ВИСЯЧИЙ МОСТ

Полезная модель относится к области мостостроения, в частности к конструкции трехпролетных висячих мостов, преимущественно с ездой посередине.
Проблема висячих мостов заключается в их значительной материалоемкости, вызванной повышенной деформативностью балки жесткости при несимметричных формах нагружения пролетных строений и невысокой общей аэродинамической устойчивостью моста.
Известен висячий мост с тремя пролетами, позволяющий перекрывать пролеты с максимальной длиной до 2 км, (Смирнов В.А. Висячие мосты больших пролетов. М.: Высш. шк., 1975. С.18, рис.17).
Висячий мост содержит неразрезную балку жесткости, предназначенную для восприятия временной вертикальной нагрузки, несущий кабель, тяги, предназначенные для соединения балки жесткости с несущим кабелем, анкерные устройства для восприятия распора кабеля и пилоны, предназначенные для передачи вертикальной и горизонтальной нагрузки от несущего кабеля на фундаменты.
Балка жесткости выполнена с боковыми и центральным пролетами, каждый из которых посредством тяг соединен с несущим кабелем и поддерживается двумя плоскостями тяг.
Несущий кабель состоит из трех криволинейных ветвей. Несущий кабель по концам закреплен с анкерными устройствами для восприятия распора, а в опорных промежуточных узлах соединен с верхней частью стоек пилона. Несущий кабель расположен сверху от балки жесткости, при этом для средней ветви минимальная длина тяги >0.
В качестве тягов использованы тросовые (растянутые) подвески. По фасаду моста тросовые подвески выполнены вертикальными или наклонными.
В качестве анкерного устройства для восприятия распора кабеля использованы анкерные фундаменты в распорных висячих мостах.
Висячий мост работает следующим образом.
Временная вертикальная нагрузка воспринимается балкой жесткости и посредством тяг передается на несущий кабель. Несущий кабель передает горизонтальные и вертикальные нагрузки на анкерные устройства для восприятия распора и на пилоны. Пилоны передают нагрузку от несущего кабеля на фундаменты. Кабель и подвески от действия постоянных и временных вертикальных нагрузок растягиваются и поворачиваются, испытывая большие продольные деформации, что приводит к прогибам моста. Нормативное значение прогиба балки жесткости достигается увеличением поперечного сечения балки жесткости, что приводит, например, для пролетов больше 1,0 км к значительному весу стальных конструкций моста. Увеличение поперечного сечения балки жесткости приводит к ее нормативным прогибам.
Достоинство известного висячего моста заключается в возможности перекрывать значительные пролеты.
Недостаток известного висячего моста заключается в высокой материалоемкости для обеспечения нормальной деформативности при несимметричных формах нагружения пролетных строений большой длины. Это обусловлено большими продольными деформациями и кинематическими перемещениями подвесок и кабеля, для компенсации которых увеличено поперечное сечение балки жесткости.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является висячий мост с тремя пролетами, позволяющий перекрывать пролеты с максимальной длиной до 2 км, (Проектирование металлических мостов: учеб. / А.А.Петропавловский [и др.]; под ред. А.А.Петропавловского. - М.: Транспорт, 1982. С.240, рис.7.5).
Висячий мост содержит неразрезную балку жесткости, предназначенную для восприятия временной вертикальной нагрузки, несущий кабель, тяги, предназначенные для соединения балки жесткости с несущим кабелем, анкерные устройства для восприятия распора кабеля и пилоны, предназначенные для передачи вертикальной и горизонтальной нагрузки от кабеля на фундаменты.
Балка жесткости выполнена с боковыми и центральным пролетами, каждый из которых посредством тяг соединен с несущим кабелем и поддерживается двумя плоскостями тяг.
Несущий кабель состоит из трех криволинейных ветвей. Несущий кабель расположен сверху от балки жесткости, при этом минимальная длина тяги равна 0 (подвеска нулевой длины). Средняя ветвь в среднем узле закреплена с балкой жесткости.
Несущий кабель по концам закреплен с анкерными устройствами для восприятия распора, а в опорных промежуточных узлах соединен с верхней частью стоек пилона.
