Различные типы материалов, используемых в строительстве мостов

от

Мостостроительная промышленность переходит к механизированному строительству, поскольку это экономит рабочую силу, сокращает продолжительность проекта и повышает качество. Эта тенденция очевидна во многих странах и затрагивает большинство методов строительства. Инженеры экспериментируют с различными материалами для удовлетворения индивидуальных потребностей.Эффективные решения по использованию природных ресурсов часто требуют участия многих людей. Определение того, как конкретные критерии влияют на выбор материалов, может привести к более эффективному использованию сырья.

Важными факторами, которые следует учитывать при выборе материалов для строительства мостов, являются требования к техническому обслуживанию, затраты на жизненный цикл и срок службы материала. Ниже рассматриваются несколько типов материалов, используемых при строительстве мостов.

Типы материалов, используемых при строительстве мостов

Бетон для мостов

С использованием бетона построено больше мостов, чем из любого другого материала во всем мире, что свидетельствует о неизменной уверенности в эксплуатационных характеристиках и долговечности материала. Бетонные мосты обладают несомненной гибкостью и универсальностью как с точки зрения конечных форм, так и методов возведения, которые трудно сопоставить. Долговечность, эстетичность, экономичные решения, упрощенная конструкция и технологии быстрого монтажа — все это делает бетон лучшим строительным материалом для любого проекта строительства моста, независимо от размера, формы или предполагаемого использования. Большая гибкость конструкции может быть достигнута благодаря многочисленным формам бетона, легко доступным по всей стране, что делает бетон адаптируемым ресурсом, подходящим для применения даже на самых сложных типах мостов или строительных площадках. Диапазон конструктивных форм, достижимых с использованием бетона, ограничен только фантазией дизайнеров, что позволяет создавать элегантные мостовые конструкции, которые органично вписываются в окружающую природу. Бетон сочетает в себе функциональность и элегантность в безопасных, прочных конструкциях, независимо от масштаба. Архитектурная отделка поверхностей может усилить визуальный эффект, в то же время устраняя необходимость в облицовке, покраске и текущем техническом обслуживании.

Типы бетонных мостов-

Плита перекрытия

  • Перекрытия мостов могут состоять из одного или нескольких пролетов
  • Простые, несложные в изготовлении.
  • Хорошо подходит для пролетов длиной до 50 футов.
  • При более длинных пролетах непрерывность с устоями и опорами может усилить действие каркаса.

Арка

  • Бетонные арочные мосты могут состоять либо из одной арки, либо из нескольких арок, поддерживаемых устоями и промежуточными опорами.
  • Простые, несложные в изготовлении.
  • Хорошо подходит для пролетов длиной до 50 футов.
  • При более длинных пролетах непрерывность с устоями и опорами может усилить действие каркаса.

Вантовые

  • Вантовый мост с монолитным каркасом
  • усиленный, или сегментный настил.
  • Экономичны и эстетичны.
  • Конструктивно эффективное использование материалов.

Двутавровая балка

  • Простой балочный мост обычно используется для средних пролетов.
  • Разновидности сборных двутавровых балок включают секции PCI bulb-tee или bulb-tee, разработанные различными штатами.
  • Самый популярный тип моста.
  • Хорошо подходит для пролетов высотой до 160 футов.
  • Общие глубины: 20 дюймов, 36 дюймов, 45 дюймов, 54 дюйма и 72 дюйма.

Коробчатые балки

  • Мост с коробчатой балкой поддерживается устоями и опорами таким же образом, как мост с простой или сплошной балкой.
  • Распространенный тип мостов, особенно для дорог с небольшим объемом движения.
  • Хорошо подходит для пролетов от 50 до 120 футов.
  • Обычная ширина 36 или 48 дюймов.

Сегментные

  • Они могут быть монолитными или сборными, а также могут иметь сквозную или сбалансированную консольную конструкцию.
  • Идеально подходит для плавных и резко изогнутых трасс.
  • Максимальный пролет превышает 300 футов.
  • Повторение коротких пролетов: от 70 до 150 футов.

Предварительное напряжение бетона для мостов

Предварительное напряжение бетонных мостов включает в себя литье бетонных балок с продольными отверстиями для стальных жил -тросов или стержней — наподобие железобетонных, но отверстия для жил изогнуты вверх от конца к концу, и жилы, будучи помещены внутрь, растягиваются, а затем закрепляются на концах. Сухожилия, находящиеся сейчас под высоким напряжением, стягивают два закрепленных конца вместе, заставляя балку сжиматься. Кроме того, изогнутые жилы создают направленную вверх силу, и проектировщик может заставить эту направленную вверх силу нейтрализовать большую часть нагрузки, которую, как ожидается, будет нести балка вниз. Предварительно напряженный бетон уменьшает количество стали и бетона, необходимых для сооружения, что приводит к более легким конструкциям, которые часто дешевле конструкций из железобетона.

