Проект автомобильного моста через реку

Проектирование мостов: от расчетов до строительства

Проектирование мостов невозможно без проведения предварительных изысканий. Это необходимо для выявления наиболее подходящих условий для возведения. Если же особенности местности не позволяют выбрать оптимальный вариант, в проект вносятся изменения, которые гарантируют необходимые прочностные характеристики.

В большинстве случаев применяются типовые проекты мостов, содержащие все нормативные данные. И основная задача проектирования в данном случае состоит в выборе наиболее подходящей конструкции. Но нередко требуется внесение изменений в типовой проект. Обо всех особенностях проектирования мостов мы поговорим далее.

Разновидности мостов

Проектирование мостов осуществляется с учетом особенностей каждого отдельного объекта. Именно поэтому проекты таких конструкций зависят от ряда факторов (эксплуатационные характеристики, предназначение, пиковые нагрузки и т.д.), которые влияют на выбор строительных материалов и технологий моделирования.

По предназначению объекта различают:

  • автомобильные мосты;
  • совмещенные мостовые конструкции (габаритные сооружения, включающие дороги различного назначения);
  • ЖД мосты – для поездов;
  • инженерные мостовые сооружения для прокладки коммуникаций (к примеру, газовых труб, электрокабеля и др.);
  • пешеходные мосты.

Проектирование опорных частей мостов зависит от типа опор, которые могут быть:

  • жесткими – сваи устанавливают на твердом основании;
  • плавучими – размещаются на водных объектах, что влечет за собой осадку, определяющуюся уровнем воды в водоеме.

В зависимости от расположения элементов моста проектами предусматриваются:

  • неподвижные конструкции;
  • раздвижные мостовые конструкции над судоходными водными артериями.

Мостовые конструкции в зависимости от используемого материала:

  • сооружения из дерева (проектирование деревянных мостов сегодня редкость, но их элементы иногда встречаются);
  • металлические мосты;
  • мостовые конструкции из бетона;
  • железобетонные мосты;
  • мосты из камня;
  • комбинированные мостовые конструкции (чаще всего основа таких мостов возводится из бетона, на котором устанавливаются металлоконструкции).

В зависимости от того, как проходит проезжая часть по отношению к пролету моста:

Проектирование мостов через реку выполняется с учетом уровня воды. Различают:

  • высоководные конструкции (мосты не затопляются при весеннем паводке);
  • низководные мосты (конструкции могут затапливаться лишь при некоторых условиях);
  • подводные мостовые конструкции обеспечивают возможность проезда транспортных средств вброд.

В зависимости от размеров конструкции выделяют:

  • малые мосты (длина не превышает 25 метров);
  • средние мостовые конструкции длиной до 100 метров;
  • длинные мосты (длина до 500 метров);
  • проекты с индивидуальной планировкой, как правило, предусматривают длину моста свыше 500 метров.

Проектирование автодорожных мостов зависит и от ширины транспортной магистрали, которая определяется количеством полос. В отдельную категорию стоит отнести конструкции общего назначения. Такие мосты имеют как автомобильные трассы, так и железнодорожные линии, а также пешеходные дорожки.

Проектирование мостов и путепроводов производится с учетом планируемого срока эксплуатации. По этому критерию различают:

  • временные мосты – сооружения, устанавливаемые на период стройки, ремонта или реконструкции;
  • постоянные мостовые конструкции.

Каждый вид моста имеет свои конструкционные и другие особенности, которые нужно учитывать при расчете проекта.

  • Мостовые переходы над транспортными артериями

Для составления проекта такого объекта необходимо получить данные по характеристикам грузопотока, загруженности транспортной магистрали и габаритам транспорта. Проектирование мостовых переходов над транспортными магистралями направлено не только на безопасность пешеходов. Такие мосты не должны создавать препятствия передвижению автомобилей, поэтому проектировщики увеличивают их высоту, что влечет за собой дополнительные требования к расчету конструкции.

  • Переходы над естественными препятствиями

Работа по проектированию мостов пешеходного типа производится с учетом ландшафтных особенностей и характеристик почвы. Такая конструкция должна быть безвредной для окружающей среды, но устойчивой к воздействию природных факторов.

  • Мостовые переходы между городскими зданиями и другими постройками

К таким конструкция выдвигают более высокие требования. Помимо надежности, безопасности и эксплуатационных характеристик, подобные переходы должны иметь интересный дизайн. Часто они становятся изюминкой архитектурного ансамбля. При подборе стройматериалов для сооружения переходов между городскими зданиями руководствуются общей концепцией. Сегодня для данных конструкций все чаще используются новейшие технологии и материалы, но существует и такая проблема, как внесение в техзадания на проектирование параметров, используемых ранее для стандартных решений.

