Краткий исторический очерк развития деревянных мостов
Дерево издавна используют при строительстве мостов. По степени распространения на земле и длительности использования человеком с древесиной конкурирует только камень.
Мосты из дерева строили еще в древнем Риме, Греции и других странах. Одним из древнейших является мост через р. Ефрат в Вавилоне (1200-625г.г. до н.э.). Значительный вклад в развитие деревянного мостостроения внес итальянский строитель Палладио. Им были предложены для мостов шпрегельные и ригельно-подкосные системы, а также решетчатые фермы с параллельными поясами, стойками и раскосами, сохранившиеся до настоящего времени.
В конце XVIII в. и начале XIX в. при строительстве деревянных мостов стали использовать арочную систему. В середине XIX в. американским инженером Тауном были предложены и построены деревянные пролетные строения в виде решетчатых ферм из досок.
Во второй половине XIX в. и в начале XX в. более широко начали использовать металл и затем железобетон.
Интенсивное строительство деревянных мостов в России началось при Петре I в Петербурге. Мосты строились балочной и арочной системы на свайных и каменных опорах, а также наплавные.
В начале XIX в. в России начали использовать фермы системы Гау. Руский инженер Д.И. Журавский разработал метод их расчета.
Во второй половине XIX в. в России началось интенсивное строительство металлических мостов.
Широкое распространение деревянные мосты получили после октябрьской социалистической революции на автомобильных дорогах.
В послевоенный период при строительстве новых мостов большее распространение получил железобетон.
В современный период деревянные мосты на автомобильных дорогах практически на строят. Но они находят применение как временные мосты и могут строиться на местных дорогах в районах, богатых лесом. По данным статистики в Украине эксплуатируется 1% деревянных мостов.
Основные особенности деревянных мостов
Дерево применяют как строительный материал для мостов благодаря его широкому распространению, малому объемному весу и простоте обработки.
Наряду с достоинствами древесина имеет и недостатки – подвержена гниению , в результате чего деревянные мосты быстро выходят из строя. Срок службы деревянного моста 8 – 10 лет, если не принимать специальные мероприятия против загнивания. Части моста, которые расположены в условиях переменной влажности, загнивают через 5 – 7 лет.
Недостатком древесины является зависимость сопротивления дерева усилиям от их направления относительно волокон . Это затрудняет устройство сопряжений элементов и не дает возможность использовать материал по наибольшей прочности.
Характерной особенностью древесины является неоднородность. Прочностные характеристики древесины зависят от того из какой части поперечного сечения и на который высоте ствола был взят образец, влияют пороки дерева : сучковатость, косослойность и т.д.
К недостаткам древесины относят: уменьшение размеров при усушке. Усушка и слабое сопротивление смятию поперек волокон приводят к обмятию врубок и расстройству соединений. Поэтому требуются тщательные наблюдения при эксплуатации и соответствующие расходы на содержание и ремонт.
Деревянные мосты опасны в пожарном отношении .
Гниение древесины является не естественным процессом старения материала, а болезнью, которая вызвана грибками. В условиях, исключающих жизнедеятельность грибков, древесина может сохраняться больше тысячи лет.
Поиск путей увеличения срока службы деревянных мостов ведут с использованием конструктивных и химических средств защиты древесины . Конструктивный путь - это переход к безврубочних конструкциям и механическая защита элементов моста от атмосферных воздействий козырьками, навесами и т.п. Химический способ – антисептирование древесины веществами, убивающими грибки. Антисептирование позволяет увеличить срок службы моста в 2-3 раза (до 30 лет, а при использовании клеенных и клеефанерных конструкций до 40 лет и больше). Но следует отметить, что антисептики дорогие.
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.
ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ , мосты, основным материалом которых служит дерево. В настоящее время деревянные мосты строятся из сосны, лиственницы, ели. Дуб применяется преимущественно для подушек, нагелей, иногда - для свай и прогонов. Лесной материал д. б. зимней рубки, прямостойный, с небольшим числом сучьев, без круговых и радиальных трещин (морозобой, метик, отлуп), без синевы и гнили. Предпочитается так называемая рудовая сосна , т. е. выросшая на сухих песчаных холмах.
В деревянных мостах под обыкновенную дорогу ширина ездового полотна: на полевых проселочных дорогах - от 3 м; для прогона скота 4,5-6,5 м; на шоссейных дорогах 4,7-6,4 м; на дорогах важного значения и в городах до 12 м и более. Настил, образующий ездовое полотно, укладывается на поперечины; последние - на балки или т. н. прогоны, ординарные или составные. Расстояние между прогонами зависит от назначения моста, его конструкции (в связи с этим) и размеров материала. Прогоны поддерживаются опорами из свай или стоек. В мостах солидной конструкции применяется двойной настил. Верхний ряд досок настила предназначается для предохранения нижнего ряда от истирания. Толщина досок верхнего ряда 5-7 см, нижнего 8-10 см. Доски верхнего ряда укладывают или вдоль моста, или поперек, или под углом (в елку). При расположении досок вдоль моста получается более ровное, но более скользкое полотно; этот способ заслуживает предпочтения при преобладающем легковом движении; при преобладающем грузовом движении лучше укладывать доски настила поперек моста. Нижний ряд досок настила иногда делается из пластин, уложенных поперек моста, и заменяет собой поперечины.
Вместо устройства езды по дощатому настилу можно применить щебеночную кору на одиночном настиле из пластин или накатника.
Простейшим типом моста под обыкновенную дорогу является балочный мост, состоящий из опор и пролетных строений, перекрывающих пролеты (промежутки между опорами) моста. Каждая опора состоит из ряда свай, связанных поверху насадкой (горизонтальным бревном), для чего на головах свай нарубают шипы, а в насадке выдалбливают гнезда. По насадкам укладываются, как выше указано, прогоны, поперечины и настил. В простейших случаях поперечный дощатый настил прикрепляют с боков прижимными брусьями или так называемыми пажилинами , используемыми обыкновенно для установки на них перил . При значительной высоте моста или глубине воды опоры ставят реже, т. е. с большими пролетами.
Значительные пролеты могут вызываться также требованиями судоходства. В этих случаях применяется подкосная (фиг. 1) система, или шпренгельная (фиг. 2), или комбинированная (фиг. 3).
Наилучший угол наклона подкосов в этих системах 40-45°, от которого по местным условиям иногда приходится сильно уклоняться. Для поддержания стыков прогонов применяются под ними так называемые подбалки .
В шпренгельной системе брус под прогоном, в который упираются верхние концы подкосов, называется ригелем и делается длиной около 0,4 расстояния между опорами. Ряды свай в опоре соединяются горизонтальными (продольными и поперечными) и диагональными схватками из пластин, брусьев или досок (фиг. 4).
Арочная система (фиг. 5) позволяет перекрывать пролеты до 20-25 м и больше.
В деревянных мостах под железную дорогу рельсы укладывают на поперечинах. Настил состоит из двух досок, уложенных между рельсами, и 4-5 досок - с одной или с обеих сторон пути. На случай схода поезда с рельсов укладывают охранные брусья . Для небольших пролетов пригодны балочная и подкосная системы. Шпренгельная система для железнодорожных мостов менее применима вследствие значительных деформаций, возможных в этой системе при большой временной нагрузке. Балочная система имеет пролеты в 2-4, реже до 6 м. При этом в соответствии с давлением на свайную опору располагают один или два ряда свай. Если высота железнодорожной насыпи превышает 8 м, ряды свай в опоре раздвигают на 1,5-2 м ось от оси и соединяют крестообразными схватками и тяжами (фиг. 6).
