Особенности строительства деревянных мостов. Автодорожные деревянные мосты малых пролетов. Мост на опорах из свай

Древесина, несомненно, старейший и наиболее широко применявшийся в прежние века материал для строительства мостов. Тем не менее в XX веке сталь и железобетон ее почти вытеснили из этой сферы. И если в других странах старые мосты благодаря защите конструкций сохранились, то в России они чуть ли не все утрачены.

Сейчас древесина возвращается в мостостроение в виде современных конструкций. Россия в этом процессе пока, к сожалению, почти не участвует, зато у наших специалистов есть возможность изучать чужой опыт и брать из него лучшее.

В предлагаемом обзоре на примере нескольких наиболее примечательных, по мнению автора, объектов в разных странах прослежена история развития деревянного мостостроения от старейшего (из сохранившихся) моста на деревянных фермах до современных автодорожных мостов из клееных деревянных конструкций. В обзоре представлены только существующие или планируемые к строительству мосты.

Мост Капельбрюкке (Kapellbrücke), Швейцария, 1365 год

Этот мост, название которого переводится с немецкого как «Часовенный мост», старейший в Европе, а также старейший в мире среди мостов на деревянных фермах. В 1993 году он пережил пожар. Его общая длина 275 м, максимальная длина пролета - 15 метров.

Переход от балок к деревянным фермам позволил мостостроителям увеличить свободные пролеты мостов - теперь они не были ограничены размерами исходных бревен и брусьев. В Швейцарии в базе данных деревянных мостов действующими числятся 1055, многие из них построены в XV-XIX веках. Проезд автотранспорта по этим мостам, как правило, запрещен, но ими до сих пор пользуются пешеходы и велосипедисты. Такая долговечность старинных швейцарских мостов обусловлена тем, что они были построены крытыми.

В настоящее время для предотвращения гниения деревянных конструкций применяют глубокую пропитку древесины биозащитными составами, защиту конструкций стальными листами (сверху) и обшивочными досками (сбоку), комбинирование деревянных конструкций с бетонной плитой, свесы которой защищают древесные элементы от осадков.

Автомобильная развязка Кистоун-Уай (Keystone Wye), США, 1968 год

Клееную древесину для строительства мостов в Северной Америке начали использовать со второй половины 1940-х годов, когда в промышленных масштабах было налажено производство влагостойких клеев. Однако настоящий прорыв произошел в 1966-1967 годах, когда клееные деревянные конструкции были использованы для строительства трехуровневой развязки федеральных шоссе (хайвеев) 16 и 16А в Южной Дакоте. Объект представляет собой два моста, расположенных один над другим. У верхнего моста, опирающегося на три клееные арки, длина пролета 47 м, даже сегодня эта величина впечатляет, если помнить, что мост автодорожный! Каждая арка изготовлена из двух полуарок, соединенных шарниром в вершине.

Мосты Кистоун-Уай на многие годы стали символом деревянного мостостроения в Соединенных Штатах. С тех пор в США было построено довольно большое число мостов из клееных деревянных конструкций. В 1989 году Сенатом США была одобрена инициатива по развитию деревянного мостостроения Timber Bridge Initiative, согласно которой предписывалось стимулировать использование в лесных регионах древесины как местного строительного материала для объектов транспортной инфраструктуры. Это решение положило начало масштабной национальной программе, в рамках которой финансировались разработки экономичных конструкций и методов строительства мостов из древесины, возведение экспериментальных и демонстрационных мостов.

Так, были разработаны конструктивные решения для мостов на лесных дорогах. Небольшие пролеты, короткий срок эксплуатации, низкая интенсивность движения - все это позволяет упростить конструкцию и сделать ее недорогой. Пролетное строение в этом случае может состоять только из самонесущего полотна, выполненного стягиванием поставленных на кромку досок (stress-laminated deck). Металлические шпильки также выполняют армирующую функцию. Плиту собирают в заводских условиях. Для повышения срока службы строения используют пиломатериалы, пропитанные под давлением. Поскольку эти конструкции хорошо показали себя в эксплуатации, сфера их применения была расширена и мосты с самонесущими полотнами эксплуатируют сегодня и на дорогах общего пользования. Для повышения несущей способности плиты стали изготавливать не из досок, а из клееных балок (stress-laminated glulam deck). Причем, как оказалось, целесообразно стягивать элементы в плиту не массивного сечения, а коробчатого или Т-образного. Плитами последнего из названных видов перекрывают пролеты длиной 25-30 м. В настоящее время это решение широко применяется и в других странах.

Следует заметить, что сейчас в США насчитывается около 48 тысяч деревянных мостов и почти столько же мостов с деревянными плитами, уложенными на стальные балки.

Мост Вихантасалми (Vihantasalmi), Финляндия, 1999 год

К строительству именно деревянного моста через пролив Вихантасалми местные власти подтолкнуло желание подчеркнуть живописность места и тесную связь района с деревообрабатывающей промышленностью. У пролетов моста длина 21 + 42 + 42 + 42 + 21 м. Длина средних пролетов вдвое превысила максимальную длину пролетов всех мостов, возводившихся в Финляндии до этого. Ширина проезжей части - 11 м, ширина тротуара и велосипедной дорожки - 3 м. В результате у этого моста самая большая площадь дорожного полотна среди автодорожных деревянных мостов. Расстояние от водной поверхности до высшей точки моста (вершины деревянной фермы) составляет 31 м - это почти высота 11-этажного дома!

