Мост Акаси Кайкё в Японии, второй по длине основной пролёт в мире. | |
Предок | Простой подвесной мост |
---|---|
Связанный | Подвесной подвесной мост ; см. также вантовый мост |
Потомок | Самостоятельный подвесной мост |
Носит | Пешеходы, велосипеды, домашний скот, автомобили, грузовики, скоростной трамвай |
Диапазон диапазона | От среднего до длинного |
Материал | Стальной канат, многожильные тросы из стальной проволоки или кованые или литые звенья цепи |
Подвижный | Нет |
Усилия по дизайну | средний |
Требуется ложная работа | Нет |
Висячий мост - это тип моста , в котором настил подвешен ниже подвесных тросов на вертикальных подвесах. Первые современные образцы мостов этого типа были построены в начале 1800-х годов. Простые подвесные мосты без вертикальных подвесок имеют долгую историю во многих горных частях мира.
Помимо типа моста, который чаще всего называют подвесным мостом, о котором идет речь в этой статье, существуют и другие типы подвесных мостов. Описанный здесь тип имеет тросы, подвешенные между опорами, с вертикальными подвесными тросами, которые передают живые и постоянные нагрузки на настил ниже, по которому пересекается движение. Такое расположение позволяет палубе быть ровной или изогнутой вверх для дополнительного зазора. Как и другие типы подвесных мостов, этот тип часто строится без использования опалубки.
Подвесные тросы должны быть закреплены на каждом конце моста, поскольку любая нагрузка, приложенная к мосту, преобразуется в натяжение этих основных тросов. Основные тросы проходят за столбы к опорам на уровне настила, а далее продолжаются к соединениям с анкерами в земле. Проезжая часть поддерживается вертикальными подвесными тросами или стержнями, называемыми подвесками. В некоторых случаях башни могут располагаться на обрыве или краю каньона, где дорога может вести прямо к основному пролету, в противном случае мост обычно будет иметь два меньших пролета, проходящих между любой парой столбов и шоссе, которые могут поддерживаться мостом. подвесные тросы или собственные фермы. В последнем случае в внешних главных кабелях будет очень небольшая дуга.
Самые ранние подвесные мосты представляли собой веревки, перекинутые через пропасть, с настилом, возможно, на том же уровне или подвешенным под веревками, так что веревка имела контактную форму.
Тибетский сиддха и строитель мостов Тангтонг Гьялпо изобрел использование железных цепей в своей версии простых подвесных мостов. В 1433 году Гьялпо построил восемь мостов в восточной части Бутана. Последним сохранившимся цепным мостом Гьялпо был мост Тхангтонг Гьялпо в Дуксуме на пути к Траши Янцзе, который был окончательно смыт в 2004 году. Железные цепные мосты Гьялпо не включали мост с подвесным настилом, который является стандартом для всех современных мостов. подвесные мосты сегодня. Вместо этого и в перилах, и в пешеходном слое мостов Гьялпо использовались провода. Точки напряжения, которые несли стяжку, были усилены железными цепями. Считается, что до использования железных цепей Гьялпо использовал веревки из скрученных ив или шкур яков. Возможно, он также использовал плотно переплетенную ткань.
Первым подвесным мостом с железной цепью в западном мире был мост Джейкобс-Крик (1801 г.) в округе Уэстморленд, штат Пенсильвания, спроектированный изобретателем Джеймсом Финли. Мост Финли был первым, который включал в себя все необходимые компоненты современного подвесного моста, в том числе подвесной настил, подвешенный на фермах. Финли запатентовал свой дизайн в 1808 году и опубликовал его в филадельфийском журнале The Port Folio в 1810 году.
Ранний план цепного моста через пролив Менай недалеко от Бангора, Уэльс, завершенный в 1826 году.Ранние британские цепные мосты включали мост Драйбургского аббатства (1817 г.) и 137-метровый мост Юнион-Бридж (1820 г.), пролеты которых быстро увеличивались до 176 м с мостом Менай (1826 г.), «первым важным современным подвесным мостом». Первым цепным мостом на немецкоязычных территориях был Цепной мост в Нюрнберге. Висячий мост Sagar Iron с пролетом 200 футов (также называемый мостом Beose) был построен недалеко от Сагара, Индия, в 1828–1830 годах Дунканом Прегрейвом, мастером монетного двора и пробирной фабрики. Клифтонский подвесной мост (спроектирован в 1831 г., закончен в 1864 г., центральный пролет 214 м) аналогичен мосту Сагар. Это один из самых длинных параболических дуговых цепей. Нынешний подвесной мост Марлоу был спроектирован Уильямом Тирни Кларком и был построен между 1829 и 1832 годами, заменив деревянный мост ниже по течению, который рухнул в 1828 году. Это единственный подвесной мост через Темзу без приливов. Цепной мост Сечени ( спроектированный в 1840 году, открыт в 1849 году) через реку Дунай в Будапеште также был спроектирован Уильямом Кларком и представляет собой увеличенную версию моста Марлоу.