Мера эта имеет целью увеличить продольную жесткость конструкции. То же назначение имеют и продольные схватки. В части моста, которая заходит в насыпь, соединяют пролеты горизонтальными схватками и подкосами, что создает как бы устой. В поперечном направлении необходимая жесткость опоры достигается забивкой подкосных свай, постановкой подкосов и схваток (фиг. 7).
Под каждый рельс в состав прогона назначается от 1 до 6 брусьев или бревен. В подкосной системе подкосы образуют одну или несколько промежуточных опор для прогонов, что позволяет при том же числе и тех же размерах брусьев в прогонах увеличить расстояние между опорами. Пример моста подкосной системы показан на фиг. 8.
Важным элементом деревянных мостов подкосной системы является затяжка , т. е. горизонтальный брус, или бревно, или пластина, соединяющие соседние опоры в уровне нижних концов подкосов. Назначение затяжки - принять на себя горизонтальную составляющую давления подкосов, т. н. распор . Здесь, безусловно, необходимо иметь достаточное число врубок, через которые передается горизонтальная составляющая давления подкосов на затяжку, а вертикальная составляющая - на сваи. Если грунт не допускает забивки свай, применяют ряжевые опоры или опоры на лежнях .
Выбор системы деревянных мостов (балочный, подкосный, шпренгельный, арочный) зависит преимущественно от высоты железнодорожной насыпи, глубины воды, судоходных требований, ледохода и других местных условий. Согласно утвержденным НКПС правилам, величины наименьших судоходных пролетов для деревянных мостов следующие: на реках малосудоходных (4-я категория) - 25 м, на реках со сплавом россыпью и в плотах (5-я категория) - 15 м, на реках со сплавом только россыпью (6-я категория) - 6 м. При невысоких железнодорожных насыпях уместны балочные мосты. С технической стороны балочная система, как наиболее простая и имеющая наименьшее число глубоких врубок, - наилучшая и наиболее долговечная.
Для перекрытия больших пролетов (от 20 до 40 м и более) в деревянных мостах применяют фермы . Фермы делаются из брусьев, бревен или досок. Различают системы, в которых все основные части сделаны из дерева, и системы с металлическими тяжами. К последней группе относится система Гау, а к первой группе - фермы из досок системы Тауна и Лембке. Мосты с фермами Гау под железную дорогу м. б., в зависимости от местных условий, с ездой поверху и с ездой понизу. В мостах с ездой поверху полотно моста укладывают на фермы сверху. При небольшом расстоянии между фермами (2-2,5 м) часто расположенные подрельсовые поперечины могут опираться непосредственно на фермы. Если расстояние между фермами большое, применяют тяжелые и редко положенные на фермы поперечные балки, которые поддерживают продольные балки, уложенные в расстоянии около 2 м друг от друга и служащие основанием для подрельсовых поперечин. В мостах с ездой понизу наличие тяжелых поперечных и продольных балок обязательно. На фиг. 9 показана ферма Гау с ездой поверху.
Ферма состоит из верхнего и нижнего поясов, из прямых и обратных перекрещивающихся раскосов и из вертикальных железных тяжей. Места присоединения раскосов к поясам называются узлами ; расстояние между узлами - панелью . Верхний пояс работает на сжатие, нижний же - на растяжение; восходящие раскосы считая от концов фермы к ее середине, являются главными и подвержены сжатию, обратные раскосы у концов фермы служат для поддержания главных сжатых раскосов против выпучивания; в середине же при проходе поезда работает то одна система раскосов, то другая, в зависимости от положения нагрузки. Для удобства пересечения раскосы одного направления делают двойными, а другого - одиночными; присоединение раскосов - посредством подушек из дуба или чугуна, впритык. Стыки поясов перекрывают металлическими планками со шпонками, стянутыми болтами. Между фермами ставят в горизонтальных плоскостях верхние и нижние и в вертикальных плоскостях - поперечные связи, составленные из перекрещивающихся диагоналей и железных болтовых стяжек. По мере увеличения пролета фермы Гау принимают более сложный вид: число систем раскосов увеличивается. В фермах Тауна как пояса, так и раскосы составлены из досок (фиг. 10).
