Вантовый мост имеет одну или несколько башен (или пилонов), на которых тросы поддерживают настил моста. Его отличительными особенностями являются тросы или стойки, которые тянутся непосредственно от вышки к палубе, обычно образуя веерообразный узор или ряд параллельных линий. Это в отличие от современного подвесного моста, где тросы, поддерживающие настил, подвешены вертикально к основному тросу, закрепленному на обоих концах моста и проходящему между башнями. Вантовый мост оптимален для пролетов длиннее, чем консольные мосты, и короче, чем подвесные мосты.
Вантовые мосты — чрезвычайно элегантные и очень эффектные сооружения, а также архитектурные достопримечательности. Комбинация нескольких простых систем позволяет создать структуру, в которой роль каждого из ее компонентов четко определена. При выборе вантового моста первостепенное значение имеет начальный этап проектирования. Характеристики сооружения и то, ограничено ли оно в основном структурными или архитектурными причинами, должны быть определены на ранней стадии процесса проектирования.
Преимущества вантового моста
Вантовые мосты являются популярным выбором, поскольку они обладают всеми преимуществами подвесного моста, но при меньшей стоимости для пролетов от 500 до 2800 футов (от 152 до 853 метров). Они требуют меньше стального троса, быстрее монтируются и включают в себя больше сборных железобетонных секций.
- Кабели протягиваются по диагонали между этими опорами и балкой. Эти кабели поддерживают балку.
- Вантовый мост, один из самых современных мостов, состоит из сплошной прочной балки (прогона) с одной или несколькими опорами или башнями посередине.
- Тросы закреплены в башне, а не на конце.
- Гораздо большая жесткость, чем у подвесного моста, благодаря чему уменьшаются деформации настила под дорожным покрытием
- Может быть сооружен консольным способом с башни – тросы служат как временной, так и постоянной опорой для настила моста.
- Для симметричного моста (т.е. пролеты по обе стороны башни одинаковы) не требуется балансировки горизонтальных сил и больших наземных креплений.
Различные типы вантовых мостов
Вантовый мост с боковым лонжероном
Вантовый мост с боковым лонжероном использует центральную башню, поддерживаемую только с одной стороны. Такая конструкция позволяет построить изогнутый мост.
В отличие от других типов вантовых мостов, этот мост оказывает значительное опрокидывающее усилие на свое основание, и лонжерон должен выдерживать изгиб, вызванный тросами, поскольку усилия на тросах не уравновешиваются противоположными тросами. Лонжерон этого конкретного моста образует гномон больших садовых солнечных часов.
Вантовые мосты с более чем тремя пролетами требуют значительно более сложных конструкций, чем двухпролетные или трехпролетные сооружения. В двухпролетном или трехпролетном вантовом мосту нагрузки от основных пролетов обычно закрепляются сзади у концевых устоев с помощью стоек в концевых пролетах. При больших пролетах это не так, и конструкция моста в целом менее жесткая. Это может создать трудности как при проектировании настила, так и пилонов.
Twinkle-Kisogawa представляет собой нестандартную конструкцию с большими зазорами между секциями, на которые опирается кабель. Мост extradosed является вантовым, но с более массивным настилом, которое, будучи более жестким и прочным, позволяет не прокладывать тросы вблизи башни, а башни быть ниже пропорционально размаху.
Опорная система переносит пряди в стропилах от палубы моста к палубе моста как единый элемент, исключая крепления в пилонах. Каждая стальная прядь с эпоксидным покрытием помещается внутри подставки в стальную трубку толщиной в один дюйм (2,54 см). Каждая прядь действует независимо, позволяя снимать, проверять и заменять отдельные пряди.
Конструкция вантового моста
Основными конструктивными элементами вантового моста являются настил моста, опоры, башни и стойки. Настил поддерживает нагрузки и передает их на стойки и на опоры посредством изгиба и сжатия. Стойки передают усилия на башни, которые за счет сжатия передают их на фундаменты, Подвесная система обычно бывает одного из двух основных типов, при этом стойки закреплены на вершине башни (Веерная) или анкеры распределены по длине башни (Полувентильная и арфовая). Эта система напрямую влияет на уровень осевой нагрузки и упругую опору, придаваемую палубе и башне. Статическая система вантового моста может варьироваться в зависимости от условий опоры настила на устоях и наличия опор в боковых пролетах. Соединение между настилом и башней также имеет большое значение. Эта система в первую очередь влияет на то, насколько эффективно конструкция переносит нагрузки, находящиеся под напряжением. Продольная система характеризуется отношением высоты башен к центральному пролету, соотношением центрального пролета с боковыми пролетами, соединением палубы с подъездным виадуком и соотношением жесткости палубы и башен.
