Предок | Простой подвесной мост |
---|---|
Связанный | Подвесной мост с нижним пролетом ; см. также вантовый мост |
Потомок | Самозакрепляющийся подвесной мост |
Переносит | Пешеходы, велосипеды, домашний скот, автомобили, грузовики, рельсовый транспорт |
Диапазон размаха | Средней и длинной длины |
Материал | Стальной канат , многопрядные стальные тросы или кованые или литые звенья цепи |
Подвижный | Нет |
Усилия по проектированию | середина |
Требуется фальш-работа | Нет |
Подвесной мост — это тип моста , в котором настил подвешен под подвесными тросами на вертикальных подвесках. Первые современные образцы этого типа мостов были построены в начале 1800-х годов. [5] [6] Простые подвесные мосты , в которых отсутствуют вертикальные подвески, имеют долгую историю во многих горных частях мира.
Помимо типа моста, который чаще всего называют подвесным мостом, описанного в этой статье, существуют и другие типы подвесных мостов . Описанный здесь тип имеет тросы, подвешенные между башнями , с вертикальными подвесными тросами , которые передают активную и постоянную нагрузку настила ниже, по которому проходит движение. Такое расположение позволяет настилу быть ровным или изгибаться вверх для дополнительного зазора. Как и другие типы подвесных мостов, этот тип часто строится без использования опорных конструкций .
Подвесные тросы должны быть закреплены на каждом конце моста, так как любая нагрузка, приложенная к мосту, преобразуется в натяжение в этих основных тросах. Основные тросы продолжаются за столбами до опор на уровне палубы и далее продолжаются до соединений с анкерами в земле. Проезжая часть поддерживается вертикальными подвесными тросами или стержнями, называемыми подвесками. В некоторых случаях башни могут располагаться на краю обрыва или каньона , где дорога может проходить непосредственно к основному пролету. В противном случае мост обычно будет иметь два меньших пролета, проходящих между любой парой столбов и шоссе, которые могут поддерживаться подвесными тросами или их собственной ферменной конструкцией . В случаях, когда ферменная конструкция поддерживает пролеты, в внешних основных тросах будет очень мало дуги.
Самые ранние подвесные мосты представляли собой канаты, перекинутые через пропасть, при этом настил мог находиться на том же уровне или подвешиваться под канатами таким образом, что канат имел форму цепной линии .
Тибетский сиддха и мостостроитель Тангтонг Гьялпо инициировал использование железных цепей в своей версии простых подвесных мостов . В 1433 году Гьялпо построил восемь мостов в восточном Бутане . Последний сохранившийся цепной мост Гьялпо был мост Тангтонг Гьялпо в Дуксуме по пути в Траши Янгце , который был окончательно смыт в 2004 году. [7] Железные цепные мосты Гьялпо не включали подвесной настил , который является стандартом для всех современных подвесных мостов сегодня. Вместо этого и перила, и пешеходный слой мостов Гьялпо использовали провода. Точки напряжения , которые несли стяжку, были усилены железными цепями. Считается, что до использования железных цепей Гьялпо использовал веревки из скрученных ив или шкур яка. [8] Он также мог использовать плотно связанную ткань.
Инки использовали канатные мосты , задокументированные еще в 1615 году. Неизвестно, когда они были впервые построены. Кешуачака считается последним оставшимся канатным мостом инков и ежегодно перестраивается.