Клееные деревянные конструкции объемом 1050 м 3 изготовлены компанией Vierumäen Teollisuus (в настоящее время - Versowood Group).

Этот проект стал настоящим прорывом в деревянном мостостроении, поскольку в ходе его реализации были разработаны и проверены решения, благодаря которым сегодня можно строить автодорожные мосты с большими пролетами. Прежде всего это сочетание в одной конструкции клееной древесины, стали и бетона; подобные технологии сейчас принято называть гибридными. Три средних пролета перекрыты треугольными клееными деревянными фермами, два крайних - клееными деревянными балками. Эти конструкции усилены поперечными металлическими фермами, что придает им дополнительную жесткость. Кроме того, деревянные элементы связаны через вклеенные в них наклонные крючковатые штыри с монолитной железобетонной плитой покрытия. Таким образом, элементы из трех материалов конструкции работают как одно целое. Все деревянные элементы подвергнуты глубокой пропитке антисептиками.

Норвежские мосты из клееной древесины, 2001-2012 годы

Если составить рейтинг деревянных автодорожных мостов по величине пролета и общей длине, то первые три места будут принадлежать мостам из Норвегии. Еще несколько мостов из этой страны войдут в топ-15. В Норвегии считают, что архитектура, во-первых, должна отражать национальную культуру и идентичность, а во-вторых, быть основана на принципе гармонии с природной средой.

В 2001 году над р. Гломмой в г. Тюнсет был построен мост, который побил мировой рекорд по длине пролета автодорожных мостов из древесины. Длина главного пролета, протянувшегося над рекой, составляет 70 м, двух других - по 26,5 м, общая длина - 125 м. У моста две полосы для движения автотранспорта и одна - для пешеходов и велосипедистов. Дорожное полотно представляет собой плиту из досок, стянутых металлическими шпильками, подвешенную на тросах через стальные балки под несущими конструкциями из клееной древесины. В качестве этих несущих конструкций для малых пролетов устроены арки; для основного пролета использованы арочные фермы. Сечение элементов верхнего и нижнего поясов фермы - 700 х 600 и 700 х 560 мм, они получены склеиванием гнутоклееных заготовок, все диагональные элементы состоят из двух балок сечением 240 х 400 мм каждая. Элементы фермы собраны с помощью шлицевых (скрытых) соединений на металлических пластинах. Для жесткости при ветровых нагрузках верхние пояса ферм соединены горизонтальными подкосами. По данным норвежского лесотехнического института NTI, для защиты древесины основных конструкций было применено двойное импрегнирование: сначала пиломатериалы были пропитаны водорастворимыми антисептиками, а затем готовые элементы - креозотом, которым также пропитана древесина плиты. Кроме того, верхние пояса ферм и клееные арки других пролетов обшиты сверху медными листами. Для сооружения моста было использовано около 400 м 3 клееных элементов, 200 м 3 пиломатериалов для плиты дорожного полотна и 95 т стали.

В 2003 году над той же рекой в г. Флиса был открыт другой мост, параметры которого превзошли рекордные моста в г. Тюнсет. Длина максимального пролета этого моста - 70,3 м, а общая длина - 197 м. Мост во Флисе сегодня считается самым большепролетным деревянным автодорожным мостом в мире. Основные конструктивные решения, использованные для сооружения этого моста, аналогичны применявшимся при сооружении Тюнсетского моста: дорожное полотно из стянутых шпильками пиломатериалов (48 х 223 мм) подвешено под клееными фермами, применена глубокая пропитка древесины для клееных элементов водорастворимым антисептиком (хромистым арсенатом меди) и поверхностная пропитка готовых элементов креозотом. Всего для моста понадобилось 900 м 3 клееной древесины и пиломатериалов и 200 т стали.

В 2012 году был открыт автодорожный мост Треттен с максимальным пролетом 70,2 м. Сегодня это второй в мире по длине пролета деревянный автодорожный мост; Тюнсетский мост на третьем месте. Мост Треттен был спроектирован в соответствии с требованиями Еврокода - общеевропейского свода норм и правил.

Но, возможно, в скором времени эти три моста оставит далеко позади по техническим характеристикам другой норвежский мост - через озеро Мьеса. Пока этот проект проходит согласования. Предварительный концепт предполагает, что общая длина моста с четырьмя средними пролетами длиной по 120 м будет 1650 м. Эти четыре пролета будут вантовыми, то есть пролетное строение, которое представляет собой гибридную конструкцию из клееных деревянных ферм и монолитной железобетонной плиты дорожного полотна, соединят тросами с пятью пилонами. Высота ферм будет достигать 6,8 м, а сечение деревянных элементов - 1100 х 1100 мм. Таким образом, в конструкции будут воплощены все передовые технологии деревянного мостостроения: склеивание клееных балок в крупные элементы с последующим соединением в ферму; гибридизация древесины с монолитным железобетоном; вантовые конструкции. Деревянная часть конструкции будет полностью спрятана под бетонной, что, вероятно, позволит обойтись без обработки деревянных конструкций креозотом и ограничиться глубокой пропиткой водорастворимым антисептиком, ведь в Норвегии, как и в других странах, пытаются отказаться от применения креозота для импрегнирования древесины.