Сталь для мостов

Сталь широко используется во всем мире для строительства мостов от очень больших до очень маленьких. Это универсальный и эффективный материал, обеспечивающий эффективные и устойчивые решения. Сталь уже давно признана экономичным вариантом для целого ряда мостов.

Конструкционная сталь — это высококачественный материал, который легко доступен по всему миру в сертифицированных сортах в виде изделий различных форм и размеров. Заводское изготовление металлоконструкций в контролируемых заводских условиях обеспечивает высокое качество работ при минимальных затратах. Превосходный контроль качества достигается благодаря тщательному режиму испытаний на сталелитейных заводах и в ходе производственных процессов резки и сверления, сборки, сварки и защитной обработки. Стальные материалы поставляются в двух видах продукции – ‘плоские изделия’ (стальной лист и полоса) и ‘сортовой прокат» (профилированный прокат, либо стандартные открытые профили, такие как балки, швеллеры, уголки и т.д., либо пустотелые профили). Для использования в конструкциях мостов эти изделия неизбежно разрезаются (по размеру и форме) и привариваются один компонент к другому. В конструкции материал подвергается растягивающим и сжимающим усилиям. Конструкционная сталь обычно реагирует линейно-упругим образом вплоть до «предела текучести», а затем обладает значительной способностью к пластическому деформированию перед разрушением. Все эти аспекты стального материала используются проектировщиком стального моста.

Высокое отношение прочности стали к весу сводит к минимуму вес конструкции пролетных строений и, таким образом, к минимуму затраты на фундамент, что особенно выгодно при плохих грунтовых условиях. Минимальный собственный вес также является важным фактором в стоимости транспортировки и манипулирования компонентами. Использование стали обеспечивает малую глубину строительства, что устраняет проблемы с запасом хода и проходами от наводнений, а также сводит к минимуму длину и стоимость подъездных насыпей.

Сталь является наиболее перерабатываемым строительным материалом, и ее выбор для мостов свидетельствует о рациональном использовании природных ресурсов. Когда срок службы стального моста подходит к концу, балки можно разрезать на приемлемые размеры, чтобы облегчить демонтаж, и вернуть на сталелитейный завод для вторичной переработки. Около 99% конструкционной стали либо возвращается в процесс выплавки стали, где используется для создания новых стальных изделий, либо используется повторно. Эксплуатационные характеристики переработанной стали не ухудшаются. В качестве альтернативы, составные части стальных мостов могут быть повторно использованы в других конструкциях; целые мосты были перенесены, и мосты можно проектировать с учетом удобства будущего перемещения. Сталь обладает широкими архитектурными возможностями. Стальные мосты могут выглядеть легкими или внушающе прочными, а также иметь любую скульптурную форму. Высокое качество поверхности стали создает четкие линии и позволяет уделять внимание деталям. Современные методы изготовления могут легко придать изгиб в плане и по высоте. Покраска стальных конструкций придает цвет и контраст, а повторная покраска может изменить или освежить внешний вид моста.

Чугун для мостов

Чугун обладает очень высокой устойчивостью к сжатию, что делает его идеальным для использования в арочных мостах, где вся чугунная деталь подвергается сжатию. По этой причине первый большой чугунный мост, Iron Bridge, использовал чугун для своей поддерживающей арки.

Преимущество чугунных колонн для зданий заключалось в том, что они были чрезвычайно тонкими по сравнению с каменными колоннами, способными выдержать аналогичный вес. Это также полезно в других типах зданий, например, позволяя архитекторам театров, церквей и синагог улучшать видимость при поддержании балконов, устраняя или, по крайней мере, делая более тонкими колонны, поддерживающие крышу или балконы.