Интересным вариантом является паромный мост Торневилла и Уорхэма в Бертон - он-Трент, Стаффордшир (1889 г.), где цепи не прикреплены к опорам, как обычно, а вместо этого прикреплены к основным балкам, которые, таким образом, находятся в сжатии. Здесь цепи сделаны из плоских пластин из кованого железа шириной восемь дюймов (203 мм) и толщиной полтора дюйма (38 мм), склепанных вместе.
Первым подвесным мостом с проволочным кабелем был Мост Паука у водопада Шуйлкилл (1816 г.), скромный временный пешеходный мост, построенный после обрушения близлежащего Цепного моста Джеймса Финли у водопада Шуйлкилл (1808 г.). Пролет пешеходного моста составлял 124 м, хотя ширина его настила составляла всего 0,45 м.
Развитие висячих мостов с проволочными тросами восходит к временному простому подвесному мосту в Анноне, построенному Марком Сегеном и его братьями в 1822 году. Его пролет составлял всего 18 метров. Первым постоянным подвесным мостом с проволочным кабелем был мост Сен-Антуан Гийома Анри Дюфура в Женеве 1823 года с двумя 40-метровыми пролетами. Первым с кабелями, собранными в воздухе современным методом, был Большой мост Жозефа Чейли во Фрибуре в 1834 году.
В Соединенных Штатах первым крупным подвесным мостом с проволочным кабелем был проволочный мост в Фэрмаунте в Филадельфии, штат Пенсильвания. Спроектированный Чарльзом Эллетом-младшим и завершенный в 1842 году, он имел пролет 109 метров. Подвесной мост Эллета к Ниагарскому водопаду (1847–1848 гг.) Был заброшен до завершения строительства. Он использовался в качестве строительных лесов для двухэтажной железной дороги и вагонного моста Джона А. Роблинга ( 1855 г.).
Мост Отто Бейта (1938–1939) был первым современным подвесным мостом за пределами США, построенным из параллельных тросов.
Рисунок построенного тибетцами моста Чаксам к югу от Лхасы, построенного в 1430 году, с длинными цепями, подвешенными между башнями, и вертикальными подвесными канатами, несущими вес дощатой дорожки внизу.
«Вид на Цепной мост, изобретенный Джеймсом Финли, эсквайром». (1810) Уильяма Стрикленда. Цепной мост Финли у водопада Шуйлкилл (1808 г.) имел два пролета: 100 футов и 200 футов.
Железный подвесной мост Сагар, построенный майором Прегрейвом, 1828-1830 гг., недалеко от Санодхи, округ Сагар, Индия, построенный из железа местного производства.
Проволочный мост в Фэрмаунте (1842 г., заменен в 1874 г.).
Две башни/столбы, два подвесных троса, четыре анкера подвесного троса, несколько подвесных тросов, настил моста.
Основные тросы подвесного моста образуют контактную сеть ; кабели вместо этого образуют параболу, если предположить, что они имеют нулевой вес. Можно увидеть форму по постоянному увеличению уклона троса с линейным расстоянием (настилом), это увеличение уклона при каждом соединении с настилом обеспечивает чистую восходящую поддерживающую силу. В сочетании с относительно простыми ограничениями, наложенными на фактическое настил, это делает висячий мост намного проще в проектировании и анализе, чем вантовый мост, в котором настил находится в сжатом состоянии.
Вантовые мосты и висячие мосты могут показаться похожими, но они совершенно разные по принципу и по своей конструкции.
В подвесных мостах большие основные тросы (обычно два) висят между опорами и закреплены на каждом конце к земле. Основные тросы, которые свободно перемещаются по подшипникам в опорах, несут нагрузку настила моста. Перед установкой настила тросы находятся под натяжением от собственного веса. Вдоль основных тросов меньшие тросы или стержни соединяются с настилом моста, который поднимается секциями. При этом натяжение тросов увеличивается, как и при активной нагрузке от транспорта, пересекающего мост. Натяжение основных тросов передается на землю в точках крепления и за счет сжатия вниз на опорах.
Подвесной мост
Вантовый мост веерной конструкции
В вантовых мостах опоры являются основными несущими конструкциями, передающими нагрузки моста на землю. Консольный подход часто используется для поддержки настила моста рядом с башнями, но участки, расположенные дальше от них, поддерживаются тросами, идущими непосредственно к башням . По конструкции все статические горизонтальные силы вантового моста уравновешены таким образом, что опорные башни не имеют тенденции к наклону или скольжению и поэтому должны сопротивляться только горизонтальным силам от временных нагрузок.
В подвесном мосту с нижним пролетом основные тросы полностью свисают под настилом моста, но все же закреплены в земле так же, как и в обычном мосту. Было построено очень мало мостов такого типа, поскольку настил по своей природе менее стабилен, чем когда он подвешен под тросами. Примеры включают Пон-де-Берг 1834 года, спроектированный Гийомом Анри Дюфуром ; Миклвудский мост Джеймса Смита; и предложение Роберта Стивенсона для моста через реку Миндаль недалеко от Эдинбурга.
Акведук Роблинга в Делавэре (начало 1847 г.) состоит из трех секций, поддерживаемых тросами. Деревянная конструкция практически скрывает кабели; и при беглом взгляде не сразу видно, что это даже подвесной мост.
