книги / Проектирование транспортных сооружений

ловки рельса и равной для поездов метрополитена 1,96 кН/м, для по­ ездов трамвая 1,47 кН/м.

От автомобильной нагрузки АК нормативную поперечную нагруз­ ку полагают в одном случае равномерно распределенной и равной 0,39 К кН/м, а в другом сосредоточенной силой, равной 5,9 кН. В обо­ их случаях ее прикладывают в уровне покрытия проезжей части.

При расчете элементов пролетных строений и опор мостовых со­ оружений необходим учет нормативной горизонтальной нагрузки от торможения или сил тяги подвижного состава. От действия равномерно распределенной части нагрузки АК ее принимают в процентах от веса нормативной вертикальной нагрузки, равной 50, но не менее 7,8 К и не более 24,5 К, а от действия поездов трамвая и метрополитена рав­ ной 10. Продольную горизонтальную нагрузку учитывают со всех по­ лос движения одного направления, принимая во внимание коэффи­ циент Sj.

В городских мостах, путепроводах и эстакадах с балочными про­ летными строениями продольную нагрузку прикладывают в уровне проезжей части или уровне центров опорных частей соответственно при pareчете устоев и расчете промежуточных опор. При этом продольное усилие от торможения или силы тяги, передаваемое на неподвижные опорные части, принимают в размере 100 % полного продольного уси­ лия, действующего на пролетное строение.

Нормативную временную нагрузку на пешеходные мосты прини­ мают равномерно распределенной интенсивностью 3,92 кПа. Интен­ сивность этой нагрузки на тротуарах при учете совместно с другими нагрузками

где к — длина загружения, м.

При отсутствии других нагрузок расчет тротуаров ведут на дейст­ вие равномерно распределенной нагрузки интенсивностью 3,92 кПа и сосредоточенной силы 19,6 кН (для городских мостов) с площадкой распределения от колеса автомобиля 0,015 м2.

Для расчета перил городских сооружений введены равномерно рас­ пределенная нагрузка (вертикальная и горизонтальная) интенсивно­ стью 0,98 кН/м, учитываемая при воздействии других нагрузок, а также сосредоточенные вертикальные и горизонтальные давления, равные 1,27 кН, при отсутствии других нагрузок. На служебных про­ ходах равномерно распределенная нагрузка принимается равной 1,96 кПа и совместно с другими временными нагрузками не учитыва­ ется.

Для учета динамического характера нагрузок от подвижного со­ става. вводят динамический коэффициент, определяемый для элемен­ тов стальных и сталежелезобетониых пролетных строений городских

21

а для главных ферм и пилонов висячих и вантовых мостов по формуле

где ц — динамическая добавка.

Для железобетонных балочных пролетных строений городских со­ оружений, рамных конструкций, а также для железобетонных сквоз­ ных, тонкостенных и стоечных опор

Коэффициенты надежности по нагрузке у/ к нагрузке АК принима­ ют по табл. 1.2; к нагрузке НК-80 yf = 1,0; к нагрузке от подвижного состава метрополитена и трамвая — по формуле

К распределенным нагрузкам при расчете элементов пешеходных мостов, тротуаров и перил городских мостовых сооружений вводят коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,4, а к сосредоточен­ ным давлениям на тротуары и перила — 1,0.

Нормативную поперечную ветровую нагрузку, действующую на элементы городских мостов, путепроводов и эстакад, определяют как произведение соответствующей нормативной интенсивности ветровой нагрузки на рабочую ветровую поверхность. В соответствии со СТ СЭВ 1407—78 нормативная интенсивность статической составляющей горизонтальной ветровой нагрузки

(M S)

где <7о — скоростной напор ветра на высоте 10 м от поверхности земли; й/, — коэффициент, учитывающий для открытой местности изменение скоростного напора по высоте; Cw — аэродинамические коэффициенты лобового сопротив­ ления мостовых конструкций и подвижного состава.

На безрельсовые транспортные средства и трамвай, находящиеся на сооружениях, воздействие ветра не учитывается.

