Искусственные сооружения на автомобильных дорогах необходимы для преодоления водоемов, ущелий, гор, городских территорий, а также создания безопасных условий для движения транспорта и людей. В эту группу входят тоннели, мосты, эстакады, путепроводы, трубы и другие конструкции. Ниже подробно рассмотрим их назначение, поговорим об устройстве, а также современных новациях в этой сфере.
Клаппер
Откроет наш список древняя форма, в которой большие плоские каменные плиты опираются на груды камней. Большинство из них были построены в средневековье, чтобы проложить путь через реку или другую преграду.
Прекрасный пример такого типа, это Постбридж, сооружённый над рекой Ист-Дарт в английском графстве Девон. Его плиты имеют длину более 4 м, а вес каждой плита весит более 8 тонн. Он был построен в XIII веке, чтобы позволить лошадям пересекать реку, доставляя олово в знаменитый город Тависток.
2
Поэтика и практика
В Санкт-Петербурге находится 93 водные артерии, сюда включены реки, протоки, каналы и почти 100 водоемов. Беспрепятственное сообщение между островами и частями города обеспечивают мосты, которых насчитывается около 800, из них 218 предназначены для пешеходов. С начала строительства города была заложена традиция возведения мостов, без которых Санкт-Петербург уже немыслим. Они составляют часть его архитектуры, истории, преданий и культуры.
Пожалуй, ни в одном городе России так активно не пользуются разводными переправами, как в Санкт-Петербурге.
Символом Северной столицы по праву считается один из старейших мостов – Дворцовый. Он был построен по проекту инженера Пшеницкого А. П. и соединяет Адмиралтейский остров со Стрелкой Васильевского острова. Современные механизмы поднимают 700-тонные конструкции центрального пролета для прохода судов.
Самый длинный разводной мост в Санкт-Петербурге носит имя Александра Невского. Его длина 905,7 м, центральный разводной пролет выполнен из металла, время разведения конструкции составляет всего 2 минуты.
Виды мостов Санкт-Петербурга включают в себя всю историю мостостроения – от первых деревянных до современных многополосных вантовых сооружений. Большой Обуховский мост, например, имеет длину 2824 м, и на сегодняшний день это одно из самых протяженных инженерных сооружений в России. Он составлен из двух параллельных одинаковых частей, по которым организовано четырехполосное одностороннее движение.
Ферменный
Вместо одной балки, которая должна выдерживать все силы, используется серия балок и ферм. Ферма — это треугольный каркас, который распределяет силы растяжения и сжатия по мосту.
Есть несколько способов построить мост с фермами, но все они преследуют одну и ту же цель: распределить силы растяжения и сжатия, чтобы конструкция не обрушилась. Ферма придаёт устойчивости всей конструкции, способной выдерживать большие внешние нагрузки на длинном пролёте.
3
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.
Арочный
Их начали возводить ещё в далёкой древности, и они оставались популярными до тех пор, пока промышленная революция и материаловедение не позволили архитекторам создавать более совершенные и эффективные конструкции.
Нижняя сторона арочного моста выглядит иначе, чем у других типов. У всех изогнутая нижняя сторона, которая выглядит так, будто кто-то вырезал полукруг из нижней части. Часто такие конструкции можно встретить в пределах городов над небольшими речками, но и более массивные, над большими реками.
4
Лунный
Один из самых романтических типов. Полукруглая арка, отражаясь в воде, завершает круг на 360 градусов и напоминает полную луну. Эти сооружения возникли в азиатской культуре. Первоначально они были построены в Китае, а затем завезены в Японию.
В основном сделаны из камня, дерева и металла. Поскольку они крутые, у них есть то преимущество, что они не используют пространство из прилегающих полей. Это великолепный способ наладить пешеходное движение над конструкцией и движение лодок под ней.
5
Подвижный
Одни из самых технологически сложных мостов, которые перемещаются, чтобы пропустить лодки и баржи. Это может быть вертикально-подъёмный, подъёмный, поворотный или транспортный.