Раскосы работают на растяжение и на сжатие; пояса - как обычно: верхний - на сжатие, нижний - на растяжение. Раскосы прикрепляются нагелями и болтами. Толщина досок 5-7 см, ширина 25-30 см. Нагели представляют собой дубовые цилиндры, диаметром 3-6 см. В досках высверливают дыры диаметром несколько менее диаметра нагеля. Между фермами располагают, как указано выше, поперечные и продольные связи.
Нагрузка передается на фермы продольными и поперечными балками или поперечинами, уложенными на верхние пояса. (фиг. 11) похожи по конструкции на фермы Тауна.
Различие в том, что в фермах Лембке доски раскосов поставлены вплотную друг к другу. Получается ферма со сплошной стенкой. Стенка ферм, во избежание выпучивания раскосов, обжимается вертикальными, а при высоте ее более 2 м - кроме того, и горизонтальными брусками. Недостаток ферм Тауна и в особенности Лембке - быстрое загнивание досок. В последнее время находят применение для деревянных мостов фермы, в которых соединение частей выполнено при помощи металлических колец Тухшерера . Подобного рода фермы, в виде балки, усиленной шпренгельной системой из досок, для пролетов в 20 м применялись, между прочим, германской концессией «Мологолес».
Число ферм в железнодорожных мостах с ездой поверху - 2 или 3, в зависимости от пролета; с ездой понизу - 2. Расстояние между крайними фермами определяется из условия устойчивости пролетного строения на опрокидывание ветром и для достаточной боковой жесткости пролетного строения должно быть не менее 1/12 пролета. Коэффициент запаса на опрокидывание ≥1,40. В мостах под обыкновенную дорогу с ездой поверху число ферм и расстояние между ними зависят от ширины полотна, от перекрывающей способности поперечных балок и из экономических соображений. Наиболее употребительные расстояния 2-2,5 м. В мостах с ездой понизу расстояние между фермами обусловлено габаритом, шириной проезда. Большое расстояние между осями ферм требует особо сильных поперечных балок. Применяются шпренгельные балки. Высота ферм назначается от 1/4,5 до 1/9 длины пролета и должна быть согласована с углом наклона раскосов в 45-50°.
Вес пролетных строений с фермами Гау, спроектированных под декапод (паровоз с давлением на ось 16 т, общим весом 16x5 + 10 т), дан в табл. 1.
Вес пролетных строений с фермами Тауна под ту же нагрузку дает табл. 2. Езда - поверху.
Вес пролетных строений с фермами Лембке, рассчитанными на нормальный поезд 1907 года (20 т на ось паровоза), приводится в табл. 3.
Опоры деревянных мостов с фермами делаются свайные, рамные, ряжевые или каменные. В последнем случае деревянное пролетное строение укладывается временно вместо металлического или железобетонного. Свайная опора состоит из нескольких рядов свай. Для придания устойчивости служат боковые подкосы и схватки. Ряж представляет собой ящик с вертикальными стенками и сквозным полом. Все стены ряжа образованы венцами из горизонтально уложенных бревен, скрепленных в углах врубками ; верхние и нижние постели этих бревен стесаны для достижения большей плотности швов. Стенки ящика соединяют горизонтальными распорками, образующими как бы вертикальные сквозные перегородки. Для укрепления стен ряжа ставят стойки. Ряж заполняют камнем.
Для предохранения опор от действия ледохода устраивают ледорезы . Ледорез состоит из наклонно положенного на сваи бревна (ребра) и двух сходящихся к ребру под углом плоскостей. Плоскости образованы досками или брусьями, поддержанными системой стоек, подкосов и свай. Уклон ребра от 1:1 до 1:2. Этот тип ледореза называется шатровым. При слабом ледоходе и тонких быках ледорезы имеют более простую конструкцию: один ряд свай с наклонным ребром (плоские ледорезы), или кусты свай (палы).