Говоря о норвежских деревянных мостах, нельзя не упомянуть знаменитый Мост Леонардо да Винчи, построенный в 2001 году через шоссе в норвежской губернии Аскерхус, в 20 км от Осло. Этот пешеходный мост отличает невероятная пластичность форм. Художник Вебьорн Санд вдохновился эскизом моста, созданным Леонардо да Винчи в 1502 году. Современный вариант моста выполнен из клееных деревянных конструкций, а не из камня, его длина 109 м, а не 240 м, как в проекте знаменитого флорентийца. Основная конструкция моста состоит из трех арок с пролетами длиной от 45 до 55 м, причем крайние пролеты установлены с наклоном. Сечение арок не прямоугольное. Для достижения нужного эстетического эффекта элементы увеличенного сечения, полученные склеиванием гнутоклееных заготовок, обработаны на фрезерном станке с ЧПУ. Арки получены путем стыкования этих элементов на стройплощадке. Плита дорожного полотна изготовлена из гнутоклееных балок, стянутых стальными стержнями. Деревянные конструкции защищены от внешних воздействий покраской, а также облицовкой горизонтальных поверхностей металлическими листами.

Все деревянные элементы были изготовлены на предприятии норвежского деревообрабатывающего концерна Moelven. Общая стоимость проекта составила 12 млн норвежских крон (около $1,33 млн по курсу на момент строительства).

Любопытно, что по общему числу деревянных мостов - около 200 -Норвегия заметно уступает соседям - Финляндии и Швеции, в составе дорожной инфраструктуры которых более 800 деревянных мостов.

Мосты в г. Ломар, ФРГ, 2013-2014 годы

Построенный в 2014 году автодорожный мост через р. Аггер в земле Северный Рейн-Вестфалия может быть визитной карточкой инженерного бюро Miebach и завода деревянных конструкций Schaffitzel Holzindustrie. В мостах, спроектированных и построенных этим тандемом компаний, почти всегда применяются элементы увеличенного сечения, полученные путем склеивания обычных клееных элементов, так называемая блочноклееная древесина (blocklaminated wood). Производство и обработка подобных элементов - крайне трудоемкий процесс, предъявляющий к тому же особые требования к оборудованию, клеевым материалам и квалификации персонала. В индустрии ДКК в этом направлении работают лишь несколько предприятий в Германии и Норвегии. Однако для строительства деревянных мостов такие элементы наиболее перспективны.

При строительстве автодорожных мостов Miebach и Schaffitzel применяют гибридизацию деревянных элементов с дорожным полотном из монолитного железобетона, что также является общемировым трендом в деревянном мостостроении.

Общая длина моста в г. Ломар - 40 м, ширина - 4,75 м (включая автомобильную полосу 3 м). Длина главного пролета - 28 м. Пролетное строение представляет собой гибридную конструкцию из двух симметричных блочноклееных балок переменного непрямоугольного сечения и монолитной плиты из белого железобетона. Между балками предусмотрено свободное пространство для коммуникаций. Ограждения изготовлены из нержавеющей стали, поручни - из ацетилированной древесины, так называемой аккойя.

Расход основных материалов на сооружение моста составил: клееной еловой древесины класса GL32c - 112 м 3 , древесины аккойя - 1,8 м 3 , бетона - 66 м 3 .

В Ломаре же в 2013 году компании Miebach и Schaffitzel построили живописнейший вантовый пешеходный мост с S-образным в плане дорожным полотном. Общая протяженность моста - 62 м, ширина - 2 м. Конструкция моста представляет собой блочно-гнутоклееный элемент, подвешенный вантами на двух пилонах. Для его изготовления гнутоклееные балки склеили в крупные элементы, смонтировали на них ограждения, кронштейны для вантов и защитную обшивку из лиственницы. На площадке готовые секции соединили в S-образную конструкцию.
В качестве настила использовали плиты из белого гранита. Перила изготовлены из аккойя.

Мост в г. Анаклия, Грузия, 2012 год

Это самый длинный в Европе деревянный мост, его общая длина 540 м, длина максимального пролета - 84 м. Пролетное строение представляет собой пространственную ферму из клееных деревянных элементов, подвешенную в двух пролетах вантами на треугольной раме. Расход клееной древесины составил 650 м 3 . Изготовитель - германская компания Hess Timber. Ввиду транспортировки на большое расстояние элементы изготавливались длиной не более 13,5 м. На площадке их соединяли с применением патентованного метода компании Hess Timber: склеивания на зубчатые шипы с добавлением потайной накладки из бездефектной древесины на месте стыка.

Мост в г. Райнфельден, Германия/Швейцария, 2018 год

Каким вообще может быть свободный пролет пешеходного деревянного моста? В настоящий момент в Европе и Северной Америке длина пролетов не превышает 85 м, мировым же рекордсменом с результатом 141 м является подвесной велосипедный мост Мараматаха в Новой Зеландии (впрочем, сравнивать этот легкий узкий мостик с городскими пешеходными мостами некорректно). Но уже в следующем году рекордом станет 180 м - именно такой пролёт будет иметь подвесной пешеходный мост через р. Рейн, который возводится по проекту германского инженерного бюро Miebach.. Этот мост должен соединить два города с одинаковым названием Райнфельден - один в Германии, в земле Баден-Вюртемберг, другой в Швейцарии, в кантоне Аргау. Финансирование проекта осуществляется из бюджетов обоих регионов. Общая длина моста 213,5 м, ширина 4,5 м. Пролетное строение представляет собой пару соединенных блочноклееных балок, подвешенных на тросах между изогнутыми стальными «рогатками» 30-метровой высоты. Деревянная конструкция будет защищена обшивкой. Поручни изготовят из аккойи. Мощение предполагается плитами из белого гранита. Согласно расчетам, в деревянной конструкции моста будет законсервировано около 550 т CO 2 .

Итак, деревянное мостостроение за рубежом активно развивается. Причем, как правило, деревянные конструкции оказываются дороже, чем стальные и железобетонные, для мостов с одинаковой длиной пролетов. Основным мотивом выбора древесины для местных властей и сообществ является желание создать эстетически привлекательную среду. Из этих же соображений в ландшафт стремятся добавить обзорные башни, фонари и даже опоры ЛЭП из клееной древесины. Но в то же время современные деревянные конструкции рассматриваются в мостостроении как... долговечная альтернатива стали и бетону. Так, обследования автодорожных мостов со стальными и бетонными конструкциями в Норвегии во многих случаях выявили их преждевременный износ, что заставило пересмотреть представления о наиболее долговечном материале для строительства мостов. Сталь ржавеет, железобетон крошится в растянутой зоне из-за ударных нагрузок. Строящиеся автодорожные мосты рассчитаны на 80, а то и 100 лет службы, и способность традиционных конструкций выдержать этот срок при возросших нагрузках все чаще ставится под сомнение. Древесина же при обеспечении биостойкости отлично справляется с ударными нагрузками. Большие возможности открываются при комбинировании материалов. Так, в деревянно-бетонных конструкциях бетонная плита работает в сжатой зоне, что положительно сказывается на ее долговечности. Стальные элементы в рассмотренных выше мостах имеют второстепенное значение и могут быть заменены в случае износа. А основная конструкция из клееной древесины защищена и работает в оптимальных условиях. Так что у деревянных конструкций в строительстве мостов большое будущее.

Артем ЛУКИЧЕВ

Основные особенности деревянных мостов.

Тема 4.1. Основные системы деревянных мостов.

Россия имеет самые большие в мире запасы древесины, большой опыт по исследованию, проектированию, строительству и содержанию деревянных мостов.

Дерево представляет собой хороший и широко распространенный строительный материал. Благодаря значительной прочности, малому объемному весу, легкости обработки, простоте изготовления и сборки конструкций деревом издавна пользуются для устройства мостов.

В настоящий период, несмотря на широкое распространение железобетонных мостов, в богатых лесом северных и восточных районах России на местных и сельских дорогах деревянные мосты могут оказаться целесообразными.

При этом, используя дерево для строительства современных мостов, необходимо создавать конструкции, позволяющие индустриализировать их изготовление и механизировать сборку.

Для деревянных мостов применяют хвойный и лиственный лес. Как строительный материал – лучше хвойный лес, имеющий прямые и ровные стволы, менее сучковатый, а также имеющий более мягкую, смолистую и упругую древесину. Из хвойных пород чаще всего употребляется сосна, ель, лиственница, кедр и пихта; из лиственных пород – дуб, бук, граб, ясень.

Выбор системы моста и характерные особенности его конструкции зависят, в первую очередь, от требующейся величины пролетов моста, имеющейся по условиям вертикальной планировки строительной высоты, величины расчетной нагрузки, а также от местных условий.

Рис.73. Основные системы деревянных мостов

При пересечении небольших рек и оврагов, а также при устройстве путепроводов применяют простую балочную систему (рис.73, а). Простейшей балочной системой могут быть перекрыты пролеты = 8ч10 м, а при применении составных или клееных балок - до 16-24 м. В однопролетных балочных мостах обычно = 4ч6 м; при меньших пролетах целесообразнее устройство железобетонной трубы. Мосты простейшей балочной системы имеют сравнительно небольшую строительную высоту.

Подкосные системы, имевшие в прошлом очень широкое применение на автомобильных дорогах для мостов и путепроводов, до сих пор встречаются в большом количестве на существующих дорогах, перекрывая пролеты от 8-10 до 20 м. (рис.73, б) Подкосная система представляет собой как бы балочную систему с дополнительными опорами, образованными подкосами. Подкосные мосты, рассчитанные на большую нагрузку или имеющие высокие опоры, часто устраивают с затяжкой, расположенной в уровне нижних узлов подкосов. В новом строительстве подкосные мосты применяют редко. В настоящее время их не строят из-за трудоемких плотничных работ.

Для перекрытия пролетов от 16-20 до 40-50 м применяют балочные пролетные строения с решетчатыми фермами различных видов. Наиболее часто такие пролеты перекрывают пролетными строениями с фермами Гау - Журавского (рис.73, в) из круглого леса или реже из брусьев со стойками в виде металлических тяжей. Для большей надежности и увеличения срока службы как нижний пояс, так и верхний могут быть изготовлены металлическими. Фермы Гау - Журавского можно монтировать из блоков заводского изготовления. Применяют также мосты с дощатыми фермами (рис.73, г) на гвоздевых соединениях. Дощатые фермы удобны для изготовления, но менее долговечны. Поэтому они целесообразны главным образом для мостов, рассчитанных на ограниченный срок службы.

Дощатые фермы тоже могут быть сборными из блоков, изготовленных на заводе.

Для перекрытия пролетов порядка 50-60 м возможно применение лишь комбинированной системы, состоящей из решетчатых ферм, усиленных арочным поясом (рис.73, д). Однако такая конструкция сложна и громоздка.

В отдельных случаях на автомобильных дорогах применяют и мосты распорных систем: арочные и висячие. Арочные мосты бывают целесообразны в горных районах, а иногда в городских переходах. Деревянными арками можно перекрывать пролеты от 15-20 до 40-50 м. Висячие мосты с деревянными фермами, поддерживаемыми стальными канатами, применяют в горных районах для перекрытия трудно преодолимых препятствий, при пролетах, достигающих 80-100 м и более.

Деревянные мосты возводят на автомобильных дорогах при пересечении небольших рек и оврагов.

Деревянные мосты (рис. 9.10) простейшей балочной малопро­летной конструкции имеют наиболее широкую область примене­ния. На автомобильных дорогах применяют в некоторых случаях мосты более сложной конструкции пролетом до 60 м.

Малопролетные деревянные мосты применяются изредка в железнодорожном строительстве. Они дешевы, возводятся в ко­роткие сроки, и их сооружение, особенно в районах, где древе­сина является местным материалом, вполне оправдано.

Главным недостатком деревянных мостов является опасность.

Рис. 9.10. Деревянные мосты:

а - балочный; б - подносный; в - клеедеревянный балочный; г - клеедеревянный арочный; д - из ферм; е - совмещенный балочно-арочный; ж - совмещенный вантово-балочный; з-настилы; 1 - накат; 2 - доски; 3- деревоплита; 4 - асфальтобетон

Основные части моста - это пролетное строение и опоры. Пролетное строение состоит из проезжей части, основных несу­щих конструкций и связей. Проезжая часть располагается выше основных несущих конструкций в мостах с ездой поверху, ниже их - в мостах с ездой понизу и занимает промежуточное положение в мостах с ездой посередине. Наиболее эффективны деревянные мосты с ездой поверху, поскольку количество основ­ных несущих конструкций и их расстановка принимаются неза­висимо от габаритов проезжей части. Кроме того, проезжая часть здесь служит дополнительно защитным покрытием от ат­мосферного увлажнения древесины.

Проезжая часть моста состоит из настила и балок. В качестве настилов применяются в большинстве случаев сплошные ряды бревен (накат) или пластин, покрытые дощатой обивкой. При­меняется также ребристая деревоплита, состоящая из сплошного ряда досок разной ширины на ребро, ребристая поверхность которых покрывается асфальтобетоном. Опорами настила служат продольные прогоны или поперечные балки цельного или состав­ного сечения. По краям проезжей части настил несколько подни­мается, образуя тротуары.

Основные несущие конструкции пролетных строений могут быть цельнобалочными, составными балочными, подкосными, сквозными, арочными и комбинированными.

Цельнобалочные конструкции применяются в мостах проле­том до 6 м. Они состоят из бревенчатых или брусчатых прогонов, уложенных на опоры обычно вразбежку с шагом, равным двой­ной ширине их сечения. Эта конструкция построечного изготовле­ния проста, малотрудоемка и экономична.

Составные балочные конструкции применяются в мостах про­летом до 20 м. Наиболее перспективны клееные балочные конст­рукции заводского изготовления. Они состоят из дощатоклееных балок прямоугольного сечения высотой, равной 1/10...1/15 про­лета, которые ставятся на опоры в количестве 4 или 6 шт. Во временных мостах иногда применяют дощато-гвоздевые балки с перекрестной стенкой, однако необходимо учитывать, что они трудоемки при изготовлении и защите от загнивания.

Подносные конструкции иногда применяют во временных мос­тах пролетом до 12 м. Их изготовляют из бревен или брусьев, и состоят они из ригелей, стоек и подкосов, соединенных лобовыми упорами и врубками. Схемы таких конструкций бывают треугольно-подкосными, трапециевидно-подкосными и ригельно-подкосными. Наличие подкосов в 2...3 раза уменьшает пролет ригеля. Эти конструкции трудоемки и трудно защищаемы от загнивания ввиду большого числа врубок.

Арочные конструкции наиболее часто применяются в мостах пролетом до 30 м. Клееные арки заводского изготовления, как правило, имеют трехшарнирную схему и состоят из двух доща-токлееных полуарок прямоугольного сечения, описанных по дуге окружности.

Сквозные конструкции в виде ферм применяются в мостах пролетом до 60 м. В таких мостах используют фермы Гау-Журавского. Они имеют параллельные пояса, перекрестные рас­косы и стойки. Пояса и раскосы выполняют из брусьев и бревен, а стойки - из арматурной стали. Раскосы соединяют в узлах наклонными лобовыми упорами, и при расчете растянутые раско­сы не учитывают. Стыки поясов делают болтовыми с деревянны­ми или стальными накладками. Применение металлического ниж­него пояса в таких фермах значительно повышает их надежность.