Первым подвесным мостом с железной цепью в западном мире был мост Jacob's Creek Bridge (1801) в округе Уэстморленд, штат Пенсильвания , спроектированный изобретателем Джеймсом Финли . [12] Мост Финли был первым, включавшим в себя все необходимые компоненты современного подвесного моста, включая подвесную палубу, которая висела на фермах. Финли запатентовал свой проект в 1808 году и опубликовал его в филадельфийском журнале The Port Folio в 1810 году. [13]
Ранние британские цепные мосты включали мост Драйбургского аббатства (1817) и 137-метровый мост Юнион (1820), с пролетами, быстро увеличивающимися до 176 метров с мостом Менай (1826), «первым важным современным подвесным мостом». [14] Первым цепным мостом на немецкоязычных территориях был Цепной мост в Нюрнберге . Сагарский железный подвесной мост с пролетом 200 футов (также называемый мостом Беоза) был построен недалеко от Сагара, Индия, в 1828–1830 годах Дунканом Прегрейвом, монетным двором и пробирным мастером. [15] Клифтонский подвесной мост (спроектированный в 1831 году, завершенный в 1864 году с центральным пролетом 214 м) похож на мост Сагар. Он является одним из самых длинных из параболических дуговых цепных мостов. Нынешний подвесной мост Марлоу был спроектирован Уильямом Тирни Кларком и построен между 1829 и 1832 годами, заменив деревянный мост ниже по течению, который рухнул в 1828 году. Это единственный подвесной мост через неприливную Темзу. Цепной мост Сечени (спроектирован в 1840 году, открыт в 1849 году), пересекающий реку Дунай в Будапеште, также был спроектирован Уильямом Кларком и является более масштабной версией моста Марлоу. [16]
Интересным вариантом является мост Торневилла и Уорхэма Ферри в Бертон-он-Трент , Стаффордшир (1889), где цепи не прикреплены к опорам, как обычно, а вместо этого прикреплены к основным балкам, которые, таким образом, находятся в состоянии сжатия. Здесь цепи сделаны из плоских кованых железных пластин шириной восемь дюймов (203 мм) и толщиной полтора дюйма (38 мм), склепанных вместе. [17]
Первым подвесным мостом с проволочным тросом был мост Спайдер-Бридж у водопадов Скулкилл (1816), скромный и временный пешеходный мост, построенный после обрушения близлежащего Цепного моста Джеймса Финли у водопадов Скулкилл (1808). Пролет пешеходного моста составлял 124 м, хотя ширина его настила составляла всего 0,45 м.
Развитие мостов с тросами и подвесными канатами относится к временному простому подвесному мосту в Анноне, построенному Марком Сегеном и его братьями в 1822 году. Он имел длину всего 18 м. [18] Первым постоянным мостом с тросами и подвесными канатами был мост Сен-Антуан Гийома Анри Дюфура в Женеве 1823 года с двумя пролетами по 40 м. [18] Первым мостом с тросами, собранными в воздухе современным методом, был мост Grand Pont Suspendu во Фрибурге Жозефа Шалея в 1834 году. [18]
В Соединенных Штатах первым крупным подвесным мостом с проволочно-тросовым креплением стал мост Wire Bridge at Fairmount в Филадельфии, штат Пенсильвания. Спроектированный Чарльзом Эллетом-младшим и завершенный в 1842 году, он имел пролет 109 м. Подвесной мост через Ниагарский водопад Эллета (1847–48) был заброшен до завершения. Он использовался в качестве лесов для двухэтажной железнодорожной и каретной моста Джона А. Роблинга ( 1855).
Мост Отто Бейта (1938–1939) был первым современным подвесным мостом за пределами США, построенным с использованием параллельных проволочных тросов. [19]
Две башни/столба, два подвесных троса, четыре анкера подвесных тросов, несколько подвесных тросов, мостовой настил. [20]
Основные тросы подвесного моста образуют цепную линию , когда висят только под собственным весом. При поддержке настила тросы вместо этого образуют параболу , предполагая, что вес тросов мал по сравнению с весом настила. Можно увидеть форму из постоянного увеличения градиента троса с линейным (настильным) расстоянием, это увеличение градиента в каждом соединении с настилом обеспечивает чистую силу поддержки, направленную вверх. В сочетании с относительно простыми ограничениями, наложенными на фактический настил, это делает подвесной мост намного проще для проектирования и анализа, чем вантовый мост, в котором настил находится в состоянии сжатия.
Вантовые и подвесные мосты могут показаться похожими, но на самом деле они существенно различаются по принципу действия и конструкции.
В подвесных мостах большие основные тросы (обычно два) висят между башнями и закреплены на каждом конце на земле. Основные тросы, которые могут свободно перемещаться на подшипниках в башнях, несут нагрузку мостового настила. До установки настила тросы находятся под натяжением от собственного веса. Вдоль основных тросов более мелкие тросы или стержни соединяются с мостовым настилом, который поднимается секциями. По мере того, как это делается, натяжение тросов увеличивается, как и при активной нагрузке от движения, пересекающего мост. Натяжение основных тросов передается на землю в местах крепления и путем сжатия вниз на башнях.