Чугун стал очень популярным строительным материалом в конце 1700-х годов. Ранее его было слишком дорого производить в достаточном количестве для строительства, но появление множества новых доменных печей сделало чугун более доступным. Благодаря промышленной революции чугунные мосты стали очень популярными, и многие из них сохранились до сих пор

Древесина для мостов

Деревянный мост — это мост, в котором в качестве основного конструкционного материала используется древесина. Одна из первых форм мостов, построенных из древесины, использовалась с древних времен. За последние два десятилетия во многих европейских странах возрос интерес к деревянным мостам. Этому есть несколько причин. Растущий интерес к вопросам охраны окружающей среды и устойчивого развития, безусловно, проложил путь к более широкому использованию конструкционной древесины, но важную роль сыграли и новые и новаторские способы использования древесины, такие как настил из высокопрочного ламинированного бруса и улучшенные соединения. Мосты, естественно, делятся на две основные группы: пешеходные и автомобильные мосты. Подавляющее большинство деревянных пешеходных мостов имеют настилы, изготовленные из древесины, в той или иной форме, от простых деревянных досок или брусьев до перекрещенных слоев досок и различных типов ламинированных настилов. Для автомобильных мостов ситуация сложнее. Очень важно предотвратить проникновение поверхностных вод в слой износа асфальта, поэтому между деревянным настилом и асфальтом устанавливается своего рода непроницаемая мембрана.

Камень для мостов

Камень прочен при сжатии и в некоторой степени при сдвиге, но не может противостоять большой силе при растяжении. В результате каменные арочные мосты спроектированы так, чтобы, насколько это возможно, постоянно подвергаться сжатию. Каждая арка возводится на временном каркасе из фальцевой конструкции, известном как центровка. В первых мостах с компрессионной аркой замковый камень в середине моста выдерживал вес остальной части моста. Чем больший вес был приложен к мосту, тем прочнее становилась его конструкция. Каменные мосты использовались в той или иной форме на протяжении многих тысяч лет. Самые ранние сохранившиеся каменные конструкции, скорее всего, были основаны на мостах-трещотках. Это древняя форма каменного моста, образованного большими плоскими плитами из гранита или сланца, опирающимися на камень или покоящимися на берегах ручьев.Несмотря на ожидаемые высокие затраты на строительство, стоимость каменных арочных мостов, по-видимому, аналогична стоимости бетонных или стальных мостов. Во многом это объясняется отсутствием необходимости в дорогостоящих машинах или оборудовании. Каменные мосты всегда возводились преимущественно ручным трудом и с использованием относительно простого подъемного оборудования. Затраты на обслуживание каменных мостов в течение всего срока службы намного ниже, чем у других мостов, и при надлежащем уходе они могут значительно пережить мосты любого другого типа.

Современные композитные материалы для мостов

Во многих исследованиях было обнаружено захватывающее применение передовых композитных материалов для новых мостов и узлов замены настила моста. Как стеклопластиковые материалы, пропитанные эпоксидной смолой, так и материалы из углеродного волокна были протестированы в лаборатории на уменьшенных моделях колонн моста, чтобы определить пластичность, которая может быть достигнута в старой, непластичной бетонной колонне. Свойства материалов легко доступны у производителей, но оставался вопрос об адекватных спецификациях контроля качества для применения в полевых условиях. Эти ранние варианты нанесения были довольно грубыми и укладывались вручную аналогично тому, как наклеиваются обои. Потребовалось несколько месяцев, чтобы полностью разработать соответствующие спецификации контроля качества (QC), чтобы материалы, протестированные в лаборатории, можно было с уверенностью воспроизвести в полевых условиях. Композиты можно разделить на матричную фазу и дисперсную фазу. Фаза матрицы имеет непрерывный характер и обычно более пластична и менее твердая. Фаза матрицы удерживает дисперсную фазу и разделяет с ней нагрузку. Дисперсная фаза внедрена в фазу матрицы в прерывистой форме. Дисперсная фаза обычно прочнее фазы матрицы. Поэтому ее также называют фазой армирования.

По мере того, как растет осведомленность о преимуществах композитных материалов, многие производители и поставщики говорят, что в разговорах с инженерами-строителями они перестают сопротивляться переменам и скептически относиться к возможностям материалов, переключаясь на другие факторы, такие как стоимость и возможности материалов. Наиболее интересным применением передовых композитных материалов на сегодняшний день является проектирование и строительство действующего моста в системе автомобильных дорог штата. Инновационный шоссейный мост, состоящий из полых углеродно-композитных труб и легкого бетона, был построен на шоссе штата 86 недалеко от Палм-Спрингс, Калифорния, и строительство было завершено в 2000 году.

Заключение

По прошествии лет мы начали замечать, что все больше инженеров всерьез начинают присматриваться к этим типам материалов, потому что они, по большей части, не требуют технического обслуживания. В будущем можно ожидать дальнейшего развития в области использования материалов при строительстве мостов.