Архитектурные качества арочных мостов

Превосходные архитектурные качества и большая перекрывающая способ­ность арочных мостов в определенных условиях делают их рациональными и экономически более целесообразными по сравнению с другими тектонически­ми системами. В частности, арочные мосты с ездой поверху выгодно возводить через горные реки и ущелья. Над равнинными реками применяют другой вид арочных пролетных строений - с ездой понизу. В этом случае проезжая часть подвешивается к аркам.

В некоторых случаях концы арок соединяют затяжкой, воспринимающей распор и облегчающей работу опоры. В арочных мостах, с ездой посередине, проезжая часть находится в средней части пролета, ниже арки, а у опор - выше. Стремление уменьшить горизонтальное давление арок на опо­ры привело к созданию особой разновидности мостов - арочно-консольных. В них концы полуарок, примыкающих к опоре, соединяются в уровне проезжей части затяжкой из тросов, воспринимающей распор.

Наиболее простой вид арочного моста - сплошные своды прямоугольного сечения. Другой вид арочного моста это устройство отдельных арок, которые связываются друг с другом распорками. Сечение арок при незначительных про­летах прямоугольное, а при больших - двутавровое или коробчатое. Варьируя пропорциями, ритмом арок и конструкцией надарочного строения до настояще­го времени удалось создать большое количество арочных мостов, отличающие­ся как по форме, так и по их конструктивному решению.

Среди арочных железобетонных мостов 1930 гг., особое внимание заслужи­вает виадук Рорбахталь на автодороге, соединяющей Штутгарт с Франкфур­том-на-Майне (рис. 6.70). Форма арок моста имеет параболическое очертание, что наиболее полно соответствует кривым давления от его собственного веса. Виадук мастерски вписан в профиль пересекаемой им долины. Пролеты его арок гармонично согласованы с высотой виадука: по мере увеличения высоты они плавно нарастают к середине долины, но шаг стоек остается постоянным по всей длине виадука.

Оригинальностью композиционного замысла отличается мост через Влатаву в Чехословакии (рис. 6.71). Высокие стойки надарочного строения в крайних частях главного пролета потребовали бы большого расхода материалов. Чтобы избежать этого и в то же время максимально унифицировать конструкцию мос­та, авторы проекта скомпоновали крайние участки надарочного строения глав­ного пролета в виде арок, повторяющих конструкцию арок боковых пролетов. Этот необычный прием усилил композиционную взаимосвязь центральной час­ти моста с подходами и в то же время придал сооружению подчеркнуто индиви­дуальный архитектурный облик. Благодаря сочетанию в одной композиции арок одинаковых форм, но разных размеров, крупный масштаб моста ощущается осо­бенно наглядно и убедительно.

Одним из выдающихся произведений архитектуры 1930-х гг. заслуженно счи­тается мост через Сену у Ларош - Гюйон. Равнинный характер реки продикто­вал выбор арки с ездой посередине. Силуэт моста органично вписан в ланд­шафт, а удачно принятые пропорции арок четко воспринимаются на фоне неба и низких берегов.

Применение пологих арок при столь значительном пролете (161 м) было сме­лым техническим решением. Плавно изогнутые арки внесли в облик моста ощу­щение динамического прыжка, которое более усиливается четкой горизонта­лью проезжей части и композицией устоев моста, завершенные легкой железо­бетонной эстакадой.

Гармоническое сочетание целесообразности и эстетической выразительно­сти позволяет рассматривать мост Ларош - Гюйон как одно из лучших вопло­щений принципов дизайна в архитектуре мостов (рис. 6.72). Его облик - законо­мерный итог того процесса эстетического осмысления конструкции, в результа­те которого, по выражению 3. Гидиона, «конструкция становится выразитель­ной, конструкция становится формой».