Расчет железнодорожных деревянных мостов долговременного типа, согласно «Техническим условиям проектирования и сооружения железнодорожных деревянных мостов», производится на наиболее тяжелый состав, который может обращаться на данной линии в период предположенной работы моста, но во всяком случае на нагрузку не ниже схемы О-1925 г. в отношении схем паровоза и тендера и не ниже 7 т на п. м. в отношении вагонной нагрузки. Для расчета временных деревянных мостов на срок не свыше 3 лет принимается самый тяжелый состав, который будет фактически обращаться по мосту. Давление ветра считается равным 250 кг/м 2 в отсутствии поезда и 150 кг/м 2 при наличии на мосту поезда. Деревянные мосты под обыкновенную дорогу рассчитываются на нагрузку, специально установленную для этих мостов. Допускаемые напряжения для деревянных мостов даны в табл. 4.
Допускаемые напряжения для железных частей в деревянных мостах: а) на растяжение в болтах, одиночных тяжах и накладках - 900 кг/см 2 , б) на растяжение в тяжах при 2, 3 и 4 тяжах, работающих совместно, - 750 кг/см 2 , в) на растяжение тяжей со стяжными муфтами - 600 кг/см 2 , г) на срез заклепок и болтов 0,8x900 = 720 кг/см 2 . При расчете на одновременное действие вертикальной нагрузки и ветра допускаемые напряжения повышаются на 15%. Для временных сооружений - повышаются на 20%.
Сжатые части проверяются на устойчивость, причем коэффициент уменьшения допускаемого напряжения вычисляется по формуле:
для значений l/i > 5 и < 100, и по формуле:
для значений l/i > 100.
В этих формулах: l - длина стержня, i - радиус инерции, Е - модуль упругости дерева (Е = 110000 кг/см 2 для сосны и дуба), k d - допускаемое напряжение на простое сжатие, s=5 - коэффициент надежности. Свободная длина сжатых раскосов в фермах Гау = μ·l, где
I 0 - момент инерции основного сжатого раскоса, I 1 - момент инерции обратного раскоса. Прогоны рассчитываются или как свободно лежащие балки или как неразрезные. При расчете составных балок на шпонках коэффициент понижения прочности принимается равным 0,70 для двух брусьев и 0,5 для трех. Давление на опоры определяют в предположении, что прогоны разрезаны на опорах. При расчете сложных ферм, с несколькими пересечениями раскосов, допускается разложение их на простые системы с делением нагрузки на число систем. Сваи как стойки должны быть проверены на продольный изгиб. Наибольший допускаемый отказ (е) в см определяется по формуле:
где n - число ударов в залоге, которое составляет для ручного копра 20, для машинного и парового - 10, F - площадь поперечного сечения сваи в см 2 , Q - вес бабы в кг, Р - расчетная нагрузка на сваю в кг, Н - высота подъема бабы в см и q - вес сваи в кг (с подбабком, если таковой применяется).
Срок службы деревянных мостов 8-15 лет. Для предохранения от загнивания применяют осмолку горячей древесной смолой, пропитку разными составами или окраску.
Указана в табл. 5 и 6.
Стоимость мостов под обыкновенную дорогу: небольших отверстий 9-20 руб. на м 2 полотна, больших отверстий (200-300 м) - 25-50 руб. на м 2 полотна (по ценам до 1914 года).
Самый длинный деревянный мост России, "Типографский" пешеходный, 555 метров, построен в 2016 году, г. Киржач, Владимирская область.
