Рис 4.7 Вид балки жёсткости моста Кёльбранд

Стальная балка жесткости представляет собой трапециевидную коробку с консолями. Высота сече­ния коробки 3450 мм, ширина внизу 6 м, вверху 8,6 м. Ванты крепятся к концам консолей; в местах прикреп­ления вант поставлены листовые затяжки сечением от 300×26 до 400×60 м.

Такая сравнительно простая конст­рукция возможна только при многовантовой системе с рассредоточением узлов прикрепления вант к балке жесткости (в данном случае в главном пролете 20 точек прикрепления вант). На концевых опорах, где прикреп­ляются более мощные ванты, потребо­валось устройство более мощного уз­ла прикрепления с коробчатой попе­речной балкой, обладающей достаточ­ной изгибной и крутильной жесткостью.

Балка жесткости имеет верхний лист проезжей части толщи­ной 12 мм, подкрепленный трапециевидными замкнутыми продольными ребрами из стали толщиной 6 мм. Поперечные ребра (балки) поставлены на расстояниях около 2 м друг от друга. Наклонные стенки коробки запроектированы из листов толщиной 12 мм и имеют продольные ребра же­сткости из уголков 150×175×9 мм и поперечные ребра из швеллеров №100, расположенных в пло­скостях поперечных балок. Около узлов прикрепления вант толщина стенки увеличена до 15-32 мм и до­бавлены дополнительные поперечные ребра. Нижний лист толщиной 10 мм, как и верхний, усилен продольными трапециевидными ребрами.

Балка жесткости запроектирована весьма экономно. Этому способство­вало назначение небольшой шири­ны (17,6 м при четырехполосном движении), а также отказ от опирания балки жесткости на пилонах, благо­даря чему нет больших отрицатель­ных изгибающих моментов у пилонов. В конструкции балки приняты мини­мальные толщины листов (в основном 10-12 мм), простая и легкая конст­рукция узлов прикрепления вант, что стало возможно из-за многовантовой системы, так как отсутствуют сплош­ные или сквозные поперечные диаф­рагмы, препятствующие искажению формы сечения. Подобные решения могут быть приняты только при усло­вии тщательного расчетного анализа пространственной работы коробки и устойчивости составляющих ее элементов, а также высококачественно­го строительства.

Балка жесткости при изготовлении делилась в поперечном сечении на следующие элементы: две наклонные стенки с прилегающими частями; нижнюю плиту; верхнюю ортотропную плиту, состоящую из трех частей (две консольные плиты, средняя ча­сть верхней плиты); листовые за­тяжки. Эти элементы соединяли в ко­робку на месте укрупнительной сбор­ки в специальных приспособлениях; стыки листов коробки - сварные. Монтажные элементы после укрупни­тельной сборки имели длину 15-20 м, массу до 140 т и представляли собой готовые секции балки жестко­сти. На монтаже стенки коробки сое­динялись с помощью высокопрочных болтов, а горизонтальные листы - на сварке.

Мост Сен-Назер через эс­туарий р. Луары (Франция) с глав­ными пролетами вантовой системы по схеме 158+404+158 м с двумя пилонами и с девятью вантами с каждой стороны каждого пилона построен в 1976 г.

Балка жесткости имеет короб­чатое сечение трапециевид­ной формы (рис. 4.8), состоящее из верхнего листа 2 толщиной 12 мм, поддерживающего проезжую часть и подкрепленного через 600 мм про­дольными ребрами замкнутого тра­пециевидного сечения из стали тол­щиной 6 мм, нижнего горизонтально­го 3 и наклонных листов 4,также имеющих продольные ребра, распо­ложенные более редко, горизонталь­ных листов тротуаров, усиленных плоскими продольными ребрами и слегка наклонных к вертикали тор­цевых листов 6, расположенных в пло­скостях вант 1. Неизменяемость контура сечения коробки обеспечена постановкой поперечных сплошных диафрагм 5, поставленных через 4 м по длине. Диафрагмы имеют гори­зонтальные и вертикальные ребра жесткости.