Они приводятся в действие электродвигателями, будь то гидравлические поршни, рабочие лебёдки или зубчатые передачи. В целом могут быть довольно длинными. Главный недостаток заключается в том, что дорожное движение должно быть остановлено, когда он открыт для прохода водного транспорта.
6
Подчёркнутый ленточный
Напряжённый ленточный мост, который ещё называют цепным, представляет собой натяжную конструкцию. Он имеет два или более подвесных троса, встроенных в деку. Эти тросы проходят по дуге цепной цепи между опорами и обеспечивают жёсткость.
Конструкция обычно изготавливается из бетона, армированного стальными натяжными тросами. Эти мосты очень эстетичны, экономичны, практически не требуют обслуживания. По мнению редакции ТопКафе, это одни из самых красивых мостов в мире.
7
Из коробчатых балок
Photograph: Scott Davis, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Главные балки состоят из пустотелых коробчатых балок. Коробчатая балка изготавливается из конструкционной стали, предварительно напряжённого бетона или из железобетона и стали.
Коробка обычно бывает трапециевидной или прямоугольной в поперечном сечении. Это уменьшает толщину плиты, а следовательно, вес всей конструкции. В основном такие мосты используются для развязок автомобильных дорог и современных надземных сооружений легкорельсового транспорта.
8
Пролетное строение
Пролетное строение
перекрывает пролет между опорами моста и предназначено для движения транспорта. Оно воспринимает постоянные и временные нагрузки от транспортных средств, ветра, сейсмических и других воздействий и передает их на опоры. Основные элементы пролетных строений: проезжая часть, главные несущие конструкции (в том числе балки, фермы, арки, своды, рамы, кабели, цепи, пилоны), продольные и поперечные связи, объединяющие главные несущие конструкции в пространственно жесткую и геометрически не изменяемую систему. К элементам пролетных строений относятся также портальные рамы (в фермах с ездой понизу) и надарочное строение (в арках с ездой поверху). Проезжая часть ж.-д. моста состоит из мостового полотна и балочной клетки (рис. 3.62,я). Балочная клетка (ростверк), представляющая собой систему продольных и поперечных балок, передает нагрузку на главные балки или узлы главных ферм. Мостовое полотно (рис. 3.62,6) включает: рельсы, рельсовые скрепления, балластное корыто или плиту, балласт; деревянные или металлические поперечины; охранные и противоугонные средства; боковые тротуары, настил, перила; систему водоотвода, деформационные швы и др. Путь на пролетных строениях моста обычно укладывается на щебеночном балласте или на деревянных поперечинах, а на пролетных строениях особо крупных металлических мостов — также на металлических поперечинах. Допускается укладка пути с непосредственным креплением к железобетонной плите. Для передачи давления с пролетного строения на мостовые опоры служат опорные части, которые также допускают поворот пролетного строения и его горизонтальные перемещения (подвижные опорные части).
Сегментный
В отличие от традиционных методов строительства, которые строят конструкции в виде больших секций, сегментные строятся из небольших частей, называемых сегментами.
Они состоят из бетонных деталей, которые либо строятся в другом месте и доставляются на строительную площадку, либо полностью строятся на месте возведения. Хотя этот тип конструкции очень экономичен для длинных пролетов, он требует высокотехнологичных машин и особых мер безопасности во время строительства.
9
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.
Виадук
Виадук состоит из ряда небольших пролётов между высокими башнями. Его цель — провести автомобильную или железную дорогу через долину или заболоченное место. Хотя они намного более рентабельны, чем мосты или туннели с большими пролётами, им обычно не хватает вертикального и горизонтального зазора для больших судов.
Те, что построены над водой, используют последовательные арки или острова. Обычно они соединяются с туннелями или другими типами мостов для пересечения судоходных вод в виде участков виадуков.
