Вантові системи: будова, переваги, особливості й недоліки

Скільки різновидів мостів у світі? Десятки! Арочні, консольні, розвідні, льодові, понтонні, відсувають, затоплювані, підйомні, поворотні, висячі, балкові, столоподобні і багато інших. Але в цій статті ми поговоримо з вами про естетично вивіреною і надійної варіації - з висячими вантовими конструкціями покриттів, а також і про самих таких системах.

Вантові і висячі системи

Висячі конструкції - це сталеві споруди, несучі складові яких спрямовані на розтягування. Вони тут такі:

сталеві дротяні канати;

смугова або кругла сталь;

мембрани (особливі сталеві листи);

прокатного виду профілі (для представлення - жорсткі металеві нитки), здатні не тільки на розтяг, але і на вигин.

Вантові конструкції, на відміну від попередніх, у покритті мають не тільки розтягнуті нитки, але і жорсткі елементи. Останні працюють як раз-таки на вигин, на них можливо накласти огорожі, в т. ч. включають в себе покрівлю і настил. І висячі, і вантові системи здатні перекрити собою проліт відстанню до 200 м. Однак середня довжина їх на практиці коливається в межах 50-150 м.

Переваги конструкцій

Перерахуємо переваги висячих і вантових конструкцій:

Створення сприятливої основи для видимості, акустики, освітлення.

Можна застосовувати різноманітні конструктивні форми вантових висячих конструкцій, що веде до різноманіття варіацій архітектурних виконань.

Мости даного виду здатні перекривати значної довжини прольоти.

При будівництві об'єкта не можна не відзначити хорошу транспортабельність застосовуються конструкцій - гнучкі стрічки та канати можливо згорнути в рулони або бухти.

Процес зведення мосту спрощується тим, що не потрібно встановлювати помости, будівельні ліси.

При сприйнятті навантаження в розтягнутій конструкції несучих працює цілком вся площа перерізу. При використанні в їх виробництві високоміцної сталі за рахунок цього якості можна істотно зменшити витрату даного металу.

Недоліки конструкцій

Торкнемося недоліків висячих і вантових покриттів:

Спостерігається підвищена ступінь деформації конструкції - особливо це характерно для висячих різновидів, т. к. там для стабілізації ниток необхідно встановити попереднє напруження.

Для сприйняття розпору розтягнутих несучих складових потрібно пристрій ряду опорних контурів.

У деяких випадках наявності труднощі влаштування системи водовідведення.

Особливості вантових систем

Склад вантових підвісних конструкцій - це несучі прямолінійні розтягнуті канати або троси, а також жорсткі складові - стійки, балки та ін. З урахуванням того, що ванти прямолінійні, вони можуть складатися з смугових профілів або стрижнів. Важливо зазначити, що кут нахилу вант не повинен доходити до 25-30 градусів. Найпростіша схема вантових систем - це вантово-балочна. Для неї характерно, що ванти в одному або декількох місцях підтримують балку жорсткості. При цьому самі вони або розходяться променями з вершин пілонів, або нагадують обриси арфи, коли йдуть паралельно один одному.

Різновиди висячих систем

Після вантових систем подивимося на різновиди висячих:

Однопоясние . Виконуються над приміщеннями як круглої, так і прямокутної форми. Сприйняття розпору металевих ниток забезпечується пілонами, відтяжками, прибудовами до будівлі і ін. Характерно використання гнучких ниток або арок в якості проміжних опор. Покриття стабілізується покрівельними залізобетонними панелями, замонолічуванням швів.

Двупоясні . Крім несучих канатів, також мають стабілізуючі, які з'єднуються з несучими розтяжками або розпірками. Найменше недоліки висячих систем виявляються при використанні опукло-увігнутою комбінованої схеми покриття.

Тросові сітки (різновид двупоясних). Їх незаперечні плюси - різноманіття формоутворення та архітектурні переваги, що досягаються при кваліфікованому проектуванні.

