ВАНТОВЫЙ МОСТ
CABLE-STAYED BRIDGE

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано при сооружении большепролетных вантовых мостов.
Известен вантовый мост, включающий балку жесткости, поддерживающую ее систему вантов, по крайней мере один пилон с укрепленной в верхней его части перпендикулярно оси моста траверсой, в уровне которой размещены узлы примыкания вантов к пилону; траверса выполнена криволинейной, обращенной выпуклостью вверх, а узлы примыкания вантов к пилону распределены по длине траверсы; ванты в плане образуют ферму типа арфа, причем нижние концы вантов распределены вдоль оси балки жесткости, а радиус кривизны траверсы равен высоте пилона, SU 804753, опубл. 15.02.1981.
Данное техническое решение имеет сложную конструкцию и недостаточную несущую способность, его использование при сооружении вантовых мостов большого пролета нецелесообразно.
Материал моста является основным параметром, определяющим всю его конструкцию, при этом для каждого материала имеется своя область применения. Для пролетов до 30 м сооружаются почти исключительно мосты с железобетонной балкой жесткости. При пролетах свыше 200 м применяются в настоящее время исключительно металлические мосты. Висячие мосты и, как их разновидность, вантовые мосты сооружаются при больших пролетах. Так металлический вантовый мост по Владивостоке через пролив Босфор Восточный («Русский мост») имеет самый большой в мире основной центральный русловой пролет длиной в 1104 м при общей длине моста 1885,53 м. Вес металлической балки жесткости основного пролета 23000 т. Мост имеет два пилона, ванты расположены по классической системе, стоимость моста составила в эквиваленте около 1000000000 долларов США, http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%F3%25F1%F1%ЕА%Е8%Е9_%EC%EE%F1%F2, опубл. 11.12.2014.
Недостатком данного моста является его большая металлоемкость, что определяет его весьма высокую стоимость.
Известен вантовый мост, содержащий пилоны, установленные вдоль фасада моста и закрепленные на мостовых опорах, балку жесткости, поддерживаемую пучками наклонных радиально-лучевых вантов, расположенных по обе стороны от каждого пилона и одним концом закрепленных на балке жесткости, а другим концом - сверху на пилоне, каждый пилон выполнен из двух наклонных и расходящихся в стороны ветвей и со стороны фасада имеет вид ласточкиного хвоста, а ванты закреплены на вершинах ветвей пилонов, помимо этого, каждый пилон снабжен жестким кабелем, соединяющим концы расходящихся ветвей пилона, RU 145946 U1, опубл. 27.09.2014.
Недостатком данного моста является то обстоятельство, что пилоны находятся посредине судоходного пролета, что значительно ограничивает судоходство.
Известен вантовый мост, включающий балку жесткости, ванты, V-образный пилон с траверсой, укрепленной в его верхней части; траверса соединяет концы ветвей V-образного пилона, DE 1275082 (В), опубл. 14.08.1968.
Данное техническое решение имеет сложную и недостаточно надежную конструкцию, его использование для большепролетных мостов практически невозможно.
Известен вантовый мост, включающий металлическую решетчатую балку жесткости, размещенные по ее краям пилоны, установленные на дне акватории по ее берегам и систему вантов «арфа», ванты прикреплены к пилонам и балке жесткости, SU 1513071 А1, опубл. 07.10.1989.
Данное техническое решение, принятое за прототип настоящего изобретения, имеет конструкцию, наиболее близкую к заявленному вантовому мосту. От «Русского моста» прототип отличается практически только системой расположения вантов. Прототипу свойственны те же недостатки, а именно весьма большая металлоемкость и высокая стоимость.
Задачей настоящего изобретения является снижение металлоемкости вантового моста большого пролета.
Согласно изобретению в вантовом мосту, включающем балку жесткости, пилоны и ванты, балка жесткости выполнена из бетона, в местах расположения пилонов и в средней по ее длине части балки жесткости заодно с ней выполнены бетонные арки, при этом в балке жесткости и в бетонных арках расположены предварительно напряженные тросы, а ванты прикреплены как к бетонным аркам, так и в свободных от них местах к балке жесткости; между пилонами, по ширине балки жесткости, могут быть установлены дополнительные пилоны.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - общий вид моста;
на фиг. 2 - узел А на фиг. 1 в увеличенном масштабе;
на фиг. 3-разрез Б-Б на фиг. 1.
Вантовый мост включает установленную на основные береговые опоры 1 и дополнительные опоры 2 балку 3 жесткости, выполненную из бетона. По концам основного пролета «ℓ» балки 3 жесткости размещены попарно пилоны 4, к которым балка 3 жесткости прикреплена. Между пилонами 4 каждой пары по ширине балки 3 жесткости могут быть установлены дополнительные пилоны 40. В конкретном примере (фиг. 3) между противоположными пилонами 4 изображен один дополнительный пилон 40. В местах расположения пилонов 4 и в средней по ее длине части балки 3 жесткости заодно с ней выполнены бетонные арки 5. Ванты 6, расположены по системе «арфа» и прикреплены как к бетонным аркам 5, так и в свободных от арок 5 местах к балке 3 жесткости.
В опалубке арок 5 и балки 3 жесткости предварительно располагают соответственно тросы 7 и 8 из сверхпрочной стальной проволоки, которая имеет незначительную текучесть. При постоянном напряжении ползучесть такой проволоки близка к ползучести бетона, поэтому потеря напряжения бетона вследствие ползучести тросов минимальна. На чертежах условно изображено по одному тросу 7 и 8, на практике тросы проходят во всех ярусах по высоте балки 3 жесткости и бетонных арок 5.
2
Перед бетонированием балки 3 и арок 5 тросы 7 и 8 натягиваются с помощью гидравлических натяжных устройств 9. Величина натяжения тросов должна рассчитываться с учетом компенсации усадки бетона при потере влаги, которая может продолжаться довольно долго и вызывать потерю напряжения тросов. Необходимо применять высокопрочный бетон прочностью в возрасте 28 дней более 400 кг/см. Наиболее высокую прочность обеспечивают жесткие и жирные бетонные смеси. При укладке бетона используются вибраторы. Натяжение тросов 7 и 8 поддерживается до того момента, когда бетон станет достаточно прочным, после чего концы тросов 7, 8 освобождают от натяжных устройств 9. При этом натяжение тросов передается бетону благодаря сцеплению с ним. Напряженный бетонный элемент проектируется таким образом, чтобы при полной рабочей нагрузке в бетоне не возникло растягивающих напряжений. Если этот элемент будет перегружен, то при условии, что напряжения в тросах не достигли предела текучести, он имеет способность практически к полному восстановлению после снятия нагрузки. Как показывают расчеты, относительно небольшие по размерам бетонные арки 5, в которых расположены тросы 7, значительно увеличивают жесткость и несущую способность конструкции; благодаря реализации отличительных признаков изобретения также достигается и другой технический результат: полностью используется потенциальная прочность на сжатие высококачественного бетона, а его низкая прочность на растяжение при этом не будет иметь значения, так как силы, действующие на растяжение, будут только уменьшать сжатие, созданное предварительным натяжением тросов. Таким образом впервые обеспечивается возможность создания бетонных вантовых мостов весьма больших пролетов, что позволяет значительно снизить металлоемкость и стоимость сооружения.
Указанные обстоятельства позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Для реализации изобретения могут быть использованы распространенные материалы и известное оборудование, что, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения условию патентоспособности «Промышленная применимость».