Проектирование мостов в зависимости от конструкции

Основной критерий, по которому можно классифицировать задания по проектированию мостов – их конструкция.

  • Балочное строительство

Эту технологию использовали еще в древности. Она проверена временем и довольно хорошо изучена. Схема конструкции достаточно проста: с двух берегов реки устанавливают балки и соединяют их пролетами, которые крепятся на специальных основаниях. Проектирование опор мостов такого типа осуществляется с использованием небольших опорных конструкций или изделий свайного типа. Задача опорных элементов состоит только в поддержке основания снизу, не выходя за его габариты.

Основой геометрической концепцией балочного моста является прямая линия. Для его обустройства выбирают наиболее узкое место реки, при условии что почва здесь не подвержена размыванию, так как это будет способствовать разрушению конструкции.

Конструктивными элементами балочного моста выступают фермы и балки. С их помощью создают пролеты длиной 33 или 42 метра, для которых обустраивают основания высотой 1,7 и 2,1 метра. Такие размеры считаются классическими.

Для каждого пролета устанавливается отдельная опора. В зависимости от технологии соединения этих элементов мостовые конструкции могут быть разрезными, консольными и неразрезными.

Читайте также:  Как ловить на живца с берега на удочку на реке

Для укрепления моста используются продольные и поперечные балки. Конструкции с поперечными балками применяются для мостов с длиной пролетов свыше 33 метров. Количество таких балок определяется шириной моста.

При проектировании ЖД или автомобильных мостов с балочной конструкцией учитывают следующие основные факторы: вертикальные нагрузки, горизонтально приложенные силы сжатия, растяжения и скручивание. Расстояние между опорами балочного моста уменьшается с увеличением планируемых нагрузок на балки.

  • Арочное строительство

Арка – свод установленный через водную артерию или другие препятствия. В древние времена для изготовления арочных мостов применялась каменная кладка, позволяющая построить монолитную конструкцию.

Упрощенно можно сказать, что при невысоких нагрузках у сооружений небольшой протяженности основные нагрузки принимают на себя две опоры, установленные на разных берегах реки. Если же мост будет достаточно длинным или необходимо обеспечить его более высокую несущую способность, обустраиваются дополнительные основания в форме колонн посередине конструкции. В этом случае создаются соединения в виде символа «Т», а арочная конструкция уже не будет монолитной.

Чем обусловлена повышенная прочность арки? Для такой конструкции характерно особое распределение приложенных сил, которые действуют по касательной к снованиям. Чтобы мост не расползся под воздействием нагрузок, с двух концов свода моста устанавливаются сдерживающие блоки.

  • Строительство подвесных мостов

Если особенности местности не позволяют обустроить необходимый упор для пролетов моста с помощью промежуточных колонн, используются подвесные конструкции. К примеру, подвесные мосты будут оптимальным решением для переправ через глубоководные водные артерии или очень большие препятствия.

Для их строительства нужно по стороны реки или другого препятствия установить пилоны (высокопрочные конструкции, которые обычно производят из высокопрочной стали). Высота таких опор намного превышает уровень моста. Их должно быть не менее 4. Для мостов с многополосной проезжей частью пилон потребуется гораздо больше. Между каждой парой опор натягиваются толстые стальные тросы, которыми крепятся более тонкие крепежные элементы, для соединения с дорожным полотном. Чем больше вертикальных подвесных опор предусмотрено при проектировании моста, тем более стабильной будет конструкция.

Жесткость переправы, так же как и в балочной конструкции, обеспечивают соединительные балки и пролеты.

  • Строительство вантовых мостов

Эта конструкция во многом напоминает подвесной мост. Проектирование вантовых мостов отличается только особой конструкцией металлических тросов – вантов. В данном случае они разделяются на вертикальные и горизонтальные элементы, а устанавливаются диагонально к пилонам и крепятся по их бокам. Угол натяжения вантов определяется их расположением к дороге.

Проектировщики считают вантовые мосты более надежными конструкциями, так как в этом случае целостность покрытия уже не зависит исключительно от состояния двух горизонтально расположенных цепей.

  • Строительство понтонных мостов

Такие конструкции не отличаются высокой надежностью. Это обусловлено их высокой подвижностью, возможностью подтопления и низкой устойчивостью к высоким нагрузкам. Понтонные мосты чаще всего используют в следующих ситуациях:

  • нет условий для постройки мостов других типов (к примеру, болотистые или подтапливаемые берега);
  • необходимо установить временную или аварийную конструкцию на период до того момента, когда появится возможность обустроить основания из железобетона.