Древесина - один из первых строительных материалов, широко используемых для создания различных конструкций. Благодаря своим естественным качествам, она долго оставалась основным материалом для сооружения жилищ, ограждений, транспортных средств. Прочность, гибкость, сравнительная простота обработки с помощью несложных технологий - по совокупности этих свойств у древесины не было конкурентов. Но, пожалуй, еще более ценной ее особенностью является возможность заготовки готовых длинномерных деталей (деревянных бревен, а затем и досок), из которых сразу собирались стены и ограды, возводились мосты-переправы для преодоления препятствий. В индустриальное время основными конструкционными материалами стали металл и бетон, а о строительной древесине почти забыли. Однако сейчас с пониманием того, что нужны не только грандиозные проекты и с осознанием важности бережного отношения к окружающей среде, дерево возвращается. Современные материалы из него, вроде клееных массива и бруса (LVL, CLT) или модифицированной древесины (ацетилированная древесина, термодревесина), используются и в многоэтажном деревянном домостроении, и в деревянном мостостроении. О последнем и пойдет речь.
Проект моста через Неву Ивана Петровича Кулибина.
Переправы прошлого, "первые" деревянные мосты, - отдельные стволы деревьев или несколько стволов, перевязанных веревкой, гибкими ветвями, переброшенные через расщелины и небольшие реки. Если нужно было наладить сообщение между двумя берегами широкой реки, мост-плот или подвесной мост строили из тех же деревянных бревен и "веревок". "Простых" мостов было достаточно, пока их малая ширина и грузоподъемность не стали существенно ограничивать массовые перемещений людей и грузов, обусловленные ростом поселений и развитием торговли. Новая реальность городов и рынков потребовала и совершенно другой транспортной сети, рассчитанной на мощные потоки людей и товаров. Задача преодоления преград на пути этой сети решалась комплексно. С одной стороны, выбирались более легко проходимые маршруты, с другой, развивалось мостостроение. До сих пор сохранились каменные мосты через реки и расщелины скал, овраги (виадуки), построенные на путях Римской империи (и даже на тысячелетие более древних, как мост Arkadiko, Микенская культура). Стоят и некоторые металлические мосты начала индустриальной эры.
Белорецкий деревянный пешеходный мост, река Белая, длина моста 550 метров, построен в 30-х годах прошлого века.
Древесина естественно разлагается под воздействием разрушающих факторов внешней среды и микроорганизмов, включенных в природный цикл органики-неорганики. Существенная часть деревянных строений была разрушена огнем. Наконец, деревянные конструкции сравнительно легко демонтировать и заменить на более совершенные и из более современных материалов. Не удивительно, что деревянные мосты даже недалекого прошлого сохранились лишь в картинах, эскизах и чертежах, исторических текстах, да остатках окаменевшей мореной древесины. Тем не менее по историческим документам и материальным остаткам можно достаточно точно восстановить, как их строили, и как добивались увеличения срока службы.
Конструкции древних деревянных мостов сравнительно просты. И по сути являются развитием подмеченных в окружающем мире, подходящих для преодоления препятствий, форм. Бревно над ручьем - прообраз моста балочного типа. Плавающее бревно - моста-плота или моста понтонного типа. Лианы и лоза - веревочных, а затем современных подвесных и вантовых мостов. Мосты первого типа, балочные, постепенно вытеснили наплавные и веревочные, которые если и использовались после, то скорее, как временные переправы.
Пешеходный мост "Леонардо", Норвегия, построен в 2001 год по "мотивам" проекта каменного моста через бухту Золотой Рог Леонардо да Винчи, длина 110 метров.
Грузоподъемность и длина пролета балочного моста определяются способностью материала, из которого изготовлена балка, выдерживать нагрузки (критически важные - растягивающие, возникающие при изгибе нагруженной балки). Древесина сравнительно хорошо противостоит таким нагрузкам, и пролет деревянного балочного моста может связать две опоры на расстоянии в десяток метров. В качестве опор могут использоваться подготовленные площадки (устои - береговые опоры) на краях преодолеваемой преграды. Если же преграда широка, то приходится наращивать края берега или ставить промежуточные опоры. До изобретения цемента и разработки технологии возведения бетонных опор, материалом для опор служили камень и дерево. Стенки опор могли сооружаться из древесины как срубы с засыпкой пустот камнями. Такие конструкции противостояли и течению реки, и паводкам, и ледоходам.
