Мост с жесткой рамой

Мост с жесткой рамой — это мост , в котором надстройка и основание жестко соединены, чтобы действовать как непрерывная единица. Обычно конструкция отливается монолитно , что делает конструкцию непрерывной от настила до фундамента . Соединения между элементами представляют собой жесткие соединения, которые передают изгибающий момент , осевые силы и силы сдвига . Конструкция моста, состоящая из жесткой рамы, может обеспечить значительные структурные преимущества, но также может быть сложной для проектирования и/или строительства.

Использование мостов с жесткими рамами началось в Германии в начале двадцатого века и быстро распространилось в Америке. Эмилио Энрике Баумгарт и Артур Г. Хайден, в частности, получили известность за использование бетонных жестких рам в начале 1920-х годов. ^{[1] : 149} В то время железобетон обычно использовался при проектировании мостов ^[2], но пролетное строение проектировалось с опорами на подземном строении. ^{[1] : 149} В конструкции с жесткими бетонными рамами опоры отсутствуют. Вместо этого пролетное строение отливается монолитно с подземным строением, и весь мост от настила до основания является непрерывным.

Инженеры обнаружили, что этот тип конструкции выгоден по многим причинам. Моменты в центре настила моста с жесткой рамой меньше, чем соответствующие моменты в просто поддерживаемом настиле. ^[3] Поэтому можно использовать гораздо более мелкое поперечное сечение в середине пролета . ^[3] Дополнительные преимущества заключаются в том, что требуется меньше места для подходов и структурных деталей, где настил опирается на опоры, не нужны. ^[3] Инженеры также отметили некоторые недостатки мостов с жесткой рамой. Размещение стальных арматурных стержней (арматуры) может быть очень сложным, а формование/укладка бетона сложным. ^{[1] : 153} Кроме того, жесткие рамы статически неопределимы , и анализ более сложен, чем анализ просто поддерживаемых конструкций.

• 
  Однопролетный мост через реку, США
• 
  Один пролет над проезжей частью, Германия
• 
  Однопролетный в форме арки, Финляндия

Однопролетные мосты с жесткой рамой обычно изготавливаются из железобетона и широко используются на парковых дорожках и других дорогах. ^[4] Такая конструкция является эффективным использованием материала, поскольку поперечное сечение в середине пролета относительно узкое, а количество бетона, необходимого на опорах, уменьшено. ^[4] Узкое сечение в середине пролета придает профилю моста слегка арочную форму, что делает эту конструкцию особенно полезной, когда требуется большая высота. Профиль также делает мост более привлекательным с архитектурной точки зрения, чем балочный мост . Конструкция с жесткой рамой может быть наиболее эффективным типом моста для пролетов от 35 до 80 футов (от 11 до 24 м). ^[5] Если используется сталь, экономическое преимущество распространяется на пролеты в 120 футов (37 м). ^[5]

• 
  Пон-дю-Лангедок, Франция, высота
• 
  Пон-дю-Лангедок, Франция, внизу

V-образная жесткая рама является эффективным способом поддержки более длинного моста, где использование только одного пролета нецелесообразно. Каждая V-образная опора поддерживает настил в двух местах, при этом требуя только одного фундамента. Изгибающие моменты, испытываемые опорами, минимальны, что позволяет значительно уменьшить размер фундамента. ^[6] Кроме того, эффективная длина каждого пролета сокращается по сравнению с пролетами моста с вертикальными опорами. ^[7] Однако эта система реже используется в мостах с жесткими рамами, поскольку опоры должны быть приблизительно отцентрированы под мостом. Часто мосты пролегают над дорогами или водными путями, и строительство опор в таких случаях может быть дорогостоящим и сложным. ^{[ необходима цитата ]}

• 
  Бетонный мост с опорами, Финляндия
• 
  Мост со стальными опорами, Япония или Тайвань
• 
  Мост Баттер-Пост, Япония

Мосты с жесткой рамой Batter-post определяются их опорами, которые идут от настила к устоям под углом. Эта конструкция поддерживает настил аналогично V-образным опорам, но отличается тем, как должны быть построены фундаменты. Опоры опираются на устои или рядом с ними, устраняя необходимость в фундаментах непосредственно под мостом. Это особенно выгодно, когда мост пересекает реку и строительство фундамента в воде является сложной задачей. ^[8] В результате, либо устои должны быть увеличены, либо дополнительные фундаменты должны быть размещены рядом с устоями.

В последние несколько лет большинство исследований по мостам с жесткими каркасами было связано с модернизацией существующих конструкций для соответствия новым сейсмическим требованиям . ^[9] В ходе этих исследований часто обнаруживается, что количество арматуры, требуемой в соединениях балок с колоннами, необходимо увеличить в бетонных конструкциях. Во многих мостах количество стали, требуемое сейсмическим кодексом, вызывает перегрузку в соединениях. ^[9] Чтобы облегчить это, в качестве армирования можно использовать стальные волокна для улучшения связи между арматурой и окружающим бетоном. ^[9] Испытания показали, что при использовании бетона, армированного стальным волокном, можно уменьшить длину анкеровки арматуры, одновременно улучшая сдвиговые и изгибные способности. ^[9] Уменьшенная требуемая длина анкеровки уменьшает перегрузку в соединениях балок с колоннами.

Другим достижением является использование предварительно напряженного бетона . Предварительно напряженный бетон является крупным достижением в бетонной инженерии и эффективно использовался в строительстве мостов с жесткой рамой. ^[10] Это примечательно, поскольку уже было сложно разместить стандартную арматуру в бетонном жесткой раме моста. Предварительное напряжение арматуры сложнее, но было доказано, что это все еще осуществимо. ^[10] Предварительно напряженный бетон полезен в строительстве мостов, поскольку он имеет более высокую прочность на растяжение, чем традиционный железобетон, что позволяет строить более длинные пролеты мостов.

На Викискладе есть медиафайлы по теме Мосты с жестким каркасом .