Основные подвесные тросы на старых мостах часто изготавливались из цепи или связанных стержней, но современные мостовые тросы состоят из нескольких жил проволоки. Это не только увеличивает прочность, но и повышает надежность (часто называемую избыточностью в инженерных терминах), потому что отказ нескольких поврежденных прядей из сотен используемых представляет очень небольшую угрозу отказа, тогда как одно плохое звено или проушина может привести к отказу всего моста. (Выяснилось, что отказ одной проушины стал причиной обрушения Серебряного моста через реку Огайо. ) Другая причина заключается в том, что по мере увеличения пролетов инженеры не могли поднимать на место более крупные цепи, в то время как проволочные тросы можно было сформулированы один за другим в воздухе с временной дорожки.
Заливные муфты используются для создания высокопрочной постоянной кабельной муфты. Они создаются путем введения проволочного каната подвески (на опорах настила моста) в узкий конец конической полости, ориентированной в соответствии с предполагаемым направлением деформации. Отдельные провода раскладываются внутри конуса или «накидки», а затем конус заполняется расплавленным припоем свинца, сурьмы и олова (Pb80Sb15Sn5).
Большинство подвесных мостов имеют открытые ферменные конструкции для поддержки дорожного полотна, в частности, из-за неблагоприятных последствий использования пластинчатых балок, обнаруженных при обрушении моста Tacoma Narrows Bridge (1940 г.). В 1960-х годах развитие аэродинамики мостов позволило повторно ввести пластинчатые конструкции в виде неглубоких коробчатых балок, впервые увиденных на мосту Северн, построенном в 1961–1966 годах. На изображении моста Ичан обратите внимание на очень острую кромку входа и наклонные нижние балки показанного висячего моста. Это позволяет использовать этот тип конструкции без опасности образования вихрей и последующих аэроупругих эффектов, таких как те, которые разрушили оригинальный мост Tacoma Narrows.
На любой мост действуют три вида сил: статическая нагрузка, динамическая нагрузка и динамическая нагрузка. Постоянная нагрузка относится к весу самого моста. Как и любая другая конструкция, мост имеет тенденцию разрушаться просто из-за гравитационных сил, действующих на материалы, из которых сделан мост. Под динамической нагрузкой понимается трафик, движущийся по мосту, а также нормальные факторы окружающей среды, такие как изменения температуры, осадки и ветер. Динамическая нагрузка относится к факторам окружающей среды, выходящим за рамки нормальных погодных условий, таким факторам, как внезапные порывы ветра и землетрясения. При строительстве моста необходимо учитывать все три фактора.
Принципы подвески, используемые в больших масштабах, также появляются в контекстах менее драматичных, чем автомобильные или железнодорожные мосты. Легкая тросовая подвеска может оказаться менее дорогой и более элегантной для велосипеда или пешеходного моста, чем прочные балочные опоры. Примером этого является мост Несио в Нидерландах и спроектированный Роблингом в 1904 году подвесной пешеходный мост Ригельсвилля через реку Делавэр в Пенсильвании. Самый длинный подвесной пешеходный мост через реку Пайва в геопарке Арока , Португалия, открылся в апреле 2021 года. Мост длиной 516 метров висит над рекой на высоте 175 метров.
Там, где такой мост перекрывает промежуток между двумя зданиями, нет необходимости строить специальные опоры, так как здания могут закреплять тросы. Подвеска троса также может быть усилена присущей конструкции жесткостью, которая имеет много общего с трубчатым мостом.
Типичные подвесные мосты строятся с использованием следующей последовательности. В зависимости от длины и размера строительство может занять от полутора лет (строительство оригинального моста Такома-Нарроуз заняло всего 19 месяцев) до десяти лет (строительство моста Акаси-Кайкё началось в мае 1986 года и было открыто в мае 1998 года – всего двенадцать лет).
Висячие мосты обычно ранжируются по длине их основного пролета. Это десять мостов с самыми длинными пролетами, за которыми следует длина пролета и год открытия моста для движения:
Мост | Страна | Длина | Год |
---|---|---|---|
Мост Чанаккале 1915 года | Турция | 2023 м (6637 футов) | 2022 |
Мост Акаси Кайкё | Япония | 1991 м (6532 фута) | 1998 г. |
Мост Янсиган | Китай | 1700 м (5577 футов) | 2019 |
Мост Сихумен | Китай | 1650 м (5413 футов) | 2009 г. |
Мост Большой Бельт | Дания | 1624 м (5328 футов) | 1998 г. |
Мост Османа Гази | Турция | 1550 м (5085 футов) | 2016 |
Мост Йи Сун-син | Южная Корея | 1545 м (5069 футов) | 2012 |
Мост Руньян | Китай | 1490 м (4888 футов) | 2005 г. |
Четвертый мост Янцзы в Нанкине | Китай | 1418 м (4652 фута) | 2012 |
Хамбер-Бридж | Соединенное Королевство | 1410 м (4626 футов) | 1981 г. |
Мост Явуза Султана Селима | Турция | 1408 м (4619 футов) | 2016 |
(Хронологический)