Основы проектирования стальных пешеходных мостов

Пролетные строения пешеходных мостов проектируют в соответствии с требованиями норм [8]. Ширину пешеходных мостов устанавливают в зависимости от расчетной перспективной интенсивности движения пешеходов в час пик и принимают м. Вне населенных пунктов допускается ширина моста м.

Средняя расчетная пропускная способность пешеходного моста составляет 2000 чел./ч на 1 м ширины пролетной части. Для лестниц – 1500 чел./ч.

 

а)

б)

Рис. 4.18, а, б. Конструкция сопряжения кабелей с пилонами: а – с катками по стальной плите в жестких пилонах; б – при качающихся или защемленных внизу гибких пилонах; 1 – кабель; 2 – опорная часть; 3 – катки

 

Рис. 4.18, в. Узел крепления вертикальной подвески к кабелю из раздельных канатов: 1 – канатная втулка; 2 – штырь-шарнир

 

 

г)

 

 

 

д)

 

Рис 4.18, г, д. Узлы крепления подвесок к кабелям: г – наклонных подвесок; д – вертикальных подвесок к пучку канатов; 1 – втулка; 2 – штырь-шарнир; 3 – стяжные болты; 4 – оси накладных подвесок; 5 - муфта

е)

ж)

Рис 4.18, е, ж. Узлы крепления подвесок и кабеля к балке жесткости:          е – вертикальной подвески; ж – кабеля в середине пролёта; 1 – подвеска;              2 – втулка; 3 – винтовая стяжка; 4 – верхний пояс балки жесткости; 5 – кабель

Расстояние от поверхности проезда под мостом (при необходимости) до верхней линии очертания габарита транспорта м.

Нагрузки на пешеходные мосты:

- постоянная от собственного веса конструкций;

- временная (снег, ветер, температурные изменения);

- от пешеходов (нормативная) принимается равной 3,92 кН/м² с коэффициентом надежности .

В расчетах нагрузки учитывают в сочетаниях, приводящих к наиболее невыгодным перемещениям и усилиям. Перемещения определяют от сочетаний нормативных нагрузок, а усилия – от сочетаний расчетных нагрузок.

Сталь выбирают с учетом условий эксплуатации моста по температуре наиболее холодных суток. Для мостов перечень сталей ограничен требованиями ударной вязкости.

Рекомендуемые стали:

- малоуглеродистые: 16Д спокойной плавки;

- низколегированные: 15ХСНД, 10ХСНД, соответствующие новой маркировке С375, С390.

В последние годы в практику мостостроения внедряется листовой прокат из сталей 15ХСНДА, 10ХСНДА с химически связным азотом (А), повышающим сопротивляемость стали хрупкому разрушению при низких температурах.

Для опорных частей применяют литую сталь марок 20Л, 30Л, 35Л.

Статический расчет конструкций конкретного пешеходного моста следует выполнять по расчетной схеме (КЭ-модели), наиболее полно отражающей конструктивные особенности несущих конструкций моста. В балочных, рамных и арочных мостах усилия, напряжения и перемещения определяют, исходя из предполагаемой упругой (физически) и линейной (геометрически) работы конструкций. В вантовых и вантово-висячих комбинированных пешеходных мостах в статических расчетах важен учет геометрической нелинейности работы канатов. В этих мостах физическую нелинейность работы балок жесткости, если это допустимо, учитывают в конструктивных расчетах элементов моста на прочность и устойчивость.

Очень важен статический расчет пешеходного моста на стадии монтажа, когда расчетная схема существенно отличается от расчетной схемы на стадии эксплуатации.

Более точна оценка напряженно-деформированного состояния конструкций моста в рамках численного анализа на пространственной КЭ-модели.

Современные вычислительные комплексы позволяют определять усилия, напряжения и перемещения как в предположении линейно-упругой, так и нелинейной стадиях работы металлоконструкций моста. Физическая нелинейность расчета позволяет учесть упруго пластическую работу материала. Геометрическая нелинейность позволяет учесть нелинейность работы всего сооружения. Учет геометрической нелинейности особенно важен в расчетах комбинированных конструкций пешеходных мостов, в которых жесткое пролетное строение подвешено на вантах или вантах и гибких нитях-подвесках, опертых в пилонах с оттяжками.

В инженерной практике, наряду с пространственными расчетами, пользуются приближенными методами определения усилий на плоских расчетных схемах, а их взаимодействие учитывают коэффициентами из опыта проектирования и на основании исследований.

Важной особенностью проектирования комбинированных конструкций пешеходных мостов с вантами и пилонами является обеспечение их аэродинамической устойчивостью от действия ветра.