Существует четыре основных класса такелажа вантовых мостов: моно, арфа, веер и звезда.
- Моноблочный мост использут один трос от своих опор и является одним из наименее используемых примеров в своем классе.
- В конструкции harp или parallel тросы расположены почти параллельно, так что высота их крепления к башне пропорциональна расстоянию от башни до их установки на палубе.
- В конструкции вентилятора все кабели соединяются с верхушками башен или проходят над ними. Конструкция вентилятора конструктивно превосходит конструкцию с минимальным моментом, прикладываемым к опорам, но по практическим соображениям предпочтительнее модифицированный вентилятор (также называемый полувентилятором), особенно там, где требуется много кабелей. При модифицированном расположении вентилятора кабели заканчиваются вблизи вершины башни, но расположены на достаточном расстоянии друг от друга, что обеспечивает лучшее завершение, улучшенную защиту окружающей среды и удобный доступ к отдельным кабелям для технического обслуживания.
- В конструкции star, другой относительно редкой конструкции, тросы расположены на башне на расстоянии друг от друга, как в конструкции harp, но соединяются с одной точкой или несколькими близко расположенными точками на палубе.
Существует также четыре варианта расположения опорных колонн: одинарная, двойная, портальная и А-образная.
- В единой конструкции для опоры троса используется одна колонна, обычно выступающая через центр палубы, но в некоторых случаях расположенная с одной или другой стороны.
- При двойном расположении пары колонн располагаются по обе стороны палубы.
- Портал аналогичен двойной конструкции, но имеет третий элемент, соединяющий вершины двух колонн, образуя форму двери или портала. Это обеспечивает дополнительную прочность, особенно при поперечных нагрузках.
- А-образная конструкция схожа по концепции с порталом, но достигает той же цели за счет наклона двух колонн друг к другу так, чтобы они сходились вверху, устраняя необходимость в третьем элементе. Перевернутая Y-образная конструкция сочетает в себе А-образную форму снизу и одинарную сверху.
В зависимости от конструкции колонны могут быть вертикальными, наклонными или изогнутыми относительно настила моста.
Вантовый мост — Выбор конфигурации кабеля
- Выбор конфигурации троса и количества тросов зависит главным образом от длины пролета, типа нагрузок, количества полос движения, высоты опор и индивидуального чувства пропорций и эстетики проектировщика.
- Стоимость также играет важную роль при выборе
- Использование меньшего количества тросов увеличивает концентрацию нагрузки в одной точке, что требует дополнительного усиления плиты настила, а также пилона.
Конструктивные системы могут быть изменены путем изменения формы опор и расположения тросов. Конфигурации вантового моста включают балку жесткости, вантовую систему, опоры и фундаменты. Балка жесткости поддерживается прямыми наклонными тросами, которые закреплены на опорах. Эти пилоны установлены на главной опоре, чтобы усилие от троса можно было передавать вниз, на систему фундамента. Три основных устройства тросов: радиальная система, арфовая система, вентиляторная система. Предлагаемый мост представляет собой двухплоскостной вантовый мост веерного типа с А-образной башней. Роль башни или пилона также очень важна в вантовых мостах. Башни являются наиболее заметными элементами вантового моста. Основная функция пилона заключается в передаче усилия, возникающего при закреплении опоры, и эти силы будут доминировать в конструкции пилона. К различным типам пилонов относятся Н-образная рама, А-образная рама, перевернутая рама или λ-образная рама и так далее. В этом вантовом мосту используется башня А-образной формы.
Заключение
Изготовление и монтаж вантовых мостов сопряжены с существенными изменениями конфигурации конструкции путем добавления и демонтажа конструктивных элементов. На каждом этапе процесса строительства важна адекватная информация о возводимом сооружении для определения реальной ситуации с сооружением, анализа ошибок и проверки требований к строительству. Вантовые мосты широко строятся по всему миру. Этот тип мостов очень экономичен для средних и длинных пролетов. По сравнению с другими типами мостов, вантовые мосты особенно приятны для зрения. Кроме того, этот тип мостов заполняет пробел в эффективном диапазоне пролетов между обычными балочными мостами и мостами с очень большим пролетом.