22

Для индивидуальных конструкций пролетных строений и опор

Нормативную продольную ветровую нагрузку для сквозных про­ летных строений применяют в размере 60 %, а для пролетных строе­ ний со сплошными балками — 20 % соответствующей полной норма­ тивной поперечной нагрузки. Горизонтальное усилие от продольной ветровой нагрузки, действующей на балочное пролетное строение, передается на опоры в уровне центра опорных частей, а действующее на рамную несущую конструкцию — в уровне оси ригеля рамы.

Нагрузку от льда на опоры городских мостов определяют на основе

Опоры городских мостов рассчитывают на воздействие горизон­ тального давления от возможного навала судов. Нагрузка от навала судов действует на опору на высоте 2 м от РСУ и ее определяют в зависимости от класса внутреннего водного пути.

1.6.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЕТУ ГОРОДСКИХ МОСТОВ

ИТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Расчет городских мостов, путепроводов и эстакад осуществляют в соответствии с действующими нормативными документами, едиными как для искусственных сооружений, расположенных в городах, посел­ ках, населенных пунктах, так и на автомобильных дорогах [25]. В ос­ нову расчета искусственных сооружений в СССР положена методика предельных состояний. В соответствии со СТ СЭВ 384—76 «Основные

венных и количественных критериев предельных состояний по типам сооружений и лишь содержат их в общей форме. Так, предельные со­ стояния группы I могут наступить в результате потери местной или общей устойчивости, хрупкого, вязкого или усталостного разруше­ ния, чрезмерных пластических деформаций, сдвига или выпирания грунта, значительных сдвигов во фрикционных соединениях. Предель­ ные состояния группы II могут возникнуть за счет значительных про­ гибов, осадок опор или иных смещений конструкции, а также образо­ ванияили недопустимого раскрытия трещин.

Цель расчета с позиций указанных нормативных документов — не допустить ни одно из перечисленных предельных состояний в тече­ ние всего срока службы сооружения. При расчете конструкций тран­ спортных сооружений это обеспечивается введением системы коэффи­ циентов как к нормативным нагрузкам и воздействиям, так и к проч­ ностным и упругим характеристикам материалов.

23

Несущие конструкции городских искусственных сооружений рас­ считывают на действие постоянных и неблагоприятных сочетаний вре­ менных нагрузок. При этом временные нагрузки вводят с соответст­ вующими динамическими коэффициентами.

Расчет конструкций пролетных строений мостовых сооружений, как правило, ведут по пространственным расчетным схемам. Приме­ няются и приближенные методики, основанные на расчленении кон­ струкции на плоские системы и учитывающие взаимосвязь элементов между собой. При выборе расчетных схем и методов расчета в совре­ менной практике проектирования ориентируются на эффективное ис­ пользование ЭВМ.

При расчетах по предельным состояниям I и II групп усилия в се­ чениях элементов статически неопределимых железобетонных мосто­ вых конструкций, как правило, определяют с учетом неупругих де­ формаций бетона и арматуры и наличия трещин.

Современные железобетонные конструкции мостов, путепроводов и эстакад отличаются большим разнообразием, сложностью форм и рас­ положением в пространстве. В связи с этим целесообразно использо­ вать при их расчете векторный анализ. Векторная запись основных уравнений в сочетании с матричной формой записи позволяет упростить программирование и расчет конструкций на ЭВМ.

Для стальных пролетных строений мостов, эстакад и путепроводов в расчетах на прочность и устойчивость в предельных состояниях группы I современными нормами предписывается учитывать физиче­ скую нелинейность, возникающую при работе конструкций в упруго­ пластической стадии. При этом максимальная относительная остаточ­ ная деформация при растяжении с ос1 - 0,0006, при сдвиге уост - —0,00105.

Усилия в элементах стальных мостовых конструкций определяют, как правило, по недеформированным расчетным схемам в упругой ста­ дии работы материала. Геометрическую нелинейность, вызванную перемещением элементов конструкций, требуется учитывать при расче­ те систем, в которых ее учет вызывает изменение усилий и перемещений более чем иа 5 %.

При расчетах сталежелезобетонных конструкций пролетных строе­ ний обычно исходят из гипотезы плоских сечений, без учета податливо­ сти швов объединения стальной и железобетонной частей. Неупругие деформации учитывают при определении усилий в элементах статиче­ ски неопределимых систем, а также в расчетах по прочности и устой­ чивости, на выносливость, по трещиностойкости и по определению ор­ динат строительного подъема.

Для сталежелезобетонных конструкций необходимы расчеты на тем­ пературные воздействия при допущении неизменности распределения температур по длине пролетных строений.

При расчете конструкций деревянных мостовых сооружений усилия в элементах и соединениях допускается определять в предположе­ нии только упругой работы материала, а пространственные конструк­ ции расчленять на плоские элементы.

24

В соответствии со СНиП 2.05.03-84 к расчетным сопротивлениям материалов вводят коэффициент условий работы т, учитывающий от­ клонение действительной работы конструкции от принимаемых в про­ ектах расчетных предположений. Кроме того, при расчете стальных конструкций и соединений мостов учитывают коэффициент надежности по назначению у« и коэффициент надежности по материалу у,„.

1.7.АРХИТЕКТУРА ГОРОДСКИХ МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Городские мосты, путепроводы и эстакады — большие и ответст­ венные сооружения. Наряду с основным назначением — пропуском транспортных потоков через препятствия — они являются важными элементами в формировании облика города. Именно мостовые сооруже­ ния придают неповторимость городам и архитектурным ансамблям. Построенные в 30-е годы вблизи Московского Кремля Москворецкий и Большой Каменный мосты (рис. 1.8) не только удачно вписались в городской пейзаж, но и позволили совершенно по-новому организо­ вать пространства от набережной в сторону к Государственному исто­ рическому музею и старому зданию Государственной библиотеки име­ ни В. И. Ленина.

Академик Г. П. Передерий говорил, что мост должен быть прочным, в должной мере долговечным и красивым. Только после этого можно требовать экономичности. Используя пропорции, ритм, масштаб, фактуру, цвет, приемы нюанса и контраста и другие средства архитек­ турно-художественной выразительности, проектировщик может со­ здать сооружение, в котором функциональная и техническая целесо­ образность сочетаются с художественной законченностью [221.

у—|- -^r v.?r

Рис. 1.8. Большой Каменный мост в Москве

25

Искусство проектирования не содержит неизменных методологи­ ческих принципов, а следует за развитием производительных сил об­ щества и совершенствованием техники. В то же время можно выделить некоторые общие правила, которые необходимо знать инженеру-стро- ителю городских мостов и транспортных сооружений [151-

Важное значение при выборе общего облика городского моста име­ ет вид на него со стороны реки и прилегающих набережных. При не­ соблюдении масштабного соотношения между сооружением и окружа­ ющей застройкой мост зрительно может казаться чрезмерно большим, подавляющим своими размерами вблизи расположенные здания, или, наоборот, незначительным. Силуэт моста должен соответствовать ха­ рактеру данной местности или противопоставляться ему, подчеркивая тем самым наиболее интересные особенности городской панорамы. При проектировании необходимо учитывать все возможные ракурсы сов­ местно с окружающими мост постройками. Нужно также принимать во внимание открывающийся вид со стороны городских транспортных сооружений.

При взгляде на мост или транспортное сооружение издали основное впечатление создают их силуэт и общие формы. Художественное выра­ жение работы конструкции и материала в архитектуре называют тек­ тоникой. Такие оценки, как «легкий», «тяжелый», «массивный», — итог зрительного восприятия тектонических особенностей сооружения.

