9.2. Види арочних мостів, особливості їх конструкції і область застосування

У арочних мостах основними елементами, що несуть, є окремі арки або суцільні зведення. Їх кінці закріплені на опорах так, що вони не можуть переміщатися не тільки у вертикальному, але і горизонтальному напрямах. Це зумовлює виникнення горизонтальної складової в опорних реакціях – розпору – при дії вертикальних навантажень. При раціональному використанні розпору представляється можливим значно зменшити згинальні моменти, в перетинах арок і зведень і забезпечити роботу цих елементів в основному на стиску, що дозволяє ефективно використовувати бетон високої міцності. По арках або зведеннях влаштовуються надарочные або надсводные будови, які підтримують елементи проїзної частини, що несуть. Арочні мости мають істотні архітектурні переваги перед балочними і рамними, але їх конструкції складніші, а опори масивніші.

Арочні мости застосовують при прольотах більше 60 м. Найбільший сучасний залізобетонний арочний міст має проліт 390 м. Він побудований в Югославії в 1980 р. і входить до складу комплексу з двох арочних мостів (інший має проліт 250 м), які зв'язують материк, острів Святого Марка і найбільший Адріатичний о. Крк. До найбільших арочних залізобетонних мостів відносяться також міст з прольотом 305 м через р. Параматту (м. Сідней, Австралія), міст з прольотом 290 м через р. Парана на межі між Бразилією і Парагваєм.

У Україні найбільший проліт 228 м має двох'ярусний міст під суміщений рух через р. Старе Дніпро в м. Запоріжжя, який був побудований в 1948 р.

Види арочних залізобетонних мостів. Арочні залізобетонні мости розрізняються по статичних схемах, розташуванні рівня проїзду, по конструкції арочної частини і способам зведення.

По статичній схемі вони можуть бути безшарнірними, двух-и трьохшарнірними. У безшарнірних мостах (рис. 9.7, а, б) арки або зведення жорстко з’єдна ні з опорами і виявляються тричі статично невизначними. Внаслідок цього в них виникають додаткові зусилля від нерівномірних осідань опор, температурних коливань, від усадки і повзучості бетону. При великих прольотах у зв'язку із збільшенням відносної гнучкості вплив цих чинників знижується. Безшарнірні арки найбільш прості в конструктивному відношенні, володіють більшою жорсткістю в порівнянні з шарнірними мостами. Крім того, їх конструкція дозволяє затопляти п'яти високою водою, що дозволяє знизити арку і зменшити об'єм робіт по пристрою підходів. У двошарнірних арочних мостах арки шарнірно приєднані до опор. Вони одного разу статично невизначні і в меншій мірі схильні до виникнення додаткових зусиль, чим безшарнірні, але їх конструкція ускладнюється наявністю шарнірів.

Трьохшарнірні арочні мости мають третій шарнір в середині прольоту арки. Вони статично визначені, в них не виникають додаткові зусилля від осідань опор, коливань температури, повзучості і усадки бетону, тому їх можна застосовувати в умовах, коли існує небезпека тих, що просіли опор. Наявність трьох шарнірів дає можливість зведення мостів із збірних елементів, але ускладнює конструкцію і знижує її жорсткість.

Рис. 9.7. Види (а – в) арочних мостів по рівню проїзної частини:

1 – надарочні стійки; 2 – арка; 3 – проїзна частина; 4 – підвіски; 5 – жорстка арка; 6 – затяжка

По рівню розташування проїзду арочні мости можуть бути з їздою зверху, посередині і низом.

Арочні мости з їздою зверху (див. рис. 9.7, а) вигідно зводити через гірські річки і ущелини. Проїжджаючи частина в них підтримується стійками (або стінками), що спираються на арки (зведення). У мостах з їздою посередині (див. рис. 9.7, б) в середній частині прольоту проїжджаючи частина знаходиться нижчим за вісь арки, вона підтримується підвісками, у опор знаходиться вищим за вісь арки і підтримується стійками.

Над рівнинними річками будують мости з їздою низом (рис. 9.7, в). У них проїжджаючи частина підвішується до арок підвісками, що сприяє зменшенню будівельної висоти моста.

По способах зведення арочні мости можуть бути монолітними, збірними і збірно-монолітними.

По конструкції основних елементів, що несуть, арочні мости розрізняють:

• з суцільними зведеннями (при прольотах 60...80 м при їзді зверху);

• з роздільними арками (при прольотах до 400 м при їзді зверху, посередині і низом);

• з арочними дисками (при прольотах 60...120 м при їзді зверху).