Понтонные мосты состоят из нескольких секций, которые соединены с помощью подвижных креплений. Здесь нельзя использовать монолитную конструкцию, так как природные факторы могут привести к полному разрушению переправы.

Кроме того, жесткое крепление к берегу понтонного моста невозможно, так как нельзя установить стабильный уровень расположения конструкции.

4 этапа проектирования и строительства мостов

Мостовые переправы играют важную роль в транспортной инфраструктуре России. Еще с древних времен мосты позволяли развивать торговлю и обеспечивали доступность удаленных регионов. Современные мосты представляют собой более сложные инженерные конструкции, которые возводятся с применением новейших технологий и материалов.

Проектирование переправ осуществляется с учетом их функционального назначения. Для расчета таких конструкций инженеры должны учитывать множество факторов, которые и определяют, каким будет мост по конструкции и внешнему облику. Проектирование железнодорожных мостов, автомобильных или пешеходные конструкций осуществляется по особым «алгоритмам», которые характерны для каждого из перечисленных вариантов.

Чтобы построить надежную переправу, нужно знать все особенности такого процесса от разработки проекта до ввода в эксплуатацию готового объекта. Проектирование и строительство мостов – сложные работы, которые отличаются трудоемкостью и высокой стоимостью.

Этап 1. Подготовка к расчету и проектированию мостов

На этапе подготовки к разработке проектной документации для сооружения моста необходимо собрать все исходящие данные. Для этого следует провести не только точные замеры местности, но и углубленное исследование территории и почв. На этом этапе проводятся геодезические, гидрологические, геологические и экологические изыскания. Необходимо сделать анализ сейсмической активности и воздействия на сооружение всех природных факторов. После сбора всех данных можно переходить к работам по проектированию моста.

Этап 2. Производство расчетов и оформление проектной документации

После того как все необходимые данные собраны, проводят их тщательный анализ и определяют основные параметры будущей конструкции. Профессиональное исследование местности – важный этап, позволяющий определить оптимальное расположение конструкций моста и подобрать материалы для их изготовления.

Функциональное назначение и тип мостовой конструкции сильно влияют на работы по проектированию, поскольку каждый вариант моста имеет определенный набор специфических характеристик. К примеру, ширина переправы зависит от того, будет ли она использоваться только для пешеходов или также и для разных транспортных средств. Разные типы мостов могут сильно отличаться по уровню предельных расчетных нагрузок, что влияет на подбор стройматериалов, численность опор и т.д.

Читайте также:  Синонимы к волнам реки

Этап 3. Государственная экспертиза

После разработки проекта на строительство мостовой переправы вся документация проходит этап согласования в специализированных государственных инстанциях. Без экспертного заключения эксплуатация мостов не допускается. Чтобы получить согласование, к проектированию таких объектов следует привлекать квалифицированных специалистов.

Этап 4. Авторский надзор

Чтобы обеспечить четкое соответствие выполняемых строительных работ действующим нормам и требованиям проекта, применяется авторский надзор. Нередко встречаются ситуации, когда подрядчики допускают изменение технологии или неточно соблюдают нормативные требования к строительству мостов, описанные в проектной документации. Такие случаи являются грубыми нарушениями, так как готовый объект не сможет пройти этап согласования экспертной комиссии.

Нередко встречающееся стремление подрядчика неправомерно экономить на стройматериалах, а иногда и сократить численность опор не только приводит к хищениям средств путем «раздувания сметы», но и ставит под угрозу надежность моста, а также снижает безопасность людей и транспортных средств, которые будут двигаться по такой переправе.

Малые и средние мостовые конструкции часто сооружаются по типовым проектам, составленным для объектов с разной шириной и нормативной нагрузкой, которая рассчитывается исходя их характеристик используемых стройматериалов. Типовая проектная документация включает рабочие чертежи пролетов, опорных элементов и данные по необходимым объемам материалов для строительства. В такой ситуации работа проектировщиков сводится к выбору оптимального варианта моста, который должен учитывать особенности местности, возможности производства на ближайших к переправе предприятиях конструкционных элементов объекта, условия их транспортировки, монтажные требования, тип грунта и др.

Расчет типовых мостовых конструкций выполняется с применением автоматизированных систем проектирования. Такие системы анализируют множество вариантов, после чего представляют самые подходящие типы мостов в форме таблиц со списком составных элементов и чертежной документации. Окончательный выбор оптимального варианта происходит после анализа всех конструкций. Затем типовые чертежи, техническая документация по привязке к местности и объемам необходимых материалов передаются строительной компании подрядчику.