Одна из самых блистательных страниц в истории западноевропейского мосто­строения 1920-1930-х гг. - творчество выдающего швейцарского инженера Робер­та Майара. Развивая свою концепцию «целостной конструкции» Майар разрабо­тал новый тип железобетонных пролетных строений, представляющих собой ком­бинацию из жесткой балки и «гибкой» подпружной арки (рис. 6.73).

Мощная балка и более тонкая арка образовали в совокупности пространствен­ную систему, работающую как единое целое. Необычное сочетание широкой горизонтальной полосы балки со сравнительно тонкой аркой придало силуэтам этих мостов особую стройность. Впервые применив свою новую систему в 1925 г. при сооружении моста Андеер в Швейцарии, Майар затем использовал ее в целой серии мостов и путепроводов. Среди них наибольшей известностью пользу­ется мост через ущелье Швандбах, расположенный на закруглении дороги.

В 1930-х гг. Майар возводит серию железобетонных мостов (рис. 6.74), явля­ющихся дальнейшим развитием того типа трехшарнирной пространственной арочной конструкции, который был применен им впервые в 1905 г. при сооруже­нии моста через Рейн. Первым в этой серии был мост через глубокое ущелье Салгинатобель (1929-1930 гг.).

Он производит исключительно сильное эстети­ческое впечатление, хотя форма моста всецело продиктована конструктивными соображениями. Этот мост отличается не только высоким техническим совер­шенством конструкции, но и предельной художественной законченностью фор­мы. В последующих мостах Майар максимально упростил трехшарнирную ароч­ную конструкцию, приняв вместо традиционного криволинейного очертания арки, стрельчатую форму.

В послевоенный период конструкции и архитектурные формы железобетон­ных мостов стали более разнообразными. К этому времени были получены бе­тоны достаточно высокой прочности, повысилась прочность арматурной стали, совершенствовалась методика расчета железобетонных конструкций. Всё это помогало мостостроителям воплотить самые разнообразные архитектурно - художественные и конструктивные замыслы. Даже такая старая конструктивная система, как арка, у современного зодчего порой приобретает совершенно осо­бую, новаторскую форму. Это достаточно хорошо можно проследить на приме­ре реконструкции моста №2 через канал р. Неккер (приток Рейна). Новый мост был построен на сохранившихся опорах старого. На первый взгляд между ста­рым и новым мостами много общего: их центральные пролеты перекрыты трех­шарнирными арками, а боковые - балками (рис. 6.75).

Строгие и спокойные формы старого моста типичны для архитектуры 30-х годов. Новый мост при всей строгости своего облика обладает более динамич­ным силуэтом: это качество придают ему и точечное опирание арок на устои, и небольшая высота арки в центре пролета (1/60 пролета), и более стройные про­порции балок боковых пролетов, и, главное, динамичный ритм наклонных ли­ний, который стал лейтмотивом его архитектурной композиции.

В поисках более рациональных конструктивных решений и новых средств эстетической выразительности некоторые инженеры стали отходить от шаблон­ных компоновок. Примером может служить мост «Зембранхер» в Швейцарии (рис. 6.76), в котором вертикальные элементы надарочного строения несиммет­ричные, сужающиеся кверху. Аналогичный тип опор применен и в эстакадах подходов, что усилило композиционное единство сооружения.

Экономические преимущества сборных железобетонных балок и удобство их монтажа привели к появлению арочных мостов без надсводных стоек. Эту новую тенденцию в компоновке арочных мостов иллюстрирует виадук, пересе­кающий долину р. Вейлино в Италии. Конструкция виадука рациональна, но обилие членений на поверхности опор, балок и арок и разнохарактерность их форм придают сооружению несколько беспокойный характер.

Арочные железобетонные мосты через р. Сторме в Южной Америке и через р. Фиумарелла в Италии, возведенные по проекту Моранди, заслуживают вни­мания как интересные попытки отойти от шаблонных решений, и найти новые приемы компоновки надарочного строения (рис. 6.77). Наклонные стойки моста через Сторме придали силуэту моста весьма оригинальный характер. Наклонные стойки береговых эстакад перекликаются со стойками надарочного строе­ния, придавая всей композиции единство ритма и стиля.

