Типы сборных элементов и систем для строительства мостов

Наиболее используемыми сборными железобетонными элементами для строительства мостов являются предварительно напряженная двутавровая балка, предварительно напряженная коробчатая балка, предварительно напряженный швеллер и пролетное строение с перекрытием. В этой статье будут рассмотрены различные типы сборных мостовых элементов и систем.

Сборные и предварительно напряженные пролетные строения из плит
Многопролетные балки
Предварительно напряженные двойные тройники и швеллеры
Предварительно напряженный перевернутый швеллер
Предварительно напряженный одинарный тройник
Предварительно напряженные двутавровые балки
Предварительно напряженные коробчатые балки
Предварительно напряженные луковичные тройники
Сегментная конструкция
Предварительно напряженные панели настила
Сборные и предварительно напряженные плиты настила
Сборный парапет
Элементы подконструкции
Сборные водопропускные трубы

Пролетные строения из сборных и предварительно напряженных плит для строительства мостов

Сборные плиты могут быть изготовлены различной ширины, глубины и длины для строительства пролетов до 15 м. Короткие пролеты могут быть обычно усилены и отлиты на простых сборных заводах, в то время как длинные пролеты обычно пустотелые и предварительно напряженные.
Сборные плиты легко изготавливать, транспортировать и монтировать. Обычно пролет сборного перекрытия составляет 3-9 м, а пролет предварительно напряженного перекрытия колеблется от 6 до 15 м. На рис. 1 показано поперечное сечение сборного пустотного и сплошного перекрытия.

Пролеты сборных и предварительно напряженных плит для строительства мостов

Многопролетные балки для строительства мостов

Многопролетные балки, как показано на рисунке 2, строятся различной длины и ширины, их пролет обычно составляет от 8 до 15 м. Сдвиг между балками передается через сварные пластины и заделанные шпонки.

Многопролетная балка для строительства мостов

Предварительно напряженные двойные тройники и каналы для строительства мостов

По сравнению со строительными конструкциями, предварительно напряженные двойные тройники и швеллеры, используемые в мостовом строительстве, имеют более высокое предварительное напряжение, более широкое полотно и более толстые фланцы. Этот тип сборных элементов мостов используется для пролетов средней длины; диапазон составляет от 6 до 18 м.
Как и в многопролетных балках, сварные пластины и заделанные шпонки передают нагрузку между балками. В качестве покрытия заливается бетон на месте, в то время как швеллеры и двойные тройники покрываются асфальтом.

Элемент двойного тройника и швеллера для мостовых конструкций

Предварительно напряженный перевернутый канал для мостовых конструкций

Этот элемент либо отливается в обычной канальной опалубке, а затем перевертывается перед установкой, либо отливается в перевернутом положении. В перевернутом положении можно строить более длинные пролеты, поскольку в нижней части балки можно обеспечить более высокое предварительное напряжение, а пролеты обычно составляют 9-24 м. Кроме того, поверхность палубы может быть достигнута путем заполнения каналов бетоном на месте.
Перевернутая тавровая балка является альтернативой предварительно напряженному перевернутому швеллеру. Они могут быть установлены рядом друг с другом, после чего сооружается сплошной элемент путем укладки монолитного бетона между полотнами тройника и над вершинами стержня. На рисунке 4 показан предварительно напряженный перевернутый швеллер.

Предварительно напряженный перевернутый канал

Предварительно напряженный элемент с одним тройником

Для строительства зданий производители используют опалубку для изготовления предварительно напряженных одиночных тройников, и та же опалубка может быть использована для отливки короткопролетных предварительно напряженных одиночных тройников для строительства мостов, но для того, чтобы выдержать большую нагрузку, необходимо обеспечить большее предварительное напряжение.
Длиннопролетные предварительно напряженные балки с одинарным тройником могут быть построены для автодорожных нагрузок. Из-за того, что балки с одним тройником неустойчивы по конструкции, на строительной площадке может произойти опрокидывание при условии, что балки не будут поддерживаться до тех пор, пока не будут заделаны шпонки и отлиты диафрагмы.
Поверхность настила и соединение между тройниками достигаются за счет укладки бетона на месте. Пролеты предварительно напряженного одиночного тройника составляют от 9 до 24 м. На рисунке 5 показаны детали предварительно напряженного одиночного тройникового элемента.