Рис 4.8. Вид балки жёсткости моста Сен-Назер через р. Луара

Высота сечения балки жесткости 3,2 м, ширина проезда - 12 м, полная ширина балки жесткости - око­ло 15 м. Верхнему листу проезжей части придан уклон от середины к тротуарам в размере 2%.

Большое внимание при проекти­ровании было уделено улучшению аэродинамических характеристик балки жесткости. Из этих соображе­ний была выбрана форма поперечного сечения; кроме того, поставлены специальные дефлекторы 7 (см. рис. 4.8), чтобы обеспечить плав­ное обтекание воздухом узлов се­чения.

На построенных в 1978 г. двух мо­стах через р. Парану в Аргентине применены одинаковые вантовые сис­темы со средним пролетом 330 м. Мосты запроектированы под четырех­полосное движение автомобилей и один железнодорожный путь, рас­положенный около одной из плоско­стей вант; поэтому сечение балки же­сткости, а также плоскости вант сильно несимметричны.

Балка жесткости состоит в попереч­ном сечении из двух трапециевидных коробок, ортотропной плиты проезжей части, фермы нижних продольных связей и поперечных диафрагм (рис. 4.9, а).

Рис 4.9. Вид балки жёсткости моста через р. Парана

Форма коробок принята трапециевидной, чтобы улучшить аэродинамические свойства пролетного строения. Опыт показал, что при этом не возникло зат­руднений при их изготовлении и мон­таже. Высота сечения балки жестко­сти 2,5 м, стальные листы, из которых сварены коробки, усилены продоль­ными коробчатыми ребрами жестко­сти. На одной из коробок располо­жен железнодорожный путь; под рельсами имеются продольные балки. В коробках на расстояниях друг от друга, равных 3143 мм, поставлены поперечные сплошные диафрагмы. В местах присоединения к коробкам вант поперечные диафрагмы разд­воены в плане. Монтажные стыки ли­стов коробок - на высокопрочных фрикционных болтах; монтажные стыки ребер жесткости сварены.

Ортотропная плита проезжей час­ти имеет лист, усиленный замкнуты­ми трапециевидными продольными ребрами, которые опираются на по­перечные диафрагмы. Таким образом, поперечными ребрами ортотропной плиты служат верхние пояса сквозных поперечных диафрагм, работаю­щие на изгиб с пролетами, равными расстоянию между узлами. Сквозные диафрагмы расположены в тех же сечениях, что и диафрагмы трапецие­видных коробок; в местах присоеди­нения к балке жесткости вант вместо сквозных предусмотрены сплошные диафрагмы. Монтажные стыки горизонтального листа сварные, стенки и нижние пояса поперечных диафрагм - на высокопрочных болтах.

Нижние продольные связи (рис. 4.9, б)служат для объединения всего сечения в одну общую коробку и заменяют собой нижний лист ко­робки. Они обеспечивают большую крутильную жесткость балки жест­кости и тем самым благоприятное рас­пределение резко несимметричной на­грузки и уменьшение углов закручи­вания поперечных сечений.

Балка жесткости имеет опор­ные части, препятствующие вер­тикальным перемещениям, только на концевых опорах. На всем остальном протяжении она поддерживается толь­ко вантами, узлы прикрепления кото­рых расположены через 22 м.

Конструктивные формы балок жесткости из железобетона

Выбор рациональной конструктив­ной формы железобетонной балки же­сткости вантового моста - сложная многоплановая задача - конструк­ция ее прежде всего зависит от: 1) ширины проезжей части; 2) числа поддерживающих балку жесткости вантовых плоскостей; 3) усилий в ван­тах; 4) эксплуатационных и архитек­турных требований. Сделана попытка все многообразие конструктивных форм балки жесткости классифициро­вать в зависимости от числа плоско­стей вантовых ферм, условий их закрепления в балке жесткости, мак­симальных усилий в вантах и ширины проезжей части (рис. 4.10).