Тектоника сооружения может быть реальной, мнимой, а также реальной, но пассивно выраженной. Если конструкции придается вид, совпадающий с действительной ее работой, то имеют в виду реальную тектонику. Примером ее могут слу­ жить архивольты в арочных мостах или выделение замка в арках. Когда из-за местных условий или общего композиционного замысла сооружение приобретает вид, кото­ рым сама конструкция не обла­ дает, тектоника называется мни­ мой, или иллюзорной. Пример та­ кой тектоники — конструкция опирания балки жесткости на пилон в Северинском мосту в Кёльне (рис. 1.9). Место опирания балки скры-' то, и из-за этого еще больше уве­ личивается впечатление того, что мост подвешен между стойками пилона только на вантах.

Такое использование приемов иллюзорной тектоники художест­ венно оправдано, так как подчерки­ вает основную тектоническую тему

26

Рнс. 1.10. Пример ритма в мостах

моста — вантовую конструкцию. В современных мостах часто встре­ чаются примеры реальной тектоники, но выраженной пассивно. Это значит, что архитектура не противоречит реальной работе сооруже­ ния, ио и не подстраивается под иее.

В мостовых конструкциях, не представляющих в распоряжение проектировщика и архитектора большого набора средств архитектурной выразительности, удачные пропорции во многом определяют облик со­ оружения. Вид эстакады со стороны должен создавать впечатление лег­ кости сооружения. Для этого стремятся конструктивно и зрительно уменьшить строительную высоту пролетных строений: перильные ог­ раждения выполняют с редко расположенными стойками, увеличива­ ют вылет свесов верхней плиты пролетных строений, чтобы тень от них как бы уменьшала высоту главных балок, применяют плитные и коробчатые несущие конструкции малой высоты.

Еще одним средством архитектурной композиции является ритми­ ческое повторение элементов сооружения. В протяженных железобе­ тонных эстакадах с одинаковыми пролетами ряд опор и гладкая по­ верхность пролетного строения создают основную ритмическую те­ му композиции (рис. 1.10). В стальных эстакадах эта тема может быть дополнена ритмом вертикальных ребер жесткости стенок пролетного строения, консолями поперечных балок, подкосами. Нечеткий и сложный ритм в мостовых сооружениях следует избегать.

На формирование благоприятного облика городского моста или транспортного сооружения может повлиять удачный выбор материала конструкции, фактура облицовки, цвет сооружения, карнизы, лест­ ничные сходы, осветительные мачты и т. д. Например, для пешеходов большое значение имеет вид эстакады снизу. Здесь определяющими факторами будут тип опор, фактура нижней поверхности пролетных строений и опор, а также цвет. Низ пролетных строений имеет наибо­ лее благоприятный вид при гладких плоских или плавно искривлен­ ных поверхностях. Применение часторебристых несущих конструк-

27

ций городских эстакад нежелательно. Зрительное восприятие улучшает бетонная фактура монолитных конструкций со следами деревянной опалубки или, наоборот, сглаженные и окрашенные поверхности. При этом пролетные строения и опоры можно окрашивать в один цвет, под­ черкивая их конструктивное единство, или в контрастирующие цвета, отделяя тем самым пролетные строения от опор. Темный цвет опор при светлом пролетном строении позволяет создать впечатление легкости опор. Этому способствует расположение светильников на нижней по­ верхности пролетных строений. Опоры не должны загромождать под­ эстакадное пространство, и поэтому нежелательны опоры в виде стенок или с несколькими стойками.

Формы пролетных строений и опор эстакад должны гармонировать. Наиболее сложно бывает увязать современные городские эстакады со старой окружающей застройкой. В этом случае целесообразно приме­ нять различные архитектурные детали, фактуру наружных поверхно­ стей конструкций, а также назначать формы опор, гармонирующие со стилем застройки.

Архитектура пешеходных мостов, устраиваемых в городских пар­ ках или зонах отдыха, должна соответствовать композиционному за­ мыслу этих территорий. Архитектура набережных определяется в ос­ новном задачами восприятия речного пространства и мостов пасса­ жирами судов и пешеходами. Подпорные стены набережных облицо­ вывают камнем или оставляют бетонные поверхности свободными, что­ бы обеспечить гармонию с фактурой материала зданий, расположен­ ных вдоль набережных. При уширении набережных эстакадами жела­ тельно предусматривать декоративные щиты, закрывающие опоры эстакады.