Не менее важен динамический расчет пешеходных мостов от движения толпы людей, которая создает вынужденные колебания конструкций, вызывающие у пешеходов некомфортное психологическое состояние.

Поэтому нормы проектирования пешеходных мостов требуют, чтобы в пролетных строениях расчетные периоды собственных колебаний не накладывались на вынужденные, вызываемые толпой людей и резкими порывами ветра. С этой целью расчетные периоды собственных колебаний ограничиваются величинами (при учете нагрузки от толпы людей кН/м²):

- в вертикальной плоскости с (частота колебаний гц);

- в горизонтальной плоскости с (частота колебаний гц).

Проверка аэродинамической устойчивости пешеходных мостов заключается в определении критической скорости ветра для конкретного пролетного строения , где м/с максимальная скорость ветра для заданного района по нормам, скорость ветра, при которой возникает одно из аэроупругих явлений: флаттер, ветровой резонанс, галопирование, параметрический резонанс и др.

Более подробно по этому вопросу рекомендуется [3, с. 363-367].

Определенную особенность проектирования и расчета имеют цельнометаллические и сталежелезобетонные пролетные строения.

Цельнометаллическое пролетное строение в расчетах рассматривается как единая пространственная система в форме ортотропной плиты. Методика расчета такой конструкции изложена в [9], как указано в [3, с. 359]. Некоторые выдержки из этой методики приведены в [3, с. 359-362]. Студентам предлагается по желанию ознакомиться с данной информацией самостоятельно.

В сталежелезобетонных пролетных строениях составляющие поперечное сечение комплексной плиты жесткости материалы имеют существенно различные механические характеристики и в зависимости от действующих в них напряжениях могут работать в упругой, упруго-пластической стадиях состояния материалов. Точный учет всех особенностей работы такого сечения сложен. В практических расчетах на прочность принимают, чтобы стальная часть комплексной плиты жесткости работала упруго, а напряжения в бетоне и арматуре или не достигали расчетных сопротивлений, или становились им равными. При этом методика расчета основана на гипотезе плоских сечений без учета податливости швов объединения стальной и железобетонных частей. Некоторые рекомендации по расчету сталежелезобетонных конструкций приведены в п. 16.1                 [3, c. 295-303].

Студентам предлагается по желанию законспектировать данный параграф самостоятельно.

ВИСЯЧИЕ И ВАНТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ

Область применения

Висячие и вантовые переходы, как и пешеходные вантовые и вантово-висячие мосты, относятся к легким открытым комбинированным конструкциям. По конструктивным решениям элементов, узлов, по способам стабилизации пролетных строений они близки к конструкциям висячих и вантовых комбинированных покрытий, особенно к покрытиям промышленных зданий с большими пролетами. Характер деформаций (перемещений) легких комбинированных конструкций вантовых переходов при действии на них временных нагрузок такой же, как и висячих покрытий большепролетных зданий.

Вантовые переходы пролетами 80-100 м имеют небольшую массу. Поэтому наибольшие прогибы и изгибающие моменты в них имеют место в середине пролета из-за упругих удлинений вант при загружении временной нагрузкой на весь полет. Сечение балок жесткости в таких переходах подбирают по прочности в середине пролета, а повлиять на уменьшение прогибов и моментов можно путем увеличения сечения вант. Сечение балок жесткости увеличивать нерационально, так как бóльшая часть нагрузки передается на ванты и только» 10% - на балки жесткости.

По мере увеличения пролета возрастает сечение вант, уменьшается доля их упругих удлинений, повышается роль кинематических перемещений в общих деформациях системы от действия временных нагрузок. Уменьшение кинематических перемещений может быть достигнуто путем усложнения висячей системы за счет применения дополнительных конструкций, накладывающих ограничения на горизонтальные перемещения, например боковых оттяжек или ветровых ферм.

Конструктивные схемы

Конструктивные схемы вантовых и висячих переходов целесообразно изучать на конкретных примерах.

1) Трубопроводный переход пролетом 108 м, реализованный по проекту ЦНИИПС (автор Э.Я. Слоним) [4]. В проекте удачно решен вопрос унификации узлов крепления подвесок к гибкому канату-кабелю с помощью шарниров, центрированных на пересечении подвесок с канатом. Стабильность комбинированной системы трубопроводного перехода здесь обеспечена за счет жесткости технологических труб (2 шт.), которая ранее в таких проектах в расчетах не учитывалась. На рис. 5.1 [4] показан общий вид вантово-висячего перехода сбоку и план балок жесткости высотой 1200 мм с настилом и связями и двумя технологическими трубами диаметром по 630 мм.