Элемент преднапряженного одинарного тройника

Предварительно напряженные двутавровые балки для строительства мостов

Стандарт ASSHTO рекомендует различные сечения предварительно напряженных двутавровых балок, которые упрощают проектирование и используются для массового производства. Сборные двутавровые балки экономичны при пролетах от 12 до 30 м и могут быть изготовлены различной глубины и ширины.
Более того, длинные пролеты могут быть получены путем соединения балок конец в конец и последующего натяжения. Установка предварительно напряженных двутавровых балок происходит быстрее, чем установка бетонных балок на месте. На рисунке 6 показаны двутавровые балки с различными поперечными сечениями.

Предварительно напряженная двутавровая балка для строительства мостов

Предварительно напряженные коробчатые балки для строительства мостов

Этот тип сборных элементов может быть изготовлен из сборных конструкций различной ширины, глубины и длины для строительства пролетов длиной от 15 до 30 м. Предварительно напряженные коробчатые балки устанавливаются рядом друг с другом, затем натягиваются в поперечном направлении, после чего на поверхность наносится слой асфальта.
Кроме того, для соединения предварительно напряженных коробчатых балок используются диафрагмы, которые располагаются близко друг к другу, а для диафрагм и настила применяется монолитный бетон.
Кроме того, разработана методика поперечного проектирования бетонных коробчатых балок без композитного покрытия. Согласно этой методике, после заделки сдвигающих шпонок необходимо использовать натяжение.
Наконец, утверждается, что такая конструкция обеспечивает более долговечное изделие. На рисунке 7 показана предварительно напряженная коробчатая балка.

Предварительно напряженная коробчатая балка для строительства мостов

Преднапряженный колпаковый тройник

Балки AASHTO модифицируются, что является более экономичным для пролетов более 24 м. Балки обладают большим отношением модуля упругости сечения к весу, и были изготовлены балки с пролетом более 54 м. Предварительно напряженный луковичный тройник показан на рисунке 8.

Преднапряженный луковичный тройник для строительства мостов

Сегментное строительство мостов

Элементы являются натянутыми в продольном направлении, предварительно напряженными в поперечном направлении, отлитыми по спирали, полной ширины и могут применяться для различных длин пролетов от 15 до 122 метров.
Элементы устанавливаются на фальшбалки или собираются на ферме, которая поддерживается от пирса к пирсу. Однако при большой длине пролета для возведения элементов используется уравновешенная консоль, инкрементная заделка или прогрессивная заделка. Разработана экономичная процедура замены верхнего перекрытия сборного сегментного моста со столбовым натяжением; таким образом, износ перекрытия не потребует замены суперструктуры. На рисунке 9 показана сегментная конструкция с натяжным столбом.

Сегментные конструкции мостов с постнапряжением

Предварительно напряженные панели подмостового пространства для мостов

Предварительно напряженные панели подмостового пространства, как показано на рисунке 10, изготавливаются различной ширины и глубины, обычно от 1,2 до 2,4 м. Длина зависит от расстояния между балками, поддерживающими панели. Толщина панелей составляет 89 мм, они укладываются в цементный раствор толщиной 13 мм. Усиленный настил создается путем укладки монолитного бетона поверх панелей.
Кроме того, панели можно укладывать с помощью небольших кранов и большого количества рабочих, а временные формы или платформы для работы не нужны. В бетоне, залитом на месте стыков, обычно образуются трещины. Напротив, если панели устанавливаются на предварительно напряженные балки на коротких пролетах, трещины будут не очень заметны.
Наконец, предварительно напряженные панели подстилающего слоя обеспечивают быстрое строительство и экономичность настила.