Таким образом, проектирование мостов с типовыми конструкциями осуществляется в один этап – формирование рабочих чертежей.

Проектирование средних и больших мостовых конструкций чаще осуществляется в индивидуальном порядке. Такие работы разбивают на два этапа. На первом этапе разрабатывается технический проект моста.

Второй этап проектирования включает решение задач по определению места расположения объекта, системы перехода, конструкции пролетов и опорных элементов, методов ведения строительных работ, а также формирование сметы. В ходе разработки технической документации рассчитываются параметры арки таким образом, чтобы был обеспечен безопасный пропуск под переходом высокой воды. Вместе с тем, проводится анализ вероятного размывания дна, расчет среза сечения русла реки, определяется необходимость проведения работ по укреплению береговой линии и дна, а также установки струенаправляющих приспособлений.

Требования к проектированию мостов и мостовых сооружений

При проектировании мостов согласно СП руководствуются современной технологией расчета строительных конструкций, которая носит название «метод предельных строений». Сооружения разбивают на две подгруппы:

  1. Первая называется 1А и обладает следующими признаками: невозможность эксплуатации и продолжения строительства, поскольку происходит разрушение некоторых деталей конструкции, потеря устойчивого положения, движение грунта.
  2. Вторую обозначают 1Б – абсолютная непригодность к использованию. Требуется полная остановка строительных или эксплуатационных работ из-за возникновения опасных колебаний или других недопустимых силовых действий, крупных необратимых изменений (деформаций) и сдвигов, локального неустойчивого положения (однако без масштабных повреждений), отрицательного влияния природы.

Если строение достигает максимального положения группы 1Б, невозможно проводить эксплуатацию объекта. Наблюдаются серьезные нарушения в опорах и навесах конструкции, образуются прогибы и прочие деформации сооружения. Опасное явление, когда на бетонных поверхностях появились трещины и раскрытые щели.

Для предотвращения различных аварийных ситуаций вводятся коэффициенты. Допустимые показатели регулируются нормами и правилами. Например, чтобы учесть воздействие на сооружение нескольких типов нагрузок в одно время, а также несовпадение их значений, вводят коэффициент сочетаний.

Также планируемые расчеты не всегда точно соответствуют действительным работам, проводимым на объекте. Чтобы учесть возникшие отклонения и минимизировать потери, потребуется коэффициент условий работы.

Еще один важный показатель – коэффициент надежности по материалу – позволяет определить уровень крепости используемых на сооружении строительных материалов.

Для определения положения объекта по второму предельному состоянию необходимы нормативы нагрузок, чтобы рассчитать коэффициент надежности по нагрузке. Его значение приравнивают к 1. При вычислении перемещений в подвижных элементах или швах конструкции значение определяют выше 1.

Чтобы исключить неожиданные отрицательные происшествия при последующей эксплуатации сооружения, при проверке готовности объекта выбирают сложные нагрузки для отдельных деталей, частей и для всей конструкции в целом.

Мосты находятся под постоянным воздействием динамических сил, что необходимо учитывать при создании проекта сооружения. Поэтому важную роль отводят выносливости объекта. Уже на начальном этапе вычисляют срок проекта, который формируется исходя из качества бетонных и стальных элементов, соединительных узлов. По результатам проведенного исследования определяют периоды профилактических осмотров и реконструкций. Элементы, требующие сварки, должны проходить ультразвуковую проверку.

Читайте также:  Река шава нижегородской области

Стараются уменьшить степень концентрации посредством проведения особых конструктивных действий. Сюда относятся полировка швов, уменьшение количества сварных пакетов большой толщины, болтовых и сварных соединений и т.д.

Печальные последствия ошибок в проектировании мостов

    Железнодорожный мост через Фёрт-оф-Тей был построен и введен в эксплуатацию 1 июня 1878 года, чтобы соединить город Данди и область Фёрт в Шотландии. Однако в декабре 1879 года произошло масштабное крушение моста, по которому шел поезд с пассажирами.

Конструкция была сделана по решетчатой структуре, используя чугун. Изначальный план проектировщика был немного видоизменен, в связи с чем расстояние между пролетами вынужденно увеличили, а число опор уменьшили. 28 декабря стояла очень плохая погода, ветер достигал скорости 140 км/ч, водяные смерчи спровоцировали обрушение центральной части конструкции и некоторых металлических опор. Хотя мост и мог противостоять вертикальным препятствиям, на сильный ветер он рассчитан не был. Перед введением его в эксплуатацию опыты проводились с давлением 47 кгс/м 2 , однако в момент обрушения показатель был превышен в 3 раза. Все 75 пассажиров погибли в холодной воде.