Важное значение для создания благоприятного архитектурного облика набережных имеет вид парапетов. Сплошные каменные пара­ петы ухудшают обзорность как пассажирам речных судов, так и ав­ томобилей, перемещающихся вдоль набережных, и поэтому парапеты сквозной конструкции более предпочтительны.

1.8.ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ ГОРОДСКИХ МОСТОВ

ИТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Историческое развитие городских мостов и транспортных сооруже­ ний всегда было обусловлено общим развитием приемов строительства, появлением новых материалов, изобретением новых систем, научны­ ми исследованиями, разработкой и совершенствованием методов рас­ чета.

этапе выполняли особые функции.

Древнейшими европейскими мостами, дошедшими до нашего вре­ мени, являются мосты античного Рима. Эти сооружения стоят в одном ряду с такими памятниками архитектуры, как Колизей и Пантеон. Одним из наиболее известных и до сих пор действующих городских мостов этого периода является семипролетный арочный мост Адриана

28

(сейчас мост Ангела в Риме). Большинство мостов, возводимых римля­ нами, были деревянные и лишь иногда каменные.

Уже в 1 в. до н. э. в трактате Ветрувия есть указания на зарожде­ ние процесса проектирования сооружений, что означало переход от чисто ремесленной техники к сознательному творчеству 114].

Установление феодальных отношений в Европе вызвало строи­ тельство мостов оборонного значения, которые вошли в систему кре­ постных ограждений. Мосты этого периода выполняли двоякую роль: служили для пропуска растущего движения между городами и сель­ ской местностью, а также входили в комплекс оборонительных со­ оружений города (XII — XVII вв.). В это время каменные мосты, как правило, строили в городах. Они защищались оборонительными баш­ нями, воротами и часто имели разводные или подъемные пролетные строения.

Характерной особенностью этого времени стали сложность и мно­ гообразие форм, ломаная линия проезжей части как на фасаде, так и в плане. Все это создало дополнительные возможности для обороны и на­ ходилось в соответствии со стесненной застройкой средневекового го­ рода. Общий подъем строительного искусства в эпоху позднего сред­ невековья отразился и на мостах. Совершенствование каменных кон­ струкций позволило возводить мосты с пролетами до 40—50 м, пере­ крытых сводами различной пологости (рис. 1.11, а). Нередки стали слу­ чаи украшения мостов скульптурами. Характерной особенностью деревянных мостов становится крыша. Она значительно продлевала срок службы и придавала сооружениям своеобразный облик (рис. 1.11, б).

В этот период на Руси для возведения мостов широко применяли деревянные готовые («разборчатые») конструкции. Первым каменным мостом в Москве был сохранившийся до нашего времени мост через

р.Неглинку в Александровском саду, построенный в 1367 г.

Кконцу эпохи средневековья процесс проектирования мостов от­ делился от процесса постройки. Мостостроение выделилось из архитек­ туры в особую область техники.

На рубеже XV — XVI вв. города обрели достаточную независи­ мость и сформировались как центры ремесленного производства и торговли. Уменьшилась внешняя опасность для городов, и оборони­ тельные башни на мостах не возводили. В то же время положение мно­ гих мостов на оживленных городских торговых улицах сделало их удобным местом для торговли. На мостах появились лавки, жилые дома и даже церкви. Подобные мосты были во всех крупных городах Европы. Известны мосты-улицы в Париже, Милане, Флоренции, Моск­ ве (Большой Каменный мост), Лондоне (торговые постройки просуще­ ствовали до XIX в.) и многих других городах (рис. 1.12).

Несмотря на известный прогресс в конструкции каменных мостов, они не могли удовлетворить потребности развивающихся путей сооб­ щения вследствие своей большой стоимости, трудоемкости работ и дли­ тельности постройки.

В XVII — XVIII вв. в городах начали строить деревянные мосты. Развитие их конструкций до XIX в. шло по пути создания сложных

29