Рис 4.10. Конструктивные формы балок жёсткости

Такой классификационный подход к оценке желе­зобетонных балок жесткости вантовых мостов делает обозримым многообра­зие их конструкций и тем самым об­легчает выбор рациональных конст­руктивных форм элементов моста в за­висимости от условий проектирова­ния.

Для железобетонных балок жест­кости вантовых мостов с двухпо­лосным движением автомо­бильного транспорта при всем разно­образии конструкции балок жестко­сти целесообразны системы с двумя плоскостями вант.

Такое расположение вантовых пло­скостей позволяет рассредоточить и уменьшить усилия в балке жесткости и вантах, достаточно удачно и надеж­но воспринимать усилия при несим­метричном относительно продольной оси загружения балки жесткости временной нагрузкой. Поэтому для отно­сительно небольших пролетов попе­речные сечения балок же­сткости в виде сплошных и пус­тотных плит, ребристых блоков могут оказаться целесообразными. вантовый мост через гавань р. Днепр в Киеве служит приме­ром такого рода систем. Конфигурация П-образных сечений балки жесткости удачно приспособлена для вос­приятия отрицательных моментов - центр тяжести сечения поднят вверх в зону плиты проезжей части. В ре­зультате нормальная сжимающая бал­ку жесткости сила от вант действует в верхней части плиты как напрягаемая арматура, воспринимающая отри­цательный момент. Расчетное армиро­вание потребовалось только для край­них мало обжатых участков и для средней панели, работающей на из­гиб без продольного сжимающего уси­лия.

П-образная форма главных ба­лок оказалась также наиболее удоб­ной для размещения внутри них уст­ройств крепления канатов.

Другим примером разумного ис­пользования двухплоскостной сис­темы может служить конструкция вантового моста с железобетонной балкой жесткости через реку Парана - Корриентес (Аргентина, 1974 г.) с глав­ным пролетом 245 м. Система и конструкция моста в значительной мере отражает решения, принятые извест­ным инж. Моранди для мостов через оз. Маракайбо в Венесуэле и Вади-Эль Куф, а также виадука Полчевара в Италии. Однако важное отличие этого моста заключается в применении двойных лучевых вант с каждой сто­роны А-образных пилонов и удач­ной компоновкой сечения балки жесткости - две отдельные ко­робки, связанные диафрагмами на рас­стоянии 12-16 м друг от друга. На­клонные ванты заанкерены на оси ко­робок главных балок, что исключает необходимость применения мощных поперечных балок, как это было сде­лано на мосту через оз. Маракайбо. В целом главные идеи конструкции моста близки к тем, которые были ис­пользованы на мосту через гавань р. Днепр в Киеве. Однако значитель­но больший главный пролет привел к необходимости увеличения сечения коробок главных балок и их изгибной жесткости.

Заслуживают внимания проектные исследования вантовых систем, названных плитнораскосными пролетными строениями. Ва­рианты отличаются главным образом размером главного пролета. Ориги­нально формируется балка жесткости, она образована так называемыми бор­дюрными балками прямоугольного сечения высотой 120 см, расположенными в плоскостях вант, и плитами проезжей части, включенными е совместную работу пролетного строе­ния.

В мостостроении наметилась тен­денция создавать конструкции ван­товых мостов с большим числом вант - многовантовые системы. Бла­годаря уменьшению расстояния меж­ду узлами прикрепления вант к про­летному строению удается снизить высоту железобетонной балки жест­кости, а следовательно, и расход ма­териалов.

При системах с двумя плоскостями вант также упрощается форма попе­речного сечения. Учитывая, что в та­ких конструкциях продольные несу­щие элементы приближаются по своей мощности к поперечным, логическим развитием позитивной тенденции пере­хода к многовантовым системам может быть использование для