Арков мост: конструкция, принцип и видове

Научете всичко за арковия мост: конструкция, работен принцип и видове. История, инженерни детайли и съвременни приложения — от класически виадукти до модерни решения.

Автор: Leandro Alegsa

Арковият мост е мост с опори във всеки край, оформени като извита арка. Арковите мостове функционират, като прехвърлят теглото на моста и неговите товари частично в хоризонтална опора, поддържана от опорите от двете страни. Виадуктът (дълъг мост) може да бъде изграден от поредица от арки. Днес обаче обикновено се използват други, по-евтини конструкции.

Принцип на действие

Арката работи основно на натиск: вертикалните натоварвания се предават по извивката и се превръщат в слягане и хоризонтални усилия, наричани странично натискане или „хоризонтално уплътнение“. Опорите в двата края (наскоро наричани абутменти) трябва да поемат този хоризонтален напор или да бъдат свързани чрез напречни елементи (при т.нар. вързващи или "tied-arch" мостове). За правилна работа е важно арката да е конструирана така, че в елементите да възниква предимно компресия; материалите и формата се избират с оглед на това.

Материали и строителни методи

  • Камък и тухла — класическите аркови мостове (римски, средновековни) са изграждани от каменни или тухлени блокове, които работят изцяло на натиск.
  • Бетон — масивен или въоръжен бетон позволява по-тънки напречни сечения и по-големи отвори; често се използва за модерни пътни виадукти.
  • Стомана — стоманените арки (цели или ламаринени греди) дават възможност за големи греди с малко тегло и по-голяма еластичност при динамични натоварвания.
  • Комбинации — например стоманено-бротенични или бетонно-стоманени решения, при които арката и настилката са интегрирани.

Видове аркови мостове

  • Полукръгъл (романски) — класическа форма с пълен полукръг; добра за каменни мостове.
  • Сегментален — арка, чиято извивка е по-ниска от полукръга; дава по-малки хоризонтални сили и често се използва при по-плитки пролети.
  • Триумфален/многопролтен (виадукт) — серия от последователни арки за пресичане на дълги долини.
  • Преграден/Deck arch — настилката е разположена върху арката; видима арка под пътното платно.
  • Through arch (пропускащ) — настилката минава през арката; арките се издигат над нивото на настилката и товарът спира чрез вертикални или наклонени окачвания.
  • Tied-arch (вързващ) — арката е „обвързана“ в долната част със свързващ елемент (напр. греда или трегер), който поема хоризонталните сили и освобождава опорите от голямо странично натоварване.

Предимства и недостатъци

  • Предимства: висока носимоспособност при компресионни елементи, естетика и историческа стойност, възможност за големи пролети при подходящи материали, дълъг експлоатационен живот (особено при каменни решения).
  • Недостатъци: нужда от масивни опорни съоръжения при традиционните арки, по-сложно изпълнение и скъпа форма при големи бетонни или стоманени арки, сравнително голямо собствено тегло при масивни конструкции.

История и примери

Арковите мостове имат дълга история — римляните усъвършенстват каменните арки и строят дълготрайни съоръжения (напр. акведукти и мостове). В модерната епоха стоманата и армировката позволиха по-леки и по-ефективни аркови конструкции. И до днес арковите мостове се използват както за функционални, така и за архитектурни решения в градската и инфраструктурна среда.

При проектиране на арков мост се отчита геометрията на извивката, вида на настилката, условията на основите и динамичните натоварвания (движение, вятър, сеизмичност). Поддръжката обикновено включва наблюдение на пукнатини при бетонните и каменните арки, корозионна защита при стоманените елементи и контрол на утаяването около опорите.

Мост с каменна арка над Маккормик Крийк в щата Индиана. Включен е в Националния регистър на историческите места.  Zoom
Мост с каменна арка над Маккормик Крийк в щата Индиана. Включен е в Националния регистър на историческите места.  

История

Най-старият съществуващ сводест мост може би е микенският мост Аркадико в Гърция. Той е построен около 1300 г. пр. Хр. и все още се използва като каменен арков мост. Добре запазеният елинистически мост Елевтерна е с триъгълна корбелна арка. Пешеходният мост в Родос от IV в. пр.н.е. почива на ранна арка от вусоар.

И етруските, и древните гърци са знаели за арките. Но римляните са първите, които използват арките за строеж на мостове.

Римските сводови мостове обикновено са били полукръгли. Някои от тях са били и сегментни (като моста Алконтар), което означава, че има извита арка, по-малка от полукръг. Такъв сегментен сводов мост е позволявал под него да преминават големи количества вода при наводнения. Това би предотвратило отнасянето на моста по време на наводнения. Също така самият мост би могъл да бъде по-лек. По принцип римските мостове са имали клиновидни първични дъговидни камъни (наречени voussoirs) с еднакви по размер и форма. Римляните са строили както единични мостове, така и дълги акведукти с множество арки. Техните мостове са имали отвори за наводнения в стълбовете.

В средновековна Европа строителите на мостове усъвършенстват римските конструкции, като използват по-тесни стълбове. Те използват по-тънки арки и по-ниски съотношения между разстоянията и височината на мостовете. Въведени са и готически заострени арки, които намаляват страничната тяга. Особено през XIV в. строителството на мостове достига нови висоти. Размерите на мостовете, достигащи до 40 метра, са били нечувани дотогава при изграждането на зидани арки.

През XIX век стоманата поевтинява и позволява изграждането на още по-дълги мостове. Свързаните дъговидни мостове стават широко разпространени, тъй като не се нуждаят от големи и скъпи основи. Някои от тях в края на XX в. са направени с дължина над 500 метра.