После катастрофы были проведены исследования, чтобы исключить повторение трагедии. Главными причинами, которые спровоцировали падение моста, стали недостаточное число испытаний в суровых погодных условиях, низкая прочность элементов, плохая устойчивость опор, минимальное количество чугунных пролетов. Сооружение было спроектировано неверно, поэтому оно неизбежно должно было разрушиться при порыве ветра в 120 кгс/м 2 . Поэтому никакие достоинства (прочность при вертикальной нагрузке, профессиональная работа строителей, качество материалов) не уберегли бы от катастрофы.

В конце 2008 года в Израиле (город Иерусалим) на новом транспортном мосту оборвались два стальных троса.

Как сказали специалисты, причиной инцидента стал сильный ветер. Конструкция комбинированной системы с арками и вантовой ж/б балкой не выдержала напора.

Произошло обрушение Такомского висячего моста в США в начале ноября 1940 года после 4 месяцев эксплуатации.

Днем случилась авария, при которой центральная часть конструкции обрушилась в воду. К счастью, транспортное движение тогда было слабым, никто не пострадал. Выясняя причину произошедшего, специалисты пришли к выводу, что поднявшийся ветер привел в движение балки. Их жесткость была низкая (2,44 м), что и спровоцировало опускание несущей конструкции с одной стороны и поднятие ее с другой. Проезжая часть стала наклоняться, отчего образовались аэродинамические колебания.

Специалисты подтвердили, что это и стало главное причиной аварии. На момент катастрофы ветер обладал скоростью 65 км/ч. Мощная вертикальная сила показала, что конструкция чересчур гибкая и не обладает способностью выдерживать динамические нагрузки. Пилоны и боковые опоры наклонились и провисли, поскольку разорвались подвески в центре моста. Инженеры верно спроектировали конструкцию, рассчитали статические нагрузки, однако забыли о силе аэродинамики. Ветер на дороге спровоцировал динамические крутильные колебания, которые привели в движение канаты моста.

Проводились работы в суровых климатических условиях. Сначала была разрушена опора, а затем более 40 метров установленного путепровода. Главной причиной катастрофы был признан мощный ветер, который своим боковым движением повлиял на устойчивость опорных конструкций. Помимо этого, на участке был отмечен ряд серьезных нарушений при проведении процедур строительства. Один из рабочих погиб, поскольку падающие конструкции повредили грузоподъемный кран, в котором находился человек.

В середине мая 2010 года временно приостановили движение транспортных средств по Волгоградскому мосту в связи с его раскачиванием. Через 5 дней движение было восстановлено. Конструкция является частью комплекса по переезду реки Волги в Волгограде.

Мост строили в течение 15 лет с 1994 года. Лишь в конце 2009 года он был введен в эксплуатацию. Использовали современную конструкцию опорных элементов при проведении строительных и монтажных работ, задействуя ростверк для разделения нагрузки несущих вертикальных и горизонтальных элементов.

После данного события местные жители стали называть мост танцующим. Метеорологическая служба объявила 20 мая, что ветер в городе сильный, достигает 16 м/с. Никаких сейсмических изменений не предполагалось. Изначально специалисты пришли к выводу, что движение и сильные колебания моста были спровоцированы мощным ветром, который не резонировал с амплитудными колебаниями. После тщательного осмотра моста не было отмечено никаких деформаций и нарушений на проезжей части и на опорных элементах.

26.11.2010 в карельском поселке Гайжево упал пешеходный мост через реку Кемь.

Мостовой переход комбинированного типа (подвесная конструкция с металлической фермой жесткости) протяженностью 180 метров крепился на пилонах из трубчатых деталей. Он имел систему крепежных кабелей с цельной конструкцией, стоящей из стальных стержней.

Факторами, которые привели к разрушению моста, были названы погодные условия (сильные морозы, порывистый ветер, скорость которого превышала 20 м/с) и недостатки конструкции перехода.

На начальной стадии проектирования мостовых конструкций проводится анализ исходящих данных и архитектурной идеи. Очень часто архитектурная концепция совершенно не соответствует реальной ситуации, так как она базируется на возможностях производителей конструкций, имеющейся монтажной техники и строительного оборудования, а также не учитывает доступные технологии строительства и варианты доставки. Проектировщики должны найти оптимальные и экономически оправданные решения, способные обеспечить длительную, надежную и безопасную эксплуатацию моста. Профессионально составленная проектная документация позволяет гармонично вписать мостовую конструкцию в местный рельеф с учетом особенностей городской застройки.

Источник

Поделиться с друзьями
Байкал24