В вантовых мостах башни являются основными несущими конструкциями, которые передают нагрузки моста на землю. Консольный подход часто используется для поддержки мостового настила вблизи башен, но длины дальше от них поддерживаются тросами, идущими непосредственно к башням. По конструкции все статические горизонтальные силы вантового моста уравновешены, так что опорные башни не имеют тенденции наклоняться или скользить и поэтому должны противостоять только горизонтальным силам от временных нагрузок.
В подвесном мосту с нижним пролетом, также называемом подпалубным вантовым мостом, [21] основные тросы полностью висят под мостовым настилом, но все еще закреплены в земле таким же образом, как и у обычного типа. Было построено очень мало мостов такого типа, поскольку настил изначально менее устойчив, чем когда он подвешен под тросами. Примерами служат мост Пон-де-Берг 1834 года, спроектированный Гийомом Анри Дюфуром ; [18] мост Миклвуд Джеймса Смита; [22] и предложение Роберта Стивенсона о мосте через реку Алмонд около Эдинбурга . [22]
Делавэрский акведук Роблинга (начат в 1847 году) состоит из трех секций, поддерживаемых тросами. Деревянная конструкция по сути скрывает тросы; и при беглом взгляде даже не сразу становится ясно, что это подвесной мост.
Основные подвесные тросы на старых мостах часто изготавливались из цепи или связанных прутков, но современные мостовые тросы изготавливаются из нескольких прядей проволоки. Это не только добавляет прочности, но и повышает надежность (часто называемую избыточностью в инженерных терминах), поскольку отказ нескольких дефектных прядей из сотен используемых представляет очень небольшую угрозу отказа, тогда как одно плохое звено или проушина может привести к отказу всего моста. (Было установлено, 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 более крупные цепи на место, тогда как тросы из проволочных прядей можно формировать по одному в воздухе с временного мостика.
Литые гнезда используются для создания высокопрочного, постоянного кабельного окончания. Они создаются путем вставки троса подвески (на опорах мостового настила) в узкий конец конической полости, которая ориентирована в соответствии с предполагаемым направлением деформации. Отдельные провода распускаются внутри конуса или «капеля», а затем конус заполняется расплавленным припоем свинец-сурьма-олово (Pb80Sb15Sn5). [23]
Большинство подвесных мостов имеют открытые ферменные конструкции для поддержки дорожного полотна, особенно из-за неблагоприятных эффектов использования пластинчатых балок, обнаруженных при обрушении моста Tacoma Narrows Bridge (1940) . В 1960-х годах разработки в области аэродинамики мостов позволили повторно ввести пластинчатые конструкции в качестве неглубоких коробчатых балок , впервые появившихся на мосту Severn , построенном в 1961–1966 годах. На изображении моста Yichang Bridge обратите внимание на очень острый край входа и наклонные подбалки в показанном подвесном мосту. Это позволяет использовать этот тип конструкции без опасности вихреобразования и последующих аэроупругих эффектов, таких как те, которые разрушили оригинальный мост Tacoma Narrows.
На любой мост действуют три вида сил: постоянная нагрузка, временная 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 он сделан. Постоянная нагрузка относится к движению, которое движется по мосту, а также к обычным факторам окружающей среды, таким как изменения температуры, осадки и ветер. Динамическая нагрузка относится к факторам окружающей среды, которые выходят за рамки обычных погодных условий, таким как внезапные порывы ветра и землетрясения. Все три фактора должны быть приняты во внимание при строительстве моста.
Принципы подвески, используемые в больших масштабах, также проявляются в менее драматичных контекстах, чем автомобильные или железнодорожные мосты. Легкая подвеска на тросах может оказаться менее затратной и казаться более элегантной для велосипедного или пешеходного моста, чем прочные балочные опоры. Примером этого является мост Нешио в Нидерландах и спроектированный Роблингом в 1904 году подвесной пешеходный мост Ригельсвилл через реку Делавэр в Пенсильвании. [24] Самый длинный пешеходный подвесной мост, который пересекает реку Пайва, геопарк Арока , Португалия, открылся в апреле 2021 года. Мост длиной 516 метров висит на высоте 175 метров над рекой. [25]
Если такой мост перекрывает промежуток между двумя зданиями, нет необходимости строить башни, поскольку здания могут закрепить кабели. Подвеска кабелей может быть также усилена собственной жесткостью конструкции, которая имеет много общего с трубчатым мостом .
