Назад

Висячий мост с самым длинным пролетом в мире

Введение

На протяжении всей истории мостостроения одним из основных вопросов, который стоял перед инженерами, являлся вопрос об увеличении длины пролета мостовых сооружений и, соответственно, уменьшении количества опор. Известно, что стоимость строительства опор составляет 40-60% от стоимости моста (при строительстве опор часто возникают определенные трудности, связанные с грунтовыми условиями и с производством работ: устройство шпунтового ограждения котлована и островков; водоотлив; подводное бетонирование; наличие механизированной техники для устройства конструкций фундамента и т.д.). Кроме этого, слишком большое количество промежуточных опор может стеснять русло, что в свою очередь будет вызывать увеличение скорости течения и, как следствие, размыв берегов и фундаментов опор.

В данной статье кратко рассмотрены системы мостов и описан самый длинный в мире мост Акаси-Кайке.

Статические схемы мостов

Как же выбрать наиболее рациональную статическую схему для перекрытия максимального пролета? Ниже кратко рассмотрим основные системы мостов.

Балочная система (рисунок 1).

Такая система наиболее проста в расчетах. Чаще всего для изготовления балок используют железобетон либо сталь, реже дерево. Но даже использование стальных пролетных строений не позволяет перекрывать достаточно большие пролеты. При увеличении длины пролета увеличиваются габаритные размеры несущих элементов. Резко увеличивается высота ребер и толщина поясов, что негативно сказывается на возрастании собственного веса конструкции и наветренной нагрузки. Это затрудняет изготовление и монтаж, как самого пролетного строения, так и опор. Максимальные пролеты, перекрываемые балочными системами – около 200 м.

Рисунок 1 – Балочная статическая схема

 

Ферменная система (рисунок 2).

Такая система позволяет перекрывать большие пролеты, чем балочные системы. Это достигается за счет того, что используется решетка большой высоты из стержней вместо сплошной стенки, это позволяет снизить собственный вес конструкции, а также снизить ветровую нагрузку. Еще одним преимуществом фермы над балкой является то, что при допущении соединения стержней между собой шарнирами, в расчетах все элементы будут работать только на продольные усилия. Максимальные пролеты, перекрываемые ферменными системами – около 300 м.

Рисунок 2 – Статическая схема фермы

Распорные системы (рисунок 3).

Такие системы позволяют перекрывать пролеты еще больше, чем балочные и ферменные, за счет возникновения в них горизонтальной составляющей под действием вертикальной нагрузки. Горизонтальная составляющая способствует снижению изгибающих моментов в несущих конструкциях. Но возникновение этого горизонтального усилия вызывает определенные проблемы. Первое и самое главное, это более сложная и громоздкая конструкция опор. Второе – это то, что значение этого горизонтального усилия (распора) зависит от стрелы прогиба конструкции, что в свою очередь влияет на строительную высоту. В зависимости от статической схемы (например, одно, двух, трех или бесшарнирная арка) распорные системы могут быть сложны в расчетах. Максимальные пролеты, перекрываемые арочными системами – 400-500 м.

Рисунок 3 – Арочная статическая схема

Вантовые, подвесные и комбинированные системы.

В практике строительства и проектирования мостовых сооружений выяснилось, что наибольшие пролеты перекрываются висячими системами.

Основной несущий элемент данного типа конструкции – это гибкие тросы или канаты. В подавляющем большинстве они состоят из большого числа тонких проволок, сплетенных между собой. Мостовым полотном может быть балка или ферма жесткости, которые крепятся к гибким несущим элементам на подвесках. Основные проблемы данной конструкции – это высота промежуточных опор (пилонов), в зависимости от которой регулируются усилия в тросах или канатах. Вторая проблема – это надежная анкеровка несущих элементов на земле. Для этого обычно устраивают подземные бункеры, в которых концы тросов закрепляют и заливают большой массой бетона.

Мост Акаси-Кайкё

Наиболее яркий представитель моста с подвесной статической схемой – мост Акаси-Кайкё (рисунок 4) в Японии через пролив Акаси. Этот мост знаменит тем, что имеет самый большой пролет в мире (длина основного пролета 1991 м). Пилоны моста имеют высоту 298 м.

Мостовое полотно состоит из фермы жесткости с шестиполосным автомобильным движением (по 3 полосы в каждую сторону). Изначально планировалось построить мост под автомобильное и железнодорожное движение, но затем это решение было пересмотрено.

Рисунок 4 – Мост Акаси-Кайкё

Идея строительства возникла еще в 1955 году, однако само строительство началось только в 1988 году и продолжалось 10 лет. Во время строительства возникли определенные трудности. В то время, когда уже были установлены фундаменты двух промежуточных опор, произошло землетрясение амплитудой 7,3 бала по шкале Рихтера. В связи с этим, одна опора была сдвинута на 1 м. Вместо изначально запланированного основного пролета длиной 1990 м пришлось вносить изменения и использовать пролет длиной 1991 м с наращиванием ферм жесткости и перерасчетом усилий.

При проектировании и строительстве моста инженеры столкнулись с рядом проблем (наличие сильных ветров – до 290 км/ч, морских течений и высокой сейсмической активности в районе строительства моста – до 8,5 баллов по шкале Рихтера), что требовало нестандартных и новых решений, таких как:

  • установка амортизаторов внутри башен для восприятия сейсмической нагрузки;
  • укрепление сетью треугольных скоб фермы жесткости (мост стал жестче и прочнее) и т.д.

Для строительства моста была разработана новая стальная проволока, которая оказалась в два раза прочнее, чем обычная. Чтобы получить трос, который должен был удерживать мост весом в 160000 тонн и длиной два километра, сначала 127 пятимиллиметровых проволок собираются в прядь, а затем 290 таких прядей собираются в трос. В результате трос состоит из 36830 тысяч проволок. Общая длина проволоки – более 300000 километров. Также для подводного бетонирования был разработан новый бетон, который быстро застывал и обладал высокой прочностью, и не растворялся в воде при заливке.

В настоящее время у инженеров и инвесторов разрабатываются варианты еще более грандиозных сооружений, таких, как мост через Берингов пролив или строительство моста через Гибралтарский пролив с пролетами 3 и 5 км.

Выводы

  • наиболее рациональной схемой для перекрытия больших пролетов является подвесная система;
  • все системы мостов постоянно совершенствуются, для расширения области их применения;
  • все большие мосты или мосты с большими пролетами требуют индивидуального подхода, учитывающего местные условия строительства. Эти условия могут в большой степени влиять на выбор статической схемы мостового сооружения;
  • кроме совершенствования статической схемы мостов, также параллельно должны совершенствоваться уже существующие, а также разрабатываться новые материалы для строительства сооружений.
Ipit