Мембранні покриття . Це складаються з листів або смуг суцільні одношарові покриття, які розкроєні і з'єднані таким чином, що утворюють заздалегідь заплановану поверхню двоякою або одинарної кривизни. Їх виділяє на тлі інших висячих конструкцій виконання огороджувальної і несучої завдання. Але суттєві недоліки мембранного покриття - це мала вогнестійкість у зв'язку з великими поверхнями відкритого металу, незахищеність від корозії, внаслідок чого мінімальна товщина листа сталі повинна бути в межах 4-5 мм при допустимих 1-2 мм. Мембрани можуть бути циліндричної, кругової, шатрової форми.

Перейдемо конкретно до висячим і вантових мостів.

Вантовий міст

Ця різновид характеризується особливим видом несучих систем - вантовими фермами, яких утворюють розтягнуті гнучкі стрижні (ванти). Іноді зустрічаються комбіновані варіації, в яких нижні частини даних ферм замінюються балками жорсткості. Робота останніх спрямована на вигин, а функція - підтримувати платформу проїжджої частини. Ванти тут - високоміцний дріт, сформована в пучки, або сталеві канати. І вантові ферми, і комбіновані системи в цій структурі підтримуються пілонами. З місць підвішування вант на пілоні горизонтальна складова їх опорного тиску передається на анкери системою відтяжок. Якщо є балка жорсткості, то кінці відтяжок закріплюються на ній, чому система перетворюється у зовнішньо безраспорную. Конструкція проїзної частини прикріплюється вже до вузлів вантових ферм.
Перший вантовий міст в Радянському Союзі побудували в 1932 р. - через річку Магану (сучасна Грузія). Однак перший міст сучасної вантової системи з'явився тільки в 1956 р. - це шведський Стомсунд. Піонерське вантове ж/д споруда була побудована в 1979 р. в Белграді. Перший вантовий міст на території сучасної Росії - це Жовтневий через річку Шексну (Череповець). Його будівництво закінчилося в 1979 році. У РФ також знаходиться і вантове споруда-рекордсмен. Це Російська міст у Владивостоці, перекриває протоку Босфор Східний. Він виділяється самим довгим прольотом - 1104 м (загальна довжина при цьому - 1886 м), який підтримують два пілона.

Достоїнства і недоліки вантового мосту

Розглянемо плюси і мінуси таких мостів. Для кращого сприйняття ми вирішили представити вам їх у вигляді таблиці, розташованої нижче.

Переваги



Недоліки



Легкі несучі конструкції



Знижена жорсткість - використовуються тільки в якості міських або автомобільних мостів



Перекриває здатність досить велика



У рідкісних випадках можна використовувати в ролі ж/д моста - тільки при певній конструкції балки жорсткості



Витрата матеріалу мінімальний, до того ж не потрібно закупівля дорогих конструкцій







Можливо зробити навісний монтаж







Архітектурна естетичність







На відміну від висячих більш нерухомі





На закінчення розглянемо і висячі мости.

Висячий міст

Висячий (інакше - підвісний) міст - споруда, чия основна несуча конструкція - це гнучкі елементи (канати, ланцюги, кабелі і ін), що працюють на розтягнення, а проїжджа частина знаходиться в підвішеному стані. Такі мости - справжня знахідка у випадках, коли потрібна велика покриття, а проміжні опори встановити небезпечно або зовсім неможливо (наприклад, на судноплавній річці). Несучі конструкції підвішуються між побудованими на обох берегах пілонами. До цих тросах вже прикріплюються вертикальні балки, до яких безпосередньо підвішується дорожня частина основного прольоту. Зосереджене навантаження дозволяє змінювати несучої конструкції свою форму, що зменшує жорсткість мосту. Щоб цього не траплялося, дорожнє полотно посилюється поздовжніми балками. Перші висячі мости будували ще древні єгиптяни, інки, інші народності Центральної і Південної Америки, Південно-Східної Азії. Конструкції сучасного вигляду почали з'являється в XVII-XVIII ст. в Іспанії, Франції, Великобританії, а пізніше в США