Предварительно напряженные подпалубные панели для мостов

Сборные и предварительно напряженные плиты настила для строительства мостов

Как правило, настилы являются первым элементом моста, который повреждается или разрушается и, следовательно, нуждается в укреплении. Если настил моста нуждается в укреплении или замене, а интенсивность движения высока, рекомендуется проводить работы в непиковый период.
Существует несколько методов замены, использующих сборные плиты настила, и в большинстве стратегий используются поперечные сегменты, соединенные с несущими балками с помощью гидравлического цемента или быстротвердеющего полимера.
Заглубленные шпонки, залитый на месте бетон и последующее натяжение передают сдвиг между соседними плитами. Компостное действие достигается путем применения шпилек на стальных балках, уходящих в пустоты перекрытия, которые впоследствии заполняются гидравлическим цементом или полимером. На рисунке 11 показаны детали преднапряженной палубной плиты.

Предварительно напряженная палубная плита для строительства мостов

Кроме того, сообщается, что палубные перекрытия более экономичны по сравнению с монолитными перекрытиями. Это объясняется не только сокращением времени строительства, но и достижением структурной эффективности при использовании предварительного напряжения и натяжения.
Было предпринято несколько попыток улучшить соединение настилов перекрытий со стальными балками и предварительно напряженными балками. В частности, используется петлевая стержневая арматура, с помощью которой живая нагрузка может быть распределена по поперечным и продольным швам.
Кроме того, строится мостовой настил из сборного предварительно напряженного бетона на всю глубину, который включает в себя плиты со стержнями, поперечные цементные швы, продольное натяжение, сварные резьбы и шпильки без головок. Плита настила не только имеет меньшую толщину по сравнению с обычными плитами настила, но и может быть построена быстрее.
Более того, преднапряженные палубные плиты обычно используются в значительных проектах по замене настила мостов, например, мост Вудро Вильсона, показанный на рисунке 12. А поперечные палубные плиты полной глубины использовались и заменили ферменные пролеты настила на I-95 в Ричмонде.

Мост Вудро Вильсона

Наконец, успешно используются продольные, частичной глубины или полной глубины плиты настила, которые собираются на одной или нескольких бетонных или стальных балках.

Сборный парапет для мостов

Он имеет стандартную форму и легко производится серийно, существуют различные соединения, которые могут быть использованы для крепления сборного парапета. Он был использован в нескольких местах, но существует проблема утечки воды и хлоридного раствора между верхней частью настила и основанием парапета, и эта проблема может замедлить принятие сборного парапета. На рисунке 13 показан сборный парапет.

Сборный парапет для мостов

Элементы основания для мостов

Как правило, строительство подконструкции требует больше времени по сравнению с надстройкой, и это время может быть сокращено за счет применения сборных элементов. Большинство элементов основания являются сборными, например, сваи, пирсы, оголовки пирсов, абатменты и крыльевые стены.
На рис. 14 показаны абатменты и стены крыльев, установленные на временные подкладки и закрепленные сварными пластинами и бетоном, залитым на месте. Строительство упрощается за счет сборного абатмента и крыльевой стены с фундаментом и заливки фундамента на месте.
Наиболее известное применение сборного пирса находится в виадуке Linn Cove, как показано на рисунке 15. Все элементы конструкции моста были изготовлены из сборных конструкций для снижения воздействия на окружающую среду. Пока не было достигнуто местоположение пирса, были установлены и натянуты сборные сегменты надстройки.
Бурение отверстий, в которые устанавливаются предварительно напряженные сваи, производилось с консольной надстройки, затем устанавливались сборные сегменты и производилось натяжение.

Сборный абатмент и крыльевая стена

Сборный сегмент пирса для мостов

Сборные водопропускные трубы для строительства мостов

Вместо мостов можно использовать сборные водопропускные трубы, если поперечное сечение не ограничивает поток воды. Водопропускные трубы легко устанавливаются, не имеют настила, который можно повредить, и редко нуждаются в обширных планах.
Конструкции сборных водопропускных труб могут включать перевернутые U-образные, трубные, коробчатые и арочные. Бетонные трубы используются для пролетов от 0,3 до 3 м, а бетонные короба могут применяться для пролетов от 1,2 до 3,7 м. Сборные U-образные и арочные водопропускные трубы применяются для пролетов 4,9 м и 12 м соответственно.
Читать далее:
Типы мостов по пролетам, материалам, конструкциям, функциям, назначению и т.д.
Ускоренное строительство мостов – особенности, преимущества и последовательность строительства
Планирование строительства мостов, включая последовательность и этапы планирования

Читайте далее: