Конзолен мост: конструкция, видове и строителство
Конзолен мост: обзор на конструкция, видове и строителство — стоманени ферми, кутиеобразни греди и техники за безопасно изграждане на големи пролети.
Конзолен мост е мост, построен с помощта на конзола. Конзолата се подпира само в единия си край. При малките пешеходни мостове конзолите могат да бъдат обикновени греди. При големите конзолни мостове, предназначени за пътно или железопътно движение, конзолите са ферми, изградени от конструкционна стомана, или кутиеобразни греди, изградени от предварително напрегнат бетон. Конзолният мост от стоманени ферми е бил важен инженерингeн пробив, тъй като позволява преодоляване на значителни разстояния и често се използва, когато не е възможно или икономически изгодно да се поставят временни подпори в пространството под моста.
Конструкция и основни елементи
Основните елементи на конзолния мост са:
- Опорни стълбове и фундаменти — предават натоварването от конзолите в основата;
- Конзолни рамена — структурните елементи, които излизат хоризонтално от опората; при големи мостове те могат да бъдат стоманени ферми или кутии от предварително напрегнат бетон;
- Гредова или понтонна надстройка — носеща платформа за пътното или железопътното платно;
- Свързващи елементи — затварящи блокове/панели, болтове, заварки, постнапрягане и др.;
- Носещи и разтоварващи съоръжения — лагерни скоби, компенсатори за термични движения и др.
Видове конзолни мостове
- Стоманени конзолни ферми — класически вид за дълги преси, добри за големи товарни натоварвания;
- Кутиеобразни греди от предварително напрегнат бетон — често използвани при модерни пътни мостове, осигуряват голяма торсионна издръжливост;
- Конзоли от пластично-свързани греди — при малки пешеходни мостове и козирки;
- Балансен (balanced) конзолен мост — строи се симетрично от опората навън в двете посоки, за да се балансират моменти и сили.
Методи на строителство
Най-разпространените методи са:
- Балансна конзола (balanced cantilever) — от опората се изграждат последователни сегменти на ляво и дясно, обикновено с помощта на мобилни кофражни платформи (form travelers) или предварително изляти сегменти, съединени с клиновидни връзки и след това напрегнати;
- Сглобяване на стоманени ферми — готови елементи се монтират и закрепват със заварки/болтове, често чрез последователно пристъпване от опората навън;
- Лансиране и монтаж без подпори — при неблагоприятни условия (реки, жп линии) строителството протича без временни подпори, което е едно от основните предимства на конзолния метод.
Предимства и недостатъци
- Предимства:
- Позволява премостване на големи отвори без временни подпори;
- Подходящ при труднодостъпни терени и над водни басейни;
- Позволява стройка с минимално нарушаване на подлежащия трафик или среда;
- Гъвкавост при избор на материали и форми (ферми, кутии, греди).
- Недостатъци:
- По-големи сгъващи моменти и напрежения в опорите — изискват здрави фундаменти и внимателно проектиране;
- Рискове от умора (fatigue) в стоманените елементи при циклични натоварвания;
- По-сложна строителна техника (форм травелъри, постнапрягане) и по-високи първоначални разходи при някои случаи;
- Необходимост от редовни инспекции и поддръжка, особено при стоманени конструкции.
Проектиране и натоварвания
При проектирането на конзолен мост се отчита разпределението на моментите и срязващите сили: в близост до опората възникват силни отрицателни моменти, поради което детайлите там се армирaт/изграждат по-устойчиви. Използват се аналитични методи и числени модели (FEM), като се вземат предвид постоянни и променливи натоварвания, температурни деформации, ветрови и сеизмични влияния, както и ефекти от свиване и релаксация при бетонови конструкции. Безопасността се осигурява чрез фактори на безопасност и нормативни изисквания.
Примери
Конзолните мостове са стояли в основата на някои от най-известните инженерни постижения. Класически примери са големите стоманени конзолни мостове, използвани за железопътен и пътен трафик, които демонстрират възможността за дълги преси и устойчивост при тежки натоварвания.
Поддръжка и експлоатация
Редовните инспекции са критични за безопасността на конзолните мостове. При стоманените конструкции се извършва почистване и боядисване за предотвратяване на корозия; при бетонните — контрол за пукнатини, просадки и състояние на постнапрягането. Също така се използва мониторинг на деформации, вибрации и умора за ранно откриване на проблеми.
Заключение: Конзолните мостове са важен тип мостова конструкция, подходяща за преодоляване на големи разстояния и трудни терени. Правилният избор на материал, метод на строителство и модел на експлоатация, заедно с редовна поддръжка, гарантират дълъг експлоатационен живот и безопасност.
Произход
Инженерите през XIX век са знаели, че мост, построен върху множество опори, ще разпределя натоварването между тях. Това означава, че напреженията в гредата или фермата ще бъдат по-малки и че ще могат да се строят по-дълги мостове. Няколко инженери от XIX век са проектирали непрекъснати мостове с шарнирни точки в средата на разстоянието. Използването на шарнир в многопролетната система означава, че инженерите могат по-добре да определят натоварванията и напреженията върху моста.
Хайнрих Гербер е един от инженерите, които получават патент за шарнирна греда (1866 г.), и е признат за първия, който я е построил. Мостът Хасфурт над река Майн в Германия е с централен размах от 38 метра (124 фута). Завършен през 1867 г., той е първият модерен конзолен мост. Сред другите ранни конзолни мостове са Високият мост в Кентъки на К. Шалер Смит (1877 г.), Ниагарският конзолен мост на Чарлз Конрад Шнайдер (1883 г.) и мостът Поукипси на Джон Франсис О'Рурк и Померой П. Дикинсън (1889 г.). Мостът на река Кентъки е преминавал през дефиле, дълбоко 275 фута (84 метра). Построен е с кантар, което означава, че не е било необходимо да се подпира по време на строителството. Най-известният ранен конзолен мост е мостът Forth Rail Bridge. Този мост държи рекорда за най-дълъг размах в света в продължение на 17 години.
Бенджамин Бейкър показа как работи конзолната система на снимката вляво. В центъра се вижда окаченият прозорец, в който седи Кайчи Уатанабе. Необходимостта да се устои на натиска на долната хорда се вижда от използването на дървени стълбове, докато напрежението на горната хорда е показано от изпънатите ръце. Действието на външните основи като анкери за конзолата се вижда от разположението на противотежестите.
Функция
Конзолен мост - конструкция, поне една част от която действа като котва за поддържане на друга част, която се простира извън опорния стълб.
- Джон Александър Лоу Уодъл, инженеринг на мостове
Обикновеният конзолен разтег се формира от две конзолни рамена, които се простират от противоположните страни на препятствието, което трябва да се преодолее, и се срещат в центъра. При висящ мост конзолните рамена не се срещат в центъра, а поддържат централен мост от ферми, който се опира на краищата на конзолните рамена. Окаченият пролет може да бъде изграден извън обекта и да бъде повдигнат на място или да бъде изграден на място с помощта на специални подвижни подпори.
при балансирана конзола размахът се балансира от конзоли, движещи се в противоположна посока. Ако те са закотвени в здрави основи, се наричат анкерни рамена. При мост, построен върху две основи, има четири конзолни рамена: две, които обхващат препятствието, и две анкерни рамена, които се простират встрани от препятствието. Поради необходимостта от по-голяма здравина при опорите на балансираната конзола, връхната конструкция на моста често е под формата на кули над фундаментните опори. Мостът "Комодор Бари" е пример за този тип конзолен мост.
Стоманените конзоли за ферми поддържат натоварванията чрез опън на горните елементи и натиск на долните. Обикновено конструкцията разпределя напрежението чрез анкерните рамена към най-външните опори, докато натиска се пренася към основите под централните кули.
Балансираните конзолни мостове от предварително напрегнат бетон често се изграждат чрез сегментна конструкция.
Схема на частите на моста John P. Grace Memorial Bridge
Методи за изграждане
Някои стоманени дъговидни мостове (като моста Навахо) са изградени с чисто конзолно разпъване от всяка страна. След това те се съединяват с щифт, обикновено след принудително раздалечаване на мястото на срещата. Когато скобите се премахнат и се добави настилката на моста, мостът се превръща във фермов сводов мост. Такава неподдържана конструкция е възможна само ако има подходяща скала, която да поддържа напрежението в горния пояс на пролета по време на строителството, което обикновено ограничава този метод до преодоляване на тесни каньони.
Списък по дължина
Най-дългите конзолни мостове в света (по най-дълъг размах):
- Мостът на Квебек (Квебек, Канада) 549 м (1 800 фута)
- Мостът Форт (Фърт ъф Форт, Шотландия) 2 x 1710 фута (521 м)
- Мост Минато (Осака, Япония) 510 м (1 673 фута)
- Мостът Commodore Barry (Честър, Пенсилвания, САЩ) 501 м (1 644 фута)
- Crescent City Connection (два пролета) (Ню Орлиънс, Луизиана, САЩ) 1 575 фута (480 м)
- Мостът Хаура (Калкута, Западен Бенгал, Индия) 457 м (1 500 фута)
- Мост на паметника на ветераните (Грамърси, Луизиана, САЩ) 445 м
- Мостът Сан Франциско - Оукланд Бей (East Bay Span) (Сан Франциско, Калифорния, САЩ) 427 м (1 400 фута)
- Мост Хорас Уилкинсън (Батън Руж, Луизиана, САЩ) 376 м (1235 фута)
- Мостът Tappan Zee (South Nyack, Ню Йорк и Tarrytown, Ню Йорк, САЩ) 1 212 фута (369 м)
Примери
· 
Мостът в Квебек е с общата структура, показана по-горе.
· 
Железопътният мост над Firth of Forth с трите си двойни конзоли
· 
Източен участък на моста Сан Франциско - Оукланд Бей
· .jpg)
Първоначалният мост Blue Water Bridge от 1938 г.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява конзолният мост?
О: Конзолен мост е мост, изграден с помощта на конзола, която се подпира само в единия си край.
В: Какво може да се използва като конзоли за малки пешеходни мостове?
О: За малки пешеходни мостове конзолите могат да бъдат обикновени греди.
В: От какво се правят конзолите за големите конзолни мостове, предназначени за пътно или железопътно движение?
О: При големите конзолни мостове, проектирани за пътно или железопътно движение, конзолите са ферми, изградени от конструкционна стомана, или кутиеобразни греди, изградени от предварително напрегнат бетон.
В: Какво предимство имат конзолните мостове със стоманени ферми в сравнение с други видове мостове?
О: Предимството на стоманените конзолни мостове е, че могат да се простират на разстояния от над 1 500 фута, което ги превръща в голям инженерен пробив.
В: На кои трудни кръстовища могат да се строят по-лесно конзолни мостове в сравнение с други видове мостове?
О: Конзолните мостове могат да се строят по-лесно на трудни кръстовища, тъй като не е необходимо да се поддържат по време на строителството.
В: Как работи конзолата като опора на мост?
О: Конзолата е опора, която се подпира само в единия край и може да излиза от конструкцията, за да осигури опора за мост.
В: Каква е разликата между конзолите, използвани в малките и големите конзолни мостове?
О: При малките пешеходни мостове конзолите могат да бъдат обикновени греди, докато при големите конзолни мостове, проектирани за пътно или железопътно движение, конзолите са ферми, изградени от конструкционна стомана, или кутиеобразни греди, изградени от предварително напрегнат бетон.
обискирам