Вибір кількості арок при компоновці пролітної будови. При проектуванні арочного моста з їздою зверху представляється можливим провести вибір кількості арок і відстаней між ними з урахуванням комплексу конструктивних, економічних і архітектурних вимог залежно від габариту моста і величини його прольоту. Відстані між арками зазвичай коливається від 2...3 до 5...6 м.

При ширині проїзної частини до 8 м зазвичай приймають дві арки на відстані 4...6 м. У мостах більшої ширини кількість арок збільшують, приймаючи його завжди парним. Для забезпечення загальної стійкості і просторової жорсткості пролітної будови відстань між осями крайніх арок повинна бути не менше 1/20 прольоту, а суміжні арки повинні бути зв'язані поперечними і подовжніми зв'язками.

При їзді низом і по середині пролітна будова по конструктивних міркуваннях може мати тільки дві арки, відстань між якими визначається шириною їздового полотна.

Форма і розміри поперечного перетину арок. Арки можуть мати прямокутний, двотавровий або коробчатий перетин залежно від величини їх прольоту. Найбільш прості у виконанні арки прямокутного перетину, але вони не економічні по витраті матеріалу в порівнянні з двотавровими і коробчатими. Відношення висоти до ширини їх перетину коливається від 1/2 до 2. Раціональніші високі перетини, у яких (1,5 ...2,0). Відносна висота цих арок зазвичай складає 1/40... 1/60. Висота арок прямокутного перетину зазвичай не перевищує 1 м.

Арки з висотою перетину більше 1 м виконують двотавровими, а при висоті більше 2 м – коробчатими. Коробчаті перетини арок найбільш доцільні по витраті матеріалу, але по технологічних і експлуатаційних міркуваннях вони можуть застосовуватися тільки при великих їх висотах, коли забезпечується доступ персоналу у внутрішню їх порожнину.

Відношення висоти арок до їх прольоту для двотаврових і коробчатих арок складає 1/30...1/50, що більш ніж для прямокутних.

Зміна перетину арки по довжині прольоту. Висоту арок іноді проектують із змінною висотою по довжині прольоту відповідно до огинаючої епюри моментів, що згинають: у безшарнірних арках висоту зменшують від опори до середини прольоту, в трьохшарнірних – збільшують до чверті прольоту. По технологічних міркуваннях висоту арки по довжині прольоту частіше приймають постійною.

Армування роздільних арок. Арки зазвичай армують подовжніми криволінійними стрижнями по верхній і нижній зонах перетини, які з’єднують хомутами.

У монолітних арочних мостах зазвичай застосовують як арматуру арматурні каркаси, що самонесучі, у вигляді крізних металевих ферм, які здатні сприйняти всі навантаження в період бетонування пролітної будови. У безшарнірних арках основна подовжня арматура повинна бути надійно заанкерена в тілі опори на глибину, складову півтори висоти перетину арки в п'яті при прямокутному її перетині, і половині висоти її перетину в п'яті – при тавровому і коробчатому перетинах.

Особливості конструкції арочних мостів з їздою низом і посередині. Арки з їздою низом або посередині зазвичай використовують в мостах при малій будівельній висоті.

У мостах з їздою низом або посередині влаштовують дві арки, що піднімаються над проїжджою частиною (рис. 9.14), яка розташована між ними. Відношення стріли до прольоту арок при їзді низом приймається зазвичай в межах 1/4...1/7, залежно від місцевих умов. Зазвичай арки зв'язують системою розпірок, розташовуючи їх над габаритом проїзду в середній частині прольоту. Нависаючи над проїздом, розпірки зв'язків несприятливо впливають на зовнішній вигляд споруди. Тим часом відсутність поперечних зв'язків над проїздом зменшує поперечну жорсткість і допустимо лише у разі вживання спеціальних заходів по забезпеченню бічної стійкості відкритих арочних поясів. Тому поперечна жорсткість пролітної будови є одному з головних завдань, яке доводиться вирішувати при проектуванні мостів з їздою низом. Часто пристрій зв'язків визначає основні розміри споруди і системи арок.

Рис. 9.14. Фасад (а) і поперечний перетин (б) арочного моста з їздою низом

Для поліпшення зовнішнього вигляду масивні поперечні розпірки між арками іноді замінюють легкою гратчастою конструкцією, що створює над проїздом ажурне зведення.