 

Обикновени мостове с арка на натиск

Предимства на простите материали

Камъкът, тухлите и други подобни материали са здрави на натиск. Те са доста здрави при срязване. Но не могат да устоят на голяма сила при опън. В резултат на това зиданите дъговидни мостове се проектират така, че да бъдат постоянно подложени на натиск. Всяка арка се изгражда върху временна подложна рамка, известна като центриране. При първите аркови мостове, работещи на натиск, ключов камък в средата на моста е поемал тежестта на останалата част от моста. Колкото повече тежест се поставяла върху моста, толкова по-здрава ставала конструкцията му. При зиданите дъговидни мостове се използва запълващ материал (обикновено уплътнен трошен камък) над арката, за да се увеличи това собствено тегло на моста. Това също така предотвратява появата на напрежение в пръстена на арката при движението на товара по моста. Използван е и неармиран бетон. Когато се използва зидария (дялан камък), ъглите на лицата са изрязани, за да се минимизират силите на срязване. Когато е използвана произволна зидария (неодялани и неподготвени камъни), те са заздравени. Разтворът се оставя да стегне, преди да се премахне фалшивата конструкция.

Последователност на строителството

  • Когато арките са разположени в коритото на водния поток (на стълбове или брегове), водата се отклонява. Това се прави, за да може първо да се изкопае чакълът и да се замени с добра основа (от здрав материал). От тях се издигат или повдигат фундаментните стълбове до височината на предвидената основа на арките. Това е точка, известна като "пружина".
  • Изгражда се фалшива центрираща конструкция (на британски английски: arch frame), обикновено от дървен материал. Всяка арка на многоарков мост създава натиск върху съседните арки. По тази причина е необходимо или всички арки на моста да бъдат повдигнати едновременно, или да се използват много широки опори. Натискът от крайните арки се поема в земята от значителни (вертикални) фундаменти по стените на каньона.
  • Няколко арки се изграждат (или една арка се изгражда) върху центрирането. След като всяка основна арка е изградена. Арките се стабилизират (или арката се стабилизира) с пълнежна зидария. Те могат да бъдат положени в хоризонтални курсове (слоеве) на текуща връзка. Те могат да образуват две външни стени, известни като шпангоути, които след това се запълват с подходящ насипен материал и чакъл.
  • Пътят е асфалтиран, а парапетни стени насочват движението към моста.

Дъговидните мостове са един от най-старите видове мостове и са съществували в продължение на хиляди години. Дъговидните мостове имат голяма естествена здравина.

Първоначално те са били изградени от камък или тухла, но в наши дни се строят от стоманобетон или стомана. Въвеждането на тези нови материали позволява дъгообразните мостове да бъдат по-дълги и с по-малки разстояния.

Вместо да се изтласква направо надолу, натоварването на един сводов мост се пренася навън по извивката на свода към опорите във всеки край. Тежестта се прехвърля към опорите в двата края.

Тези опори, наречени устои, носят товара и предпазват краищата на моста от разтягане.



 Работен процес по римския мост при Лимира: фалшивата конструкция е преместена в друг отвор веднага след завършването на долното ребро на арката  Zoom
Работен процес по римския мост при Лимира: фалшивата конструкция е преместена в друг отвор веднага след завършването на долното ребро на арката  

Галерия

·         Pointed arch of the Puente del Diablo in Spain

Заострена арка на Puente del Diablo в Испания

·         Ponte Vecchio, a medieval shop bridge

Понте Векио, средновековен мост с магазини

·         Late medieval Krämerbrücke supporting two rows of houses

Късносредновековен Krämerbrücke, поддържащ два реда къщи

·         Ponte Santa Trinita. First bridge with elliptic arches

Ponte Santa Trinita. Първият мост с елипсовидни арки

·         A masonry Chinese moon bridge showing the buttressing approach ramps that take the horizontal thrust of the arch

Зидан китайски мост на луната, на който се виждат подпорните рампи, които поемат хоризонталната сила на арката

·         Fredrikstad bridge in Fredrikstad, Norway

Мостът на Фредрикстад във Фредрикстад, Норвегия

·         The Main Street Bridge in Columbus, OH is the only inclined-arch suspension bridge in North America.

Мостът на главната улица в Кълъмбъс, щата Охайонес, е единственият висящ мост с наклонена арка в Северна Америка.

·         The Chaotianmen Bridge in Chongqing, China, is the world's longest arch bridge.

Мостът Чаотянмен в Чунцин, Китай, е най-дългият сводест мост в света.

·         Bridge of Arta in Arta, Greece

Мостът на Арта в Арта, Гърция

·         By US legal standards[7] this Italian culvert is an arch bridge

Според правните стандарти на САЩ този италиански водосток е дъгов мост.

·         The Garabit Viaduct is a wrought iron truss arch bridge.

Виадуктът Garabit е сводов мост от ковано желязо.



 

Въпроси и отговори

В: Какво представлява дъговият мост?


О: Дъговият мост е вид мост с опори във всеки край, оформени като извита арка.

В: Как работят дъговите мостове?


О: Арковите мостове функционират, като прехвърлят тежестта на моста и неговите товари частично в хоризонтална тяга, поддържана от опорите от двете страни.

В: Могат ли виадуктите да бъдат направени от арки?


О: Да, виадуктите (дълги мостове) могат да бъдат изградени от поредица от арки.

В: Използват ли се днес обикновено други конструкции за виадукти?


О: Да, днес вместо арки за виадукти обикновено се използват други по-евтини конструкции.


обискирам
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3