Типичные подвесные мосты строятся с использованием последовательности, которая обычно описывается следующим образом. В зависимости от длины и размера строительство может занять от полутора лет (строительство оригинального моста Tacoma Narrows заняло всего 19 месяцев) до десятилетия (строительство моста Akashi-Kaikyō началось в мае 1986 года и было открыто в мае 1998 года — в общей сложности двенадцать лет).
Подвесные мосты обычно ранжируются по длине их главного 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 г. | Турция | 2023 м (6637 футов) | 2022 |
Мост Акаси-Кайкё | Япония | 1991 м (6532 фута) | 1998 |
Мост Янсиган | Китай | 1700 м (5577 футов) | 2019 |
Мост Сихоумэнь | Китай | 1650 м (5413 футов) | 2009 |
Мост через Большой Бельт | Дания | 1624 м (5328 футов) | 1998 |
Мост Османа Гази | Турция | 1550 м (5085 футов) | 2016 |
Мост Ли Сун-Шина | Южная Корея | 1545 м (5069 футов) | 2012 |
Мост Раньянг | Китай | 1490 м (4888 футов) | 2005 |
Четвертый мост Нанкинский Янцзы | Китай | 1418 м (4652 фута) | 2012 |
Мост Хамбер | Великобритания | 1410 м (4626 футов) | 1981 |
Мост Явуза Султана Селима | Турция | 1408 м (4619 футов) | 2016 |
(Хронологический)
Подвесной мост Броутон (Англия) был железным цепным мостом, построенным в 1826 году. Один из первых подвесных мостов в Европе, он рухнул в 1831 году из-за механического резонанса, вызванного войсками, марширующими в ногу. В результате инцидента британская армия отдала приказ, согласно которому войска должны были «срывать шаг» при переходе моста.
Silver Bridge (США) — цепной мост с проушиной, построенный в 1928 году, который рухнул в конце 1967 года, в результате чего погибло сорок шесть человек. Мост имел конструкцию с низким резервированием, которую было трудно осматривать. Обрушение побудило принять законодательство, гарантирующее регулярный осмотр и обслуживание старых мостов. После обрушения мост аналогичной конструкции был немедленно закрыт и в конечном итоге снесен. Второй мост аналогичной конструкции был построен с более высоким запасом прочности и оставался в эксплуатации до 1991 года.
Мост Tacoma Narrows Bridge (США), 1940 год, был уязвим к структурной вибрации при устойчивых и умеренно сильных ветрах из-за своей пластинчато-балочной конструкции настила. Ветер вызвал явление, называемое аэроупругим флаттером, которое привело к его обрушению всего через несколько месяцев после завершения строительства. Обрушение было запечатлено на пленку. При обрушении не погибло ни одного человека; несколько водителей покинули свои машины пешком и добрались до креплений до того, как обрушился пролет.
Подвесной мост Ярмут (Англия) был построен в 1829 году и рухнул в 1845 году, в результате чего погибло 79 человек.
Подвесной мост через реку Пис (Канада), строительство которого было завершено в 1943 году, рухнул, когда в октябре 1957 года обрушилась грунтовая опора северного анкера подвесного моста. Впоследствии рухнул весь мост.
Мост Кутай Картанегара (Индонезия) через реку Махакам , расположенный в округе Кутай Картанегара , округ Восточный Калимантан на индонезийском острове Борнео , был построен в 1995 году, завершен в 2001 году и рухнул в 2011 году. Десятки транспортных средств на мосту упали в реку Махакам . В результате этого инцидента 24 человека погибли, а десятки других получили ранения и прошли лечение в региональной больнице имени Аджи Мухаммада Парикесита. Между тем, 12 человек числятся пропавшими без вести, 31 человек получил серьезные ранения, а 8 человек получили легкие травмы. Результаты исследований показывают, что обрушение в значительной степени было вызвано неудачной конструкцией вертикального подвесного зажима. Также было обнаружено, что плохое техническое обслуживание, усталость строительных материалов подвески кабеля, качество материала и нагрузки на мост, превышающие грузоподъемность транспортного средства, также могут оказывать влияние на обрушение моста. В 2013 году мост Кутай Картанегара был перестроен на том же месте и в 2015 году завершен с использованием конструкции сквозного арочного моста .
30 октября 2022 года обрушился пешеходный подвесной мост Джулто Пул через реку Маччху в городе Морби, штат Гуджарат, Индия, в результате чего погибло по меньшей мере 141 человек.