Мост через Сторме имеет пролет 231 м. Проезжая часть моста и над аркой, и на подходах поддерживается наклонными стойками. Как и в предыдущем при­мере, эта особенность сооружения продиктована главным образом эстетически­ми соображениями, но в то же время имеет и определенный инженерный смысл, ибо наклонные стойки позволили сократить количество фундаментов в эстака­дах проходов.

Интересной особенностью моста является размещение пят арок на мощных консолях. После завершения бетонирования пролетного строения пятовые шарниры были замоноличены. Арки имеют коробчатое сечение. Высо­та и ширина сечения арок меняются от 2 и 4 м в ключе до соответственно 6,5 и 9,5 м у пят. Слегка наклонные арки, расположенные под небольшим углом друг к другу, улучшают поперечную устойчивость сооружения.

Стремление зрительно облегчить массу моста проявилось и в компоновке железобетонных арочных мостов с ездой понизу. Для максимального раскрытия интерьера моста пришлось отказаться от массивных железобетонных подвесок, заменив их тонкими стальными, и от верхних ветровых связей. Примером тако­го решения может служить мост «Канада» во Франции (рис. 6.78). Проезжая часть этого моста поддерживается двумя, относительно пологими (f/l=l/6), бес­шарнирными арками коробчатого сечения и не имеют верхних ветровых связей.

При столь значительном пролете (153 м) это было смелым техническим реше­нием. Необходимая устойчивость арок обеспечивается мощными распорками, размещенными под проезжей частью в местах ее пересечения с арками. Тонкие стальные подвески, расположенные через 6,54 м, оставляют раскрытым инте­рьер проезжей части моста.

Среди отечественных арочных мостов с ездой поверху один из самых круп­ных — городской мост через Енисей в Красноярске, построенный в 1961 году (рис. 6.79). Главное русло было перекрыто пятью сборными трехшарнирными железобетонными арками пролетом по 150 м каждая. Проезжая часть моста шириной 24,1 м опирается на две арки, поперечное сечение которых 3,2x7,3 м. Арки изготавливали на берегу в виде полусводов, перекрывающих половину пролета.

В отечественных железнодорожных арочных мостах с ездой поверху наиболь­шее применение нашли арки с коробчатым поперечным сечением. Такие сече­ния назначают при пролетах 100 и более метров. Арочные мосты с ездой поверху имеют положительные качества, в таких системах появляется возможность вовле­чения в работу свода и надсводной конструкции. В указанных конструкциях сис­тема продольных и поперечных стенок (диафрагм) связывает свод с плитой про­езжей части в одно сечение (рис. 6.80).

Пояса коробки получаются тонкими, что дает экономию материала. Главный недостаток - отсутствие швов расширения, в результате чего над пятами свода возникают трещины, вызывающие коррозию арматуры и сокращение срока служ­бы моста.

Дальнейшим развитием этой системы, устраняющей указанные недостатки, являются дисковые арки (рис. 6.81). Их устраивают трехшарнирными, и над все­ми тремя шарнирами имеются швы расширения. Арки не имеют нижней плиты и сечение их П-образное. Дисковые арки экономически целесообразны для сред­них величин пролетов, составляющих 30...50м.

Система, аналогичная дисковой, применяется для покрытия более значитель­ных пролетов (рис. 6.82). Трехшарнирный ребристый свод состоит из нижней плиты и вертикальных продольных ребер. Наибольшая высота ребер находится в четвертях пролета, что для трехшарнирной арки наиболее целесообразно. В средней части пролета свод коробчатого сечения, причем верхний пояс коробки - плита проезжей части. Промежуток между четвертью пролета и опорой пере­крывают или разрезной балкой, или обычной надсводной эстакадой.