Комбинированные конструкции деревянных мостов могут быть арочными и висячими. Арочные конструкции применяют при про­летах до 60 м. Они состоят из арок, соединенных с балкой или фермой жесткости, и имеют существенные преимущества перед фермами и арками, работающими самостоятельно. Арки этой конструкции не передают распора на опоры, поскольку он вос­принимается балками или фермами жесткости, как затяжками. Это значительно упрощает конструкцию опор. Фермы или балки подвешены в ряде точек к аркам, поэтому усилия в них являются относительно небольшими. В таких конструкциях применяют так­же клееные балки и арки.

Опоры деревянных мостов выполняют тоже деревянными свайной, рамной и ряжевой конструкций или бетонными и камен­ными. Свайные опоры являются наиболее простыми. Они состоят из рядов деревянных свай, забитых в дно реки или оврага. Их широко применяют особенно в малопролетных мостах при грунтах, допускающих забивку свай.

Рамные опоры - это сквозные деревянные рамы из бревен или брусьев, устанавливаемые на бетонные фундаменты. Они более сложны и применяют их в мостах, возводимых на грунтах, не допускающих забивки свай.

Ряжевые опоры - это бревенчатые срубы с днищем и пере­городками, которые заполняют камнем и опускают на дно реки. Их используют в мостах, сооружаемых над глубокими реками с быстрым течением, где применение свайных и рамных опор невозможно.

Бетонные и каменные опоры применяют в мостах большого пролета над широкими реками, оврагами и ущельями.

Деревянные эстакады сооружают, главным образом, с приме­нением составных клееных балок, ферм и параллельными пояса­ми и подкосных конструкций с опиранием их на рамные опоры.

Наибольшее распространение в автодорожных мостах получила балочная система . Благодаря меньшей величине временных нагрузок прогонами можно легко перекрыть пролеты до 6 м, а при увеличении их количества и легких нагрузках - до 10 м. Вследствие малых тормозных сил при высоте насыпи до 3 м. устои не предусматривают. При большей высоте насыпи уменьшают величины крайних пролетов (рис. 3.14, а) и введением системы связей из двух крайних опор образуют устой.

В поперечном сечении конструкции автодорожных и железнодорожных мостов принципиально отличаются. Характер поперечной конструкции моста под железную дорогу зависит от расположения рельсов, а в автодорожном мосту необходимо обеспечить равнопрочность в пределах всей ширины проезжей части, что определяет соответствующее расположение свай и прогонов (рис. 3.14, б). Расстояние между сваями зависит от величины нагрузки, расположения прогонов и типа проезжей части.

Наибольшее распространение получила конструкция проезжей части с поперечинами, уложенными на прогоны, и двойным дощатым настилом (рис. 3. 14, в). Верхний настил непосредственно воспринимает нагрузку и распределяет ее на доски нижнего настила. Верхний настил подвержен интенсивному износу, поэтому в расчете не учитывается.

Сечение досок нижнего настила, зависящее от расстояния между осями поперечин, определяют расчетом. Сечение поперечин зависит от расстояния между осями прогонов.

Расстояние между осями свай и прогонов в поперечном сечении составляет 1,4-1,8 м. При наличии стыка поперечин средние сваи сближают. Прогоны, как правило, двухъярусные, а при пролетах более 6м, даже трехъярусные. Стыка прогонов нижнего яруса осуществляют на подбалках. Многоярусная конструкция прогонов требует применения подтесок, врубок, длинных болтов, отверстия для которых нужно сверлить на месте, что создает условия для загнивания древесины.

Рис. 3.14 - Балочный мост под автомобильную дорогу: 1 - верхний настил; 2 - нижний настил; 3 - поперечины; 4 - прогоны

Для устранения этих недостатков прогоны укладывают в один ярус, располагая их на равных расстояниях по всей ширине проезжей части. Стыки прогонов устраивают внахлестку на насадке (рис. 3.15, а), работающей на изгиб.

Целесообразно сохранять естественную коничность бревен, из которых обычно устраивают прогоны. Это позволяет несколько уменьшить расход леса, так как при учете сбега величиной 1% расчетный диаметр в зоне наибольших изгибающих моментов несколько возрастает, наружные слои древесины лучше сопротивляются неблагоприятным атмосферным влияниям, сокращается объем работ по обработке элементов.

Рис. 3.15 - Балочный мост с одноярусными прогонами

Верх бревен подтесывают по всей длине для образования площадки, на которую опирают поперечины. Концы бревен в местах опирания на насадку стесывают на разную высоту, поэтому низ бревен имеет наклонное очертание (рис. 3.15, б). Смежные бревна прогонов укладывают комлями в разные стороны.

Дощатый настил мало пригоден для современных условий движения, так как в сырую погоду становится скользким, что может привести к авариям при торможении автомобилей. Кроме того, настил быстро и неравномерно изнашивается.

По условиям эксплуатации желательно, чтобы дорожное покрытие было одинаковым на мосту и подходах. Этому требованию удовлетворяет конструкция в виде сплошного настила из досок, поставленных на ребро и сшитых гвоздями - так называемая деревоплита (рис. 3.16), на которую укладывают слой асфальтобетона. Доски имеют толщину 4 см. и разную высоту (11-15 см) с тем, чтобы поверхность была гребенчатой с углублениями 2-3 см. для лучшего сцепления асфальтобетона с плитой.

Рис. 3.16 - Деревоплита

Деревоплита, опирающаяся непосредственно на прогоны, обладает большой несущей способностью, а надобность в поперечинах при этом отпадает. Поперечный уклон проезжей части достигается изменением толщины слоя асфальтобетона. Недостатком деревоплиты является невозможность осмотра и опасность загнивания. Все доски ее должны быть антисептированными.

Конструкция из пиломатериалов наиболее удобна для предварительной заводской обработки, пропитки элементов антисептиком и быстрого монтажа (рис. 3.17).

Рис. 3.17 - Автодорожный мост из пиломатериалов

При этом подтеску и подгонку элементов можно полностью исключить, а срок службы моста существенно увеличивается. Однако пиломатериал значительно дороже круглого леса, поэтому стоимость мостов возрастает настолько, что иногда целесообразнее становится применение железобетона. Кроме того, пиломатериал больше подвержен опасности появления трещин и загнивания, что требует применения высококачественной древесины и глубокой пропитки. На длительную эксплуатацию рассчитано пролетное строение длиной 6 м. в виде деревоплиты высотой 40 см, опирающейся на насадки и не имеющей ни прогонов, ни поперечин (рис. 3.18).

Рис. 3.18 - Пролетное строение из деревоплиты: 1 - колесоотбойный брус; 2 - покрытие проезжей части; 3 - асфальтобетон; 4 - битуминизированный песок 8см; 5 - сухарики 5×10, l = 40 по концам щита; 6 - отверстия; 7 - болт М20, l = 800 для строповки

Плита состоит из блоков шириной 1 м, количество которых зависит от ширины моста. Каждый блок представляет собой щит из досок сечением 5×20 см, поставленных на ребро и скрепленных гвоздями, причем вертикальные ряды из одной и двух досок чередуются. Стыки между щитами устраивают при помощи деревянных или бетонных шпонок (рис. 3.19). Для щитов применяют доски влажностью не более 15%, пропитанные маслянистыми антисептиками.

Рис. 3.19 - Стыки деревоплиты: a - с деревянной шпонкой; б - с бетонной шпонкой

Пустоты в гребенке плиты заполняют на высоту 8 см. битуминизированным песком, затем укладывают слой асфальта толщиной 6 см, которому придают двусторонний поперечный уклон 2%. Проезжую часть ограждают колесоотбойными брусьями, верх которых окаймляют со стороны проезжей части металлическим уголком. Тротуарные щиты состоят из одного ряда досок сечением 5×20 см. Поперек этих щитов укладывают бруски (кобылки) сечением 15×25 см, к которым прибивают тротуарные доски.

Необходимо отметить нерациональное использование материала деревоплиты, большая часть которого сосредоточена вблизи нейтральной оси. Однако избежать этого в данной конструкции невозможно. Плиты укладывают непосредственно на насадку, причем в месте опирания просветы между досками заполняют короткими брусками (сухариками). Опоры под такие пролетные строения должны быть двухрядными, чтобы обеспечить достаточно надежное опирание плиты на насадку (по несущей способности при пролетах длиной 6 м. достаточно одного ряда свай).

Общая стоимость 1 пог. м. моста выше, чем при применении обычных прогонов из круглого леса. Преимуществами конструкции является отсутствие врубок, создание условий для заводского изготовления элементов, упрощение монтажа и увеличение срока службы сооружения.

Опоры высотой до 3 м. предусматривают свайными. При большей высоте применяют рамно-свайные опоры, устанавливая на свайный ростверк рамы заводского изготовления из антисептированных брусьев с соединениями на болтах и хомутах. Рамы с ростверком соединяют также болтами и хомутами без применения скоб и ершей. Защиту от гниения элементов опор, находящихся в области переменного уровня воды, обеспечивают устройством бандажей из двух слоев битантита на битумной мастике.

Мосты - неотъемлемый атрибут почти каждой реки, они помогают преодолевать препятствия, благодаря им расстояния становятся меньше, и добираться из пункта "А" в пункт "Б" оказывается комфортнее и быстрее. С появлением новых материалов и технологий сложные конструкции переправ становятся реальностью.

Что такое мост

Мосты - это продолжение дороги через препятствие. Чаще всего они прокладываются через водную преграду, но также могут соединять края оврага или канала. В связи с развитием транспортной инфраструктуры, в мегаполисах строятся мосты для передвижения над дорогами, образуя крупные развязки. Основными деталями их конструкции являются пролеты и опоры.

Классификация конструкций мостов

Виды мостов можно квалифицировать по нескольким критериям:

• по основному назначению использования;
• конструктивному решению;
• строительным материалам;
• в зависимости от длины;
• по сроку эксплуатации;
• в зависимости от принципа работы.

С тех пор как человек перекинул дерево с одного берега реки, чтобы добраться на другой, прошло немало времени и приложено много усилий в строительстве инженерных сооружений. В результате появились разные виды конструкций мостов. Рассмотрим их подробнее.

Балочные

Материалами для их строительства являются сталь, ее сплавы, железобетон, а первым материалом было дерево. Основными элементами несущих конструкций у этого типа являются балки, фермы, которые передают нагрузку на опоры основания моста.

Балки и фермы составляют часть отдельной конструкции, носящей название "пролет". Пролеты бывают разрезными, консольными и неразрезными, в зависимости от схемы соединения с опорами. Первые из них имеют по две опоры с каждого края, неразрезные могут иметь большее количество опор, в зависимости от необходимости, а у консольного моста пролеты выходят за опорные точки, где соединяются с последующими пролетами.

Арочные

Для их изготовления используются сталь, чугун, железобетонное литье или блоки. Первыми же материалами для строительства этого типа мостов были камни, булыжники или составленные из них монолитные блоки.

Основой конструкции является арка (свод). Соединение нескольких арок автомобильным или железнодорожным полотном является арочным мостом. Полотно дороги может иметь два расположения: над конструкцией или под ней.

Одной из разновидностей является гибрид - арочно-консольный мост, где две полуарки соединяются в верхней части и напоминают букву «Т». Арочная конструкция может состоять из одного пролета, и тогда основная нагрузка приходится на крайние опоры. Если мост состоит из нескольких соединенных конструкций, тогда нагрузка распределяется на все промежуточные и крайние опоры.

Подвесные мосты

Основные материалы для строительства в этом случае - сталь, железобетон. Конструкции возводят в местах, где невозможно установить промежуточные опоры. Несущим элементом являются пилоны, соединенные тросами. Чтобы удержать мост в стабильном состоянии, пилоны монтируют на противоположных берегах, между ними протягивают тросовое соединение до земли, где оно надежно закрепляется. К протянутым горизонтальным тросам крепят вертикальные, также присоединяя цепи которые будут поддерживать полотно моста. Жесткость полотну придают балки и фермы.

Вантовые мосты

Строительные материалы - сталь, железобетон. Как и у подвесных аналогов, их конструкция предполагает пилоны и тросы. Различие состоит в том, что вантовое соединение является единственным, которое связывает конструкцию всего моста, т.е тросы крепятся не к горизонтально натянутым носителям, а непосредственно к конечным опорам, отчего конструкция приобретает большую жесткость.

Понтонные

«Плавучие» переправы не имеют жесткого каркаса и связи с берегом. Их конструкция собирается из отдельных секций с подвижным соединением. Разновидностью этого вида мостов являются наплывные переправы. Чаще всего они являются временными сооружениями, которые используют до момента установления льда на водных преградах. Они опасны в период сильного волнения на воде, затрудняют судоходство, а передвижение по ним имеет ограничения для многотонных грузовых машин.

Металлические мосты

Большая часть современных мостов предполагает использование металла в несущих частях конструкций. Довольно долгое время металлический мост считался самым прочным видом сооружения. На сегодняшний день этот материал является важной, но не единственной составляющей мостовых соединений.

Виды металлических мостов:

• Арочные конструкции.
• Виадуки с пролетами.
• Висячие, вантовые.
• Эстакады с опорами из железобетона, где пролеты смонтированы из металлических соединений.

Конструкции из металла обладают преимуществами, состоящими в простоте сбора, поэтому почти все виды железнодорожный мостов возводятся из этого материала. Металлические части изготавливаются промышленным способом на заводе, при этом размер может регулироваться. В зависимости от грузоподъемности механизмов, с помощью которых будет производиться монтаж, формируются заводские заготовки будущего цельного соединения.

Сварить конструкцию из частей можно непосредственно на месте окончательного монтажа. И если раньше приходилось проводить соединение множества частей одного пролета, то сейчас кран с грузоподъемностью 3600 т, вполне может перенести и водрузить на опоры цельнометаллический пролет.

Преимущества металлоконструкций

В качестве материала для строительства мостов редко используется железо из-за его плохой устойчивости к коррозии. Востребованным материалом стала высокопрочная сталь и ее соединения. Ее прекрасные эксплуатационные качества можно оценить на таких проектах, как вантовые виды мостов, с огромными пролетами. Примером может служить Московский мост через Днепр в Киеве или Обуховский мост в Санкт-Петербурге.

Питерские легенды

В Петербурге в обилии представлены различные виды мостов, есть и старинные, ставшие символами ушедшей эпохи, но их назначение не изменилось, хотя и обросло флером историй и романтики. Так, Поцелуев мост через притягивает туристов своим названием, но произошло оно от фамилии купца Поцелуева, чей питейный дом «Поцелуй» располагался рядом с переправой, и к романтическим порывам, название не имеет отношения.

Интересными легендами оброс Литейный мост, причем драматургический сюжет возник сразу при его закладке. Считается, что одним из закладных камней опор стал жертвенный камень Атакан. Теперь он нагоняет тоску на прохожих и провоцирует самоубийства. Чтобы задобрить "кровавый" валун, некоторые горожане бросают с моста в Неву монетки и льют красное вино. Также многие утверждают, что на Литейном можно встретить призрак Ленина.

Пять самых длинных мостов России

Пока не построен мост через Керченский пролив, пятерка масштабных переправ выглядит так:

• во Владивостоке. Длина сооружения составляет 3100 м, открытие состоялось в 2012 г. Впервые о его необходимости задумались в 1939 г., но осуществили на современном этапе.
• Мост в Хабаровске. Его длина составляет 3891 м. Он имеет два яруса. По нижнему открыто железнодорожное движение, а по верхнему - автомобильное. Его изображение украшает пятитысячную купюру.
• Мост на реке Юрибей. Он расположен за Полярным кругом в Ямало-Ненецком автономном округе. Длина конструкции - 2893 м.
• Мост через Амурский залив имеет протяженность 5331 м. Был открыт в 2012 г. Он интересен системой освещения, помогающей экономить до 50% электроэнергии.
• через Волгу в Ульяновске. Его длина - 5825 м. Строительство велось на протяжении 23 лет.