На рис. 5.2 [4] показан фрагмент заводской марки балки жесткости сбоку и в плане с горизонтальной связевой фермой.

На рис. 5.3 [4] показан один из пилонов – двухветвевой в виде рамы П-образной с наконечниками под канаты и в железобетонной опоре.

На рис. 5.4 [4] показаны узлы В и Г крепления подвесок к гибкой нити-канату (вверху) и к балке жесткости (внизу) на шарнирах.

 

Рис. 5.1. Трубопроводный мост пролетом 108 м. Геометрическая схема-фасад, план

 

Рис. 5.2. Трубопроводный мост пролетом 108 м. Фрагмент марки балки жесткости

 

	Рис. 5.3. Трубопроводный мост пролетом 108 м. Пилон по сечению 4-4
	Рис. 5.4. Трубопроводный мост пролетом 108 м. Узлы В и Г

 

	Рис. 5.5. Трубопроводный мост пролетом 108 м. Узлы А и Б
	Рис. 5.6. Трубопроводный мост пролетом 108 м. Фрагмент плана плиты балки жесткости

 

На рис. 5.5 [4] показан узел А прохождения кабеля из двух канатов через оголовок пилона и конструкция собственно оголовка пилона, а также узел Б опирания пилона в опору мостового перехода.

На рис. 5.6 [4] приведен фрагмент плана плиты балок жесткости с одной из технологических труб.

2) Проект висячего трубопроводного перехода пролетом  720 м, выполненный в ЦНИИПСК авторским коллективом под руководством Э.Я. Слонима [4].

Трубопроводный переход через реку представляет собой комбинированную конструкцию с висячей фермой (с треугольной решеткой). Высота фермы в середине пролета составляет , а у пилона - . Нижний пояс фермы представляет собой сквозную балку-ферму высотой 2,4 м (  пролета) со строительным подъемом 3,0 м (  пролета), раскреплен горизонтальными ветровыми поясами с предварительным натяжением Н (» 300 тс) с целью обеспечения аэродинамической устойчивости нижнего пояса от действия ветра.

На рис. 5.7 [4] приведена геометрическая схема висячего трубопроводного перехода с ветровыми связями и двумя пилонами. Гибкие криволинейно очерченные канаты, проходя через пилоны, уходят в виде оттяжек в анкерные фундаменты.

На рис. 5.8 [4] приведена конструктивная схема одного из пилонов А-образной формы, в нижней части которого на балку жесткости опирается технологический трубопровод.

На рис. 5.9 [4] приведена конструктивная схема узла А (узел замаркирован на рис. 5.8).

На рис. 5.10 [4] приведена конструктивная схема узла Б с технологическим трубопроводом. Здесь показан фрагмент нижнего пояса перехода в виде фермы высотой 2,4 м, на нижнем поясе которой установлен технологический трубопровод.

Рис. 5.7.  Висячий трубопроводный переход. Геометрическая схема (фасад). План

 

 

Рис 5.8. Висячий трубопроводный переход. Пилон

 

Рис. 5.9. Висячий трубопроводный переход. Узел А

 

Рис. 5.10. Висячий трубопроводный переход. Узел Б

 

3) Вантовый трубопроводный переход через реку из двух пролетов: 96 м + 36 м. Ванты имеют предварительное напряжение. Высота пилонов составляет 23,22 м (1/4 пролета 96 м). Жесткая конструкция выполнена из двух стальных балок высотой по 1400 мм со связями между ними ромбического очертания. Проект перехода разработан в ЦНИИПСК и реализован в 1973 г. [4].

На рис. 5.11 [4] приведена геометрическая схема вантового трубопроводного перехода с одним пилоном на средней опоре. Пилон имеет    А-образную форму.

На рис. 5.12 [4] приведена конструктивная схема узла А (замаркирован на рис. 5.11) крепления ванты из одного каната к одной из балок жесткости.

На рис. 5.13 [4] приведена конструктивная схема узла В (замаркирован на рис. 5.11), в котором примыкающая к одной балке жесткости ванта состоит из двух канатов, а также конструктивная схема узла Б (замаркирован на рис. 5.11), в котором примыкающая к одной балке жесткости ванта состоит из одного каната.

На рис. 5.14 [4] приведена конструктивная схема А-образного пилона, в нижней части которого на поперечной опорной балке закреплены два технологических трубопровода (узлы Г, Д, Е и фрагмент пилона замаркированы на рис. 5.12).