10
Общие сведения
Мосты возводят на линиях магистральных железных дорог (в том числе на дорогах высокоскоростного наземного транспорта), а также на узкоколейных дорогах (гл. обр. на подъездных путях предприятий). По экономическим соображениям крупные мосты чаще всего сооружают под ж.-д. и автомобильное движения (совмещенные мосты). К разновидностям ж.-д. мостов относятся наплавные мосты, мостовое полотно которых уложено на плавучие опоры, металлические понтоны или деревянные плашкоуты, и сборно-разборные мосты, обеспечивающие быстрое налаживание ж.-д. переправы через водные препятствия. В ряде случаев по условиям судоходства строят разводные ж.-д. мосты для пропуска судов с перерывом движения поездов. Возвышение остальных ж.-д. мостов над расчетным судоходным горизонтом регламентирует подмостовой габарит. Мосты сооружают под один, два или несколько ж.-д. путей, расстояние между которыми по условиям габарита подвижного состава составляет не менее 4,1 м. Ж.-д. путь может располагаться выше или ниже основных несущих конструкций (с ездой поверху или понизу) либо проходить посередине: на одной части длины поверху, на другой — понизу.
Консольный
Построены с использованием консолей, структурных элементов, которые проходят горизонтально и поддерживаются только с одного конца. Для небольших пешеходных мостов консолью могут быть простые балки.
Консоли полезны для перекрытия водного пути, не разделяя его речными пирсами. В основном они используются для пешеходов, автомобилей и поездов. Самый длинный консольный мост в мире, это канадский Пон-де-Квебек, возведённый в 1917 году.
11
Подвесной
В подвесных мостах тросы, поддерживающие настил, подвешены вертикально (так называемые подвесы) к основному тросу. Этот основной трос закреплён на обоих концах, поскольку любая нагрузка, приложенная к конструкции, преобразуется в силу натяжения.
Для строительства подвесного моста требуется меньше материалов, и можно достичь более длинных пролётов по сравнению с другими мостовыми типами. Этот тип лучше всего выдерживает землетрясения.
12
Последние новации при строительстве искусственных сооружений на автомобильных дорогах
При создании искусственных сооружений проектировщики стараются применять прогрессивные конструкции и использовать передовые методики выполнения таких работ. Главной целью является повышение надежности конструкции, снижение расхода материала и уменьшения времени возведения. В создаваемых объекта должны применятся типовые решения и сборные конструкции, отвечающие действующим стандартам и техусловиям.
В последнее время набирает популярности 3D-печать разных конструкций. В качестве исходных материалов может применяться пластик, сталь, алюминий, хром-кобальт, никель и другие. Возможна специальная подготовка порошка. Пока такие технологии применяются только за границей для строительства небольших объектов. К примеру, 15 июля 2022 года в Амстердаме был открыт стальной мост, сделанный полностью на 3D принтере. Он объединил две набережные, имеет вес 6 т и длину 12 м.
В России ведется работа по решению проблем искусственных сооружений, многие из которых (свыше 5500) находятся в аварийном состоянии. С учетом этого до 2024 года планируется направить более 200 млрд рублей для приведения в нормальное состояние имеющихся объектов. Особое внимание уделяется регулированию и стандартизации в этой сфере.
Вантовый
Вантовые мосты получили широкое распространение с XIX века. Они состоят из одной или нескольких колонн (или башен) с тросами, непосредственно поддерживающими настил. Колонны поглощают и справляются с усилиями сжатия.
В отличие от подвесных, у этого типа есть тросы, которые идут прямо от башни к палубе, образуя серию параллельных линий или веерообразный узор. В этом диапазоне вантовый мост остаётся экономичным и элегантным благодаря относительно небольшой глубине балки.
13
Балочный
При возведении в них используются стальные или бетонные балки. Балка — это основная горизонтальная опора, которая поддерживает меньшие балки на настиле. Балочные мосты прошли долгий путь от их ограниченного применения с короткими пролётами до рентабельной функциональной формы, став одним из наиболее широко используемых типов мостов. Сейчас в таких типах используются современные, более прочные материалы.
14
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 реку Мойку 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.
Эстакада
Крестовина состоит из нескольких коротких пролётов, поддерживаемых близкорасположенными рамами. Козел, который используется в качестве опоры моста, представляет собой жёсткий каркас из дерева или железа.