В качестве тягов использованы тросовые (растянутые) подвески. По фасаду моста тросовые подвески выполнены вертикальными или наклонными.
В качестве анкерного устройства для восприятия распора кабеля использованы анкерные фундаменты в распорных висячих мостах.
Висячий мост работает следующим образом.
Временная вертикальная нагрузка воспринимается балкой жесткости и посредством тяг передается на несущий кабель. Несущий кабель передает горизонтальные и вертикальные нагрузки на анкерные устройства для восприятия распора и на пилоны. Пилоны передают нагрузку от несущего кабеля на фундаменты. Кабель и подвески от действия постоянных и временных вертикальных нагрузок растягиваются и поворачиваются, что приводит к прогибам моста. Нормативное значение прогиба балки жесткости достигается увеличением поперечного сечения балки жесткости, что приводит, например, для пролетов больше 1,0 км к значительному весу стальных конструкций моста. Увеличение поперечного сечения балки жесткости приводит к ее нормативным прогибам.
Устройство моста с подвеской нулевой длины, во-первых, приводит к уменьшению длины всех остальных подвескок, во-вторых, препятствует горизонтальным перемещениям несущего кабеля и снижает деформативность моста.
Оба фактора влияют на снижение материалоемкости моста при несимметричных формах нагружения пролетных строений большой длиной, что является достоинством известного висячего моста.
Однако материалоемкость моста для обеспечения нормальной деформативности при несимметричных формах нагружения пролетных строений большой длины и деформативность остаются повышенными, что обусловлено наличием больших деформаций, накопленных в подвесках и кабеле моста.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке висячего моста с низкой материалоемкостью и деформативностью за счет снижения деформаций, накопленных в тягах и кабеле моста.
b
1
Для решения поставленной задачи в висячем мосте, содержащем неразрезную балку жесткости с тремя пролетами, предназначенную для восприятия временной вертикальной нагрузки, несущий кабель, тяги, предназначенные для соединения балки жесткости с несущим кабелем, анкерные устройства для восприятия распора кабеля и пилоны, предназначенные для передачи вертикальной и горизонтальной нагрузки от кабеля на фундаменты, при этом каждый пролет балки жесткости посредством тяг в виде подвесок соединен в каждой плоскости подвешивания с несущим кабелем, который по концам закреплен с анкерным устройствами для восприятия распора, и в опорных промежуточных узлах соединен с верхней частью стоек пилона, консольные части центрального пролета балки жесткости с несущим кабелем соединены посредством тяг в виде подвесок, а средняя его часть - посредством тяг в виде стоек, расположенных ниже балки жесткости, причем длина средней части балки жесткости, соединенной с несущим кабелем стойками, соотносится с длиной боковых пролетов моста, как L/L=(1-3).
b
b
Заявляемая полезная модель отличается от наиболее близкого по технической сущности известного решения тем, что средняя часть центрального пролета балки жесткости L, выбранная из интервала (1-3)L, соединена с несущим кабелем посредством стоек, расположенных ниже балки жесткости. Наличие новых существенных признаков в устройстве и новой взаимосвязи элементов устройства свидетельствуют о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности полезной модели «новизна».
Соединение центрального пролета балки жесткости с несущим кабелем не только посредством подвесок, но и стоек, образует нижнюю и верхние ветви несущего кабеля, что приводит к снижению деформаций, накопленных в подвесках и кабеле моста, и, как следствие, к уменьшению его материалоемкости.
На фигуре представлена схема висячего моста, подтверждающая работоспособность и «промышленную применимость» полезной модели.
Висячий мост с тремя пролетами содержит неразрезную балку жесткости 1, предназначенную для восприятия временной вертикальной нагрузки, несущий кабель 2, подвески (тяги) 3 и стойки (тяги) 4, предназначенные для соединения балки жесткости 1 с несущим кабелем 2, анкерные устройства 5 для восприятия распора кабеля 2 и пилоны 6, предназначенные для передачи вертикальной и горизонтальной нагрузки от кабеля 2 на фундаменты 7.
1
a
a
1
Балка жесткости 2 выполнена с боковыми 8 и центральным 9 пролетами. Боковые пролеты 8 длиной L соединены с несущим кабелем 2 посредством тяг в виде подвесок 3. Консольные части 10 центрального пролета 9 балки жесткости 1 соединены с несущим кабелем 2 посредством тяг в виде подвесок 3. Длина L каждой консольной части 10 центрального пролета 9 балки жесткости 1 равна длине бокового пролета L=L балки жесткости 1.
b
b
a
Средняя часть 11 центрального пролета 9 балки жесткости 1 соединена с несущим кабелем 2 посредством тяг как в виде стоек 4, которые расположены ниже балки жесткости 1. Длина L средней части 11 балки жесткости 1 соотносится с длиной боковых пролетов моста, как L/L=(1-3).
Подвески 3 и стойки 4 по фасаду моста выполнены вертикальными или наклонными и установлены в двух плоскостях.
Несущий кабель 2 по концам закреплен с любым известным анкерными устройствами 5 для восприятия распора, а в опорных промежуточных узлах соединен с верхней частью стоек пилона 6. Таким образом, несущий кабель 2 состоит из трех криволинейных ветвей.
Части кабеля 2, соединенные с боковыми пролетами 8 балки жесткости 1, расположены выше балки жесткости 1, части кабеля 2, соединенные с консольными частями 10 центрального пролета 9 балки жесткости 1, также расположены выше балки жесткости 1, а средняя часть 11 центрального пролета 9 балки жесткости 1 расположена снизу балки жесткости 1.
Части кабеля 2, расположенные выше балки жесткости 1, составляют верхнюю ветвь несущего кабеля 2, а часть кабеля 2, расположенная ниже балки жесткости 1, составляет нижнюю ветвь несущего кабеля 2. Наличие нижней и верхних ветвей несущего кабеля 2 обеспечивает езду посередине для висячего моста.
В местах объединения нижних и верхних ветвей несущего кабеля 2 для ограничения горизонтальных перемещений он может быть закреплен непосредственно с балкой жесткости 1.
В качестве анкерного устройства 5 для восприятия распора кабеля используются анкерные фундаменты в распорных висячих мостах или распорки в виде балки жесткости 1 в безраспорных висячих мостах.
Известный мост позволяет перекрывать пролеты с максимальной длиной до 2.5 км.
Висячий мост работает следующим образом.
Временная вертикальная нагрузка воспринимается балкой жесткости 1 и передается посредством подвесок 3 на верхние ветви и стоек 4 на нижнюю ветвь несущего кабеля 2. Образование нижней ветви несущего кабеля 2 приводит к перераспределению нагрузки на балку жесткости 1 в пределах средней части 11 центрального пролета 9 и, как следствие, к увеличению жесткости моста в целом. В результате прогибы моста приближаются к нормативным значениям при оптимальном поперечном сечении балки жесткости 1 и небольшой материалоемкости моста, что исключает дополнительное увеличение поперечного сечения балки жесткости 1 и материалоемкости моста.
Несущий кабель 2 передает горизонтальные и вертикальные нагрузки на анкерные устройства 5 для восприятия распора и на пилоны 6. Пилоны 6 передают нагрузку от несущего кабеля 2 на фундаменты 8.
Одновременное наличие стоек 4 и подвесок 3 в системе тягов обуславливает уменьшение их суммарной длины и длины несущего кабеля, что снижает накопление в них деформаций и уменьшает деформативность моста.
Наличие в системе моста помимо растянутых подвесок 3 средней части 11, поддерживаемой сжатыми стойками 4, уменьшает суммарную потенциальную энергию деформации всего моста, что обуславливает его большую устойчивость.
b
b
a
Выбор длины L средней части 11 балки жесткости 1 в пределах L/L=(1-3) обеспечивает рациональную длину центрального пролета 9.
b
a
Выбор длины L средней части 11 балки жесткости 1 меньше L обеспечивает нерациональную длину центрального пролета 9.
b
a
Выбор длины L средней части 11 балки жесткости 1 больше 3L обеспечивает нерациональную длину центрального пролета 9.
Использование заявляемого висячего моста позволяет при снижении по сравнению с прототипом суммарной длины подвесок и стоек на 40-50%, а длины несущего кабеля на 4,5-5%, обеспечить его нормальную деформативность при уменьшении материалоемкости на 25-30%.