Пример моста с ездой поверху приводится на рис. 6. 83. Вовлечение проезжей части в работу главного пролетного строения осуще­ствляют также в комбинированной системе из гибкого свода и балки жесткости. Вследствие своей малой толщины свод воспринимает только сжимающие уси­лия, изгиб же воспринимает железобетонная балка жесткости. Такая система экономична для средних величин пролетов (до 60 м).

Мосты с пролетным стро­ением в виде гибкого свода, расположенного ниже балки жесткости, в России не получили широкого распространения. Сборный, предварительно напряженный, мост такого типа пролетом 60 м был построен в Грузии (рис. 6.84). Высота балки жесткости 1,6 м при ширине полки 60 см и толщине стенки 18 см. Арка имеет высоту сечения 35 см при ширине 80 см и отношении высоты арки к про­лету 1/30. Своды преимущественно работают на сжатие. Арочные изгибающие моменты и поперечные силы воспринимаются балками жесткости.

В том случае, когда необходимо уменьшить строительную высоту устраива­ют арочные мосты с ездой понизу или посередине. В этих мостах распор, воз­никающий в арке, воспринимается затяжкой. Возможны два типа поперечных сечений железобетонных затяжек. Первый тип, это когда вся арматура, воспри­нимающая распор, помещена в затяжке, а второй, - когда плита проезжей части опирается только на поперечные балки. В этом случае продольная арматура про­езжей части одновременно воспринимает и изгибающие моменты и распор.

При устройстве сквозных поперечных швов во всей нижней конструкции получают арку без затяжки, передающую распор к опорам. Для понижения по­ложения распора целесообразно устраивать езду посередине (рис. 6.85).

В некоторых арочных мостах часть моста проектируют с ездой поверху, а другую часть - посередине (рис. 6.86).Такая компоновка моста целесообразна в том случае, когда требуется перекрыть русловую часть моста одним пролетом.

Примером арочного железнодорожного моста с ездой посередине является мост через р. Оку, который был сооружен в 1961 году (рис. 6.87). Мост имеет четыре центральных пролета по 150 м каждый. Это был первый в мире сборный арочный железнодорожный мост, перекрывающий такие большие пролеты. Арки имеют коробчатое сечение, которые собирались из плоских плит на специаль­ных металлических подмостях - кружалах. Особенностью технологии их сбор­ки является то, что они по мере сборки включались в работу совместно с кружа­лами. Эстакадная часть моста перекрыта арочными пролетными строениями с ездой поверху (пролеты около 60 м). Мост через Оку имеет громадный, выразительный силуэт. Его мощные арки читаются очень эффектно на фоне окружаю­щего равнинного ландшафта.

В 1966 г в Киеве был построен двухъярусный мост через р. Днепр. Это круп­ный арочно-консольный мост под совмещенное движение автомобильного транс­порта и метрополитена (рис. 6.88). Он имеет судоходные пролеты по 117 м и боковые от 40 до 80 м. В верхнем ярусе по оси моста расположена двухпутная эстакада метро, в нижнем по обеим сторонам эстакады проезжая часть шириной по 8 м для автомобильного движения и тротуары по 1,5 м. Арки моста имеют поперечное сечение 2,4x3,65 м. Расстояние между арками 12,35 м. Опирание полуарок на опоры осуществлялось через стальные пятовые шарниры. Очерта­ние оси арок принято по кривой давления от постоянной нагрузки. Распор арки воспринимается плитой проезжей части нижнего яруса.

В 30-х годах XX в. было построено значительное количество арочных мостов, которые в настоящее время требуют модернизации как в части пропускной спо­собности, так и в части несущей способности. Ярким примером такой ре­конструкции может служить железобетонный мост, пересекающий пролив Фарджунд шириной 130 м и глубиной 20...30 м (Финляндия). До реконструкции мост имел ширину 6,3 м. Он хорошо вписался в окружающий ландшафт, но имел недостаточную для современного моста ширину и несущую способность.