Железные и деревянные эстакады широко использовались во всём мире в XIX столетии. Хотя эти мосты в значительной степени устарели, они по-прежнему неоценимы для инфраструктурных транспортных систем. Например, стальные или деревянные эстакады часто сооружают в местах, где засыпанный мост может блокировать потенциальные паводковые воды.
15
Вантовый с консольным лонжероном
Современная разновидность вантового моста. В такой конструкции распределение сил не зависит исключительно от консольного действия лонжерона (опорной башни). Распределение веса в лонжероне и угол между лонжероном и мостом играют важную роль в снижении опрокидывающих сил, приложенных к лонжерону основания.
Иногда лонжерон поднят до угла, при котором он уравновешивается структурным хвостовым оперением. Многие конструкции имеют изогнутый назад лонжерон, который выдерживает вес палубы.
Деревянные мосты
Первые мосты в истории человечества сооружались из дерева. Долго эти сооружения не могли использоваться без соответствующего ремонта, постоянных профилактических работ и замены отдельных частей и креплений. Это было сопряжено с трудностями строительства и недолговечностью самого материала. В настоящее время строятся следующие виды деревянных мостов:
- В зависимости от системы – балочные, подкосные.
- В зависимости от конструкции – пакетные строения с пролетами, фермовые мосты.
Балочное строение наиболее простое, а потому быстро монтируемое сооружение. Опорные балки забиваются в грунт на глубину до 4 м. На верхние концы свай с помощью стальных штырей укладываются насадки, все сваи связываются в единое целое, сверху настилается полотно для движения. При строительстве деревянного моста важно создать прочное сопряжение конструкции с насыпью из грунта на обоих концах, делается это для того, чтобы мост был устойчив.
Сейчас появилась тенденция возрождения строительства деревянных мостов, что связано с появлением технологии изготовления клееного бруса, более устойчивого к агрессивной среде, внешним силам кручения и более долговечен в эксплуатации, к тому же его длина не зависит от естественного роста дерева.
Вантовый с боковым лонжероном
Довольно необычный мост, в котором кабельная опора не перекрывает проезжую часть. Вместо этого он консольный с одной стороны. Кабельные трассы обычно выровнены по средней линии всего сооружения. Силы передаются через тросовые опоры, затем через опоры сжатия и далее в фундамент.
Такие необычные инженерные сооружения подходят для регионов, где дорога идёт вверх по течению, пересекает ручей и поворачивает обратно на другой стороне в направлении вниз. Построив часть поворота на конструкции, можно сделать поворот плавным, что позволит транспортным средствам двигаться быстрее.
17
Спиральный
Фото: Jakob Montrasio from Saarbrücken, Germany, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons
Такой вид конструкции пересекает собственную дорогу и полезен на крутых склонах. Конструкция поднимается по устойчивой кривой до тех пор, пока не закроет петлю, проходя над собой по мере увеличения высоты, позволяя транспортным средствам набирать высоту на относительно коротком горизонтальном расстоянии.
Это лучшая альтернатива зигзагообразным дорогам, позволяющая избежать остановки транспортных средств и изменения направления движения при подъёме или спуске. Такой же дизайн характерен для многих многоэтажных автостоянок.
Мосты широко представлены в фольклоре разных народов мира. К примеру, в русских сказках встречается Калинов мост, переброшенный через реку Смородину. Считается, что он соединяет мир живых и мёртвых. В скандинавских сагах существует таинственный биврёст — «дрожащий мост», который соединяет небесный город Астрад с другими территориями и мирами. Редакция TopCafe просит вас добавить в комментариях к статье какие ещё виды мостов вы бы хотели здесь увидеть.
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.
При строительстве железнодорожных мостов широкое применение получили металлические конструкции с решетчатыми фермами. Основным достоинством этих решений является эффективность в эксплуатации, быстрота строительства и демонтажа отдельных частей, сравнительно низкая себестоимость производства, возможность сооружения конструкции в кратчайшие сроки на доступных участках и в любой географической зоне.
