Балочные мосты. Композиция и примеры

В 1920-1930-х гг. значительное количество мостов и путепроводов возводи­ли из железобетона. Этому во многом способствовало внедрение Э. Фрейсине предварительно напряженных конструкций и достижение значительных успе­хов, практически во всем мире, в области исследования железобетонных конст­рукций как обычных, так и предварительно напряженных. Строительство ба­лочных мостов в эти годы значительно увеличилось, их пролеты возросли, а пропорции стали более стройными. Распространение балочных мостов стиму­лировалось не только их экономичностью, но и свойственной им строгостью, простотой их геометрических форм.

Дальнейшее развитие получили консольно-балочные железобетонные мос­ты (рис. 6.50). Хорошими пропорциями обладал, например, мост через Сену в Париже, средний пролет которого 78 м был рекордным для балочных железобе­тонных мостов, построенных до второй мировой войны.

В послевоенный период железобетон стал основным строительным материа­лом как в Европе, так и на территории бывшего СССР. Это связано, главным обра­зом, с большим дефицитом металла. Железобетон почти вытеснил стальные кон­струкции в пролетных строениях малых и средних мостов и успешно конкурирует со сталью в балочных мостах с пролетами до 120-140 м.

Эволюция железобетонных мостов в послевоенный период предопределяет­ся все более широким применением предварительно напряженного железобето­на, развитием производства сборного железобетона и совершенствованием тех­нологии возведения железобетонных пролетных строений.

Первыми предварительно напряженный железобетон в широких масштабах стали использовать французские мостостроители, где успешно трудился один из основоположников предварительно напряженного железобетона Фрейсине. Затем он распространился в Великобритании, Германии, Италии и других евро­пейских странах.

Предварительное напряжение железобетона заметно изменило пропорции пролетных строений, т.к. значительно при этом уменьшаются размеры попереч­ного сечения. Так, конструктивная высота пролетного строения моста «Гёте» (Германия), построенного 1952 г., при пролете 32 м составила всего 1,12 м, т.е. 1/29 длины пролета. При использовании неразрезных, консольных и рамных систем удавалось придать пролетным строениям из предварительно напряжен­ного железобетона исключительно смелые и стройные очертания, доведя высо­ту конструкций до 1/50-1/60 от величины пролета.

В послевоенное время увеличилась доля сборного железобетона в общем объеме железобетонных конструкций. Особенно рациональным сборный желе­зобетон оказался при строительстве длинных многопролетных балочных мос­тов. Так, мост длиной 38-километров в США, состоящий из 2215 пролетов по 17 м, перекрытых сборными железобетонными балками, был сооружен всего за полтора года.

Балочные пролеты остаются наиболее распространенными и в современных железобетонных мостах. При небольших пролетах (10-30 м) используются глав­ным образом разрезные балки из сборного железобетона. Балочные - разрезные системы имеют ряд важных преимуществ перед другими системами. Прежде всего, они отличаются определенностью статической работы, однотипностью частей, простотой изготовления и монтажа, что в большой степени отвечает тре­бованиям индустриализации строительства. При слабых грунтах разрезные ба­лочные системы с пролетом до 30 м наиболее приемлемы как системы, менее чувствительные к неравномерным осадкам.

Основой массового строительства железобетонных мостов с пролетами до 42 м служат типовые пролетные строения и стандартность их сборных элемен­тов (изделий) заводского изготовления. Стандартными элементами являются изготавливаемые на заводе плиты и ребристые балки, предназначенные для ти­повых пролетных строений (рис. 6.51 и 6.52).

При больших пролетах более целесообразными оказываются консольные и неразрезные балки как из монолитного, так и из сборного железобетона. Нижнему поясу неразрезных многопролетных балок чаще всего придают криволинейные очертания, соответствующие эпюре изгибающих мо­ментов. Такие мосты обладают спокойными, плавными силуэтами и довольно легко вписываются как в городской, так и сельский ландшафт.

Однако они ме­нее технологичны по сравнению с балками с параллельными поясами. По этой причине балки с параллельными поясами нашли более широкое использование. Такая форма балок с позиции её статической работы экономически менее целе­сообразна, однако облик моста при этом приобретает особую строгость и лако­ничность.

Сравнивая два моста с разными очертаниями нижнего пояса легко заметить, как разное очертание нижнего пояса способно придать облику моста ту или иную эмоционально-эстетическую окраску (рис. 6.53).

Композиция верхнего моста построена на ритме закругленных линий. Незна­чительному изгибу проезжей части соответствует криволинейное очертание ниж­него пояса балок. Легко расширенные вниз закругленные опоры придают им зри­тельную устойчивость, а небольшой карниз акцентирует точки опирання балки. Плавные формы моста придают ему ощущение спокойного равновесия пролет­ных строений.

Пролетное строение нижнего моста представляет собой иеразрезную балку из предварительно напряженного железобетона. Композиция же второго моста решена на жестком ритме прямых линий и прямых углов. Плоские стены опор строго вертикальны: у них нет ни карниза, ни традиционного утолще­ния книзу. Здесь сознательно акцентируется горизонталь балки, ограничив балку двумя строго горизонтальными линиями, довольно большой высоты (4,1 м или 1/ 17 длины пролета). Высота пролетного строения более чем в два раза превышает толщину опор по фасаду, а это подчеркивает доминирующую роль балки в абри­се моста.

Рассматриваемые мосты близки по конструкции: их пролеты перекрыты же­лезобетонными балками. Однако и ритмическое построение, и композиционно ­пластическое решение их различны. И, в итоге, архитектурно художественный образ каждого моста приобретает свои, индивидуальные особенности.

Близкие по архитектурному образу с мостами из балок с параллельными по­ясами имеют монолитные мосты, которые в настоящее время находят широкое использование в отечественном мостостроении. Пролетное строение таких мо­стов представляет собой неразрезную предварительно напряженную балку тав­рового сечения из монолитного предварительно напряженного железобетона (рис. 6.54,6.55).

Такие мосты, несмотря на массивное поперечное сечение пролетно­го строения, выглядят достаточно легкими и ажурными. Такие качества мостов достигаются достаточно малой высотой свесов таврового сечения, на которых размещаются тротуары. В солнечную погоду тень от свесов, падая на наклон­ные стенки ребра, зрительно уменьшают высоту пролетного строения, от этого оно кажется легким как бы парящим над препятствием.

В формировании архитектурной композиции балочного моста важную роль играют и абрис пролетного строения, и форма опор. В последнее время в балоч­ных мостах и путепроводах наряду с традиционными опорами используются цилиндрические, V и Т-образные. Такие опоры, расширяющиеся снизу вверх, вносят в облик сооружения особый динамический ритм. Обычно этот эффект наклонных линий усиливается приданием наклона стенкам балок. Этот прием был использован, в частности, при строительстве моста через Сену в Париже, в створе Периферийного бульвара (рис. 6.56). Композиция моста пронизана еди­ным ритмом наклонных граней и косых углов. Наклонные линии стенок пролет­ных строений как бы продолжают очертания опор, имеющих форму усеченной пирамиды. Такая компоновка опор из четырех отдельно стоящих столбов под­черкивает тектоническую структуру пролетного строения и зрительно облегча­ет силуэт самого моста.

При сооружении длинных мостовых переходов нередко приходится компо­новать мост из пролетных строений различных типов. Особенно часто в совре­менной практике русловая часть моста перекрывается балкой с длинным глав­ным пролетом, а боковые пролеты - более короткими балками. В этом случае следует композиционно объединить всё сооружение, создав впечатление непре­рывной «ленты» балок, пронизанные единым движением.

Этот прием был использован Ф. Леонгард при проектировании моста «Цигельхаузен» через р. Неккар в Германии (рис. 6.57). Мост состоит из двух час­тей: русловой, перекрытой трехпролетной неразрезной балкой, и правобереж­ного подхода, представляющего собой двухпролетную неразрезную балку. Трех­пролетная балка русловой части обычна по форме. Двухпролетная неразрезная балка подхода скомпонована довольно оригинально: её средняя опора сдвинута вправо, а сама балка не имеет традиционного вута - она ограничена двумя пря­мыми линиями, при этом её высота плавно меняется от 1,6 до 1,9 м.

Такая компоновка двухпролетной неразрезной балки противоречит статичес­кой работе, но зато имеет большой архитектурно—художественный смысл: ли­нии её поясов расходятся, образуя силуэт, гармонично согласованный и с неоди­наковой величиной пролетов, и с постепенным увеличением высоты моста над поверхностью земли.

В поисках экономических и архитектурно-выразительных решений инжене­ры обратились к железобетонным балкам консольного типа. Такая система об­ладает гораздо большей перекрываемой способностью. В этих мостах один ко­нец балки заходит в смежный пролет, образуя консоль (рис. 6.58). Соседние кон­соли или соединяют шарниром, или подвешивают на них обычное балочное про­летное строение, называемое «подвесным». По сравнению с обычной однопро­летной балкой, балочно-консольная конструкция моста имеет важное преиму­щество.

При строительстве балочно-консольного моста консоль легко удлинить, «под­весив» к ней дополнительный блок и «прижав» его к уже смонтированной части конструкции напрягаемой арматурой. Консоль, при «подвешивании» дополни­тельных блоков, прогибается книзу, растянутая зона при этом образуется навер­ху, т.е. как раз там, где расположена напрягаемая арматура. Монтажные усилия в этом случае совпадают с эксплуатационными (рис. 6.59).

Одним из первых крупных мостов балочно-консольной системы был Авто­заводской мост в Москве (рис. 6.60), построенный в 1962 году. Мост имеет три пролета: два крайних по 36,4 м и средний - 148 м (схема моста: 36,4+148+36,4м). Посередине центрального пролета находится шарнирный стык консолей. Вели­чина центрального пролета определилась из условий судоходства. Длина консо­ли моста 74 м была рекордной в мировой практике, а по величине центрального пролета он и сейчас входит в число крупнейших железобетонных мостов балоч­но-консольной системы.

Боковые пролеты моста служат путепроводами развязки над проездами вдоль набережной. Соотношение размеров центрального и боковых пролетов, вызван­ное условиями судоходства, потребовало для уравновешивания консолей разме­стить за крайними опорами тяжелые противовесы, которые были использованы для закрепления предварительно напряженной арматуры.

В поперечном сечении мост состоит из четырех железобетонных коробча­тых балок; полная ширина его между перилами 42,76 м. Высота балок над опорами - 7,54 м, а у шарнира она всего -2,3 м. Нижняя поверхность балок очерчена по плавной кривой, что делает облик моста легким и стройным. Все балки моста сборные, смонтированные из отдельных блоков. Из плоских плит собирались пространственные коробчатые сечения путем сварки выпусков ар­матуры и омоноличивания бетоном мест сопряжения отдельных плит.

В 1965 г. в Москве был сооружен еще один аналогичный мост - Краснопрес­ненский (рис. 6.60). Его схема: 58,5+128+58,5 м. За крайними опорами также имелись противовесы, но арматуру натягивали и закрепляли у промежуточных опор, для чего внутри балки был сделан мощный натяжной блок. Такое решение уменьшило длину напрягаемой арматуры и на 20% сократило её расход.

Благодаря более выгодному соотношению пролетов Краснопресненский мост удалось сделать ещё более стройным, чем Автозаводской: высота его балок над опорами 6,4 м, в середине центрального пролета и у крайних опор она уменьша­ется до 2 м. Подходы к мосту решены в виде железобетонных эстакад, внутри которых размещаются многоэтажные гаражи.

Значительный интерес представляет мост через Волгу у Саратова с пролет­ным строением в виде балочно-неразрезных конструкций (рис. 6.61). Судоход­ная русловая его часть перекрыта неразрезной балкой по схеме: 106+166+166+166+106 м, остальная -однопролетными железобетонными бал­ками длиной по 70 м. Ширина моста 15 м. Вблизи опор пролетное строение русловой части сконструировано в виде сквозной фермы; участки в середине пролетов длиной 46 м имеют сплошную стенку.

Очень интересен, как иллюстрация современных тенденций в архитектуре, мост через канал р. Неккар в Австрии, построенный в 1959 г. (рис. 6.62). Его пролет, равный 96 м, перекрыт тонкой железобетонной балкой, высота сечения которой в середине пролета составляет 1/56 его длины. Секрет изящества зак­лючается в том, что массивные консоли противовесы, длина которых достигает 24,2 м, спрятаны внутри устоев. Они создают в пролетном строении изгибаю­щие моменты обратного знака, которые, накладываясь на моменты от эксплуа­тационных нагрузок, снижают суммарные усилия в пролетном строении. Про­тивовесы тщательно закрыты декоративными фасадами стенками устоев, и по­этому мост может рассматриваться как пример иллюзорной тектоники, ибо тех­ническая суть конструкции не показана зрителю.

Другая разновидность консольной системы была применена в конструкции моста через р. Траун в Австрии (рис. 6.63). Быстрое течение реки не позволило возвести промежуточные опоры, поэтому 72 м пролет решено перекрыть двумя консолями из монолитного железобетона длиной по 29,1 м каждый и балкой - подвеской из сборных блоков.

Очертания моста прорисованы так, что балки - подвески зрительно воспри­нимаются как продолжение консолей. Такой приём композиционного объедине­ния консоли и подвески создают иллюзию, что весь пролет моста перекрыт од­ной конструкцией необыкновенно изящных пропорций. Её высота в центре равна 1,2 м, что составляет 1/60 длины пролета.

Навесной метод монтажа оказался очень эффективным при строительстве мостов средних и больших пролетов, но наиболее экономически целесообраз­ным он оказался при строительстве рамно-консольных и рамно-подвесных мо­стов.

В мостах рамно-консольной системы консоли монолитно соединяются с опо­рой, образуя в совокупности с ней жесткую Т- образную раму. Концы консолей соединяются в пролете шарнирным стыком. Конструкция таких мостов предоп­ределяет и метод их монтажа: сначала сооружают опору, а затем в обе стороны от нее наращивают блоки консолей. В мостах рамно-консольного типа растягиваю­щие усилия действуют только в верхней части консолей, поэтому предварительно напряженную арматуру размещают только по верхнему поясу. Это делает навес­ной монтаж пролетных строений особенно простым и эффективным.

В поперечном сечении консоли рамно-консольных мостов обычно конструи­руют в виде замкнутых коробок, число и размеры которых определяются габа­ритом проезжей части и пролетом. В мосту через р. Волхов в Каишрах (рис. 6.64) использованы рамно-консольные пролетные строения с консолями раз­личной длины. Благодаря этому удалось получить такую схему разбивки на про­леты, при которой русло реки перекрыто наибольшим пролетом, а величина бо­ковых - постепенно уменьшается к устоям (схема моста: 22 + 44 + 84 + 124 + + 84 + 44 + 22 м). При этом использованы Т- образные рамы лишь с двумя разме­рами консолей - по 22 и 62 м.