Деревянные конструкции опор, пролетов, настилы балочного моста нуждались в ремонте и подновлении. Для увеличения их срока службы подбирались материалы из более стойкой к влаге и морозам древесины. Изобретались способы уменьшения нагрузки на мост в период ледохода или паводка (разборные конструкции, сборка каркаса в "реж" - с проемами для пропуска потока воды, защитные насыпи из камней).
Обрушение деревянного моста над автомагистралью E6, Sjoa Gudbrandsdalen, Норвегия, 2016 год. Для магистрали было построено 6 типовых мостов длиной 45 метров, предназначенных для хозяйственных нужд (не для регулярного движения). Мост обрушился при проезде через него грузового автомобиля.
Простой балочный деревянный мост не может быть просто масштабирован до больших размеров. С одной стороны, в природе просто не найти бревен слишком большой длины и диаметра. С другой, собственный вес конструкции с ростом размера растет быстрее, чем ее несущие возможности. И, в конце концов, она разрушается даже без нагрузки. Чтобы обеспечить требуемые прочностные показатели и избежать разрушения под действием собственного веса, сплошную деревянную конструкцию балки можно заменить коробкой или фермой. Ферменная или коробчатая конструкция позволили бы строить деревянные мосты больших размеров с длинными пролетами. Насколько большим мог бы быть такой мост позволяет судить, к примеру, известный проект моста через Неву, предложенный (в 1772 году) Иваном Петровичем Кулибиным.
К сожалению, реализовать удалось лишь уменьшенную модель этого одноарочного моста, который в натуре должен был иметь длину в 298 метров. Для переправ предпочитали использовать пусть и не такие изящные, но проверенные временем сооружения.
"Перевернутый" деревянный мост ("Мост Моисея") через крепостной ров в Fort De Roovere, Нидерланды, построен в 2011 г; в конструкции применялась ацетилированная древесина.
К тому времени, когда решения в виде эффективных по сопротивлению нагрузкам и легких конструкций (фермы, коробки) было найдено, уже существовали и технологии массового изготовления металлических деталей. Большие мосты оказалось проще и дешевле (с учетом предполагаемого срока службы) реализовать из чугуна (а затем и стали). Первый чугунный мост с пролетами в 30 метров был построен в 1779 году в Великобритании на реке Северн. Стальной прокат, стальные кабели и тросы, бетон и напряженный бетон окончательно закрыли тему древесины, как материала для мостов. Да, изготовить из древесины сборный балочный, арочный мост, мост с вантовой несущей системой или рамный вполне возможно. Но особых причин для использования древесины, если речь идет о типовых современных транспортных сооружениях, нет.
А как с не типовыми? Оказалось, что из современных пиломатериалов (согласно отечественным нормативам деревянные мосты строят из сосны, ели, лиственницы, а наиболее ответственные детали таких мостов изготавливают из твердых лиственных пород - дуба, ясеня и проч.), а еще лучше из клееных и композитных деревоматериалов, мост в некоторых случаях получается и лучше, и даже долговечнее (при заданных расходах на строительство, ремонтные и регламентные работы), чем из обычных для современного мостостроения металла и бетона. Деревянный мост из современных материалов, покрытых защитными составами, с износостойким настилом - уместное решение для обеспечения пешеходного или велосипедного движения, если предполагаемый срок его эксплуатации 50-100 лет. Такой мост хорошо вписывается в городскую среду, особенно если она сохранят традиционные черты "старого" города. Является наилучшим выбором при оформлении функционального ландшафта вокруг исторических объектов: крепостей, замков, каналов, мельниц и проч.
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.