Основные исходные требования при реконструкции сводились к следующе­му:
- по возможности сохранить существующий внешний вид моста и его распо­ложение;
- расширить проезжую часть до двух полос движения, и предусмотреть по одну сторону моста полосу для пропуска легкового транспорта.

Было решено соорудить дополнительные арки по обе стороны от существу­ющей. Новые арки и новые стойки надарочного строения предполагалось объе­динить с существующими в единую несущую конструкцию. Намеченное было выполнено, а также удалось в значительной степени улучшить функциональные возможности моста и сохранить в первозданном виде его внешний облик (рис. 6.89).

Дальнейшее развитие конструкций арочных мостов связано с использовани­ем новых высокопрочных материалов. Примером может служить разработан­ный во Франции проект крупнейшего арочного моста (Хорватия) из принципи­ально нового строительного материала на основе портландцемента (рис. 6.90). При достаточно высокой вязкости его прочность на сжатие достигает 200....800 МПа.

Микроструктура этого бетоноподобного материала специально оптими­зирована путем высокоточного подбора фракций всех составляющих исходных материалов (фракции мельче 0,8 мм) для получения максимально возможной плотности. Новый материал, получивший название «реактивный порошковый бетон» RPC, обладает уникальными характеристиками: его пористость в 4....5 раз меньше, микропористось в 10...30 раз меньше, водопоглащение в 50 раз ниже, а скорость распределения ионов хлора в 25 раз меньше, чем у обычного бетона.

Широкое внедрение нового материала позволит значительно изменить гео­метрические параметры железобетонных пролетных строений. Был разработан проект бесшарнирного арочного моста через пролив Бакар с применением это­го бетона (рис. 6.90). Его расчетные характеристики были следующие: проч­ность на сжатие-200 МПа; на изгиб 40 МПа; модуль упругости - 51 000 МПа; при полном отсутствии усадки и деформации ползучести составили всего 5% от ана­логичных деформаций обычного бетона.

Пролет арки составляет 432 м при стреле подъема 72 м (f/l=l/6). Попереч­ное сечение сборной арки и балки надарочного строения представляют собой трехсекционную железобетонную коробку обтекаемого очертания, стойки нада­рочного строения прямоугольного сечения. Арки и балки будут собираться из отдельных блоков длиной 3,8 м и толщиной стенок 12 см.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 1. Архитектура гражданских и промышленных зданий: Учебник для вузов. В 5-ти т./Моск. инж.-стрит. ин-т им. В.В. Куйбышева; Под общ. ред. В.М. Предте- ченского. -М.: Стройиздат, 1975 -Т-I. Н.Ф. Гуляницкий История архитектуры. 2 -е изд., перераб, 1978. 255 с.

2. Всеобщая история архитектуры в 12 томах /Под общ. ред. А.В. Власова, Н.Я. Колли, Н.В. Баранова. 1966-1977.

3. Глазычев В.Л. Архитектура: Энциклопедия / В.Л. Глазычев; ъудож. С.К. Чураков,- М.: ИПЦ «Дизайн.Информация. Картография»: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2002. 672 с.

4. Искусство / Пер. А. Голосовой, Н. Аронова, - М.: ЗАО «Премьера», ООО «Издательство Астрель», ООО «Издательство АСТ», 2001.304 с.: ил. (Энцикло­педия знаний).

5. История искусства. Первые цивилизации. - Пер. с исп. - М.: ЗАО «Бета- Сервис», 1998. 220 с.

6. Крыльцов Е.И., Попов О.А., Файншттейн И.С. Современные железобетон­ные мосты. М.:Стройиздат, 1974. 416 с.

7. Пунин А.Л. Архитектура современных зарубежных мостов. Л.: Стройиз­дат, 1974. 150 с.

8. Пунин А.Л. Архитектура отечественных мостов. - Л.: Стойиздат, Лннингр. отд-ние, 1982. 152 с., ил.

9. Щусев П.В. Мосты и их архитектура. М.: Гос. издательство литературы по строительству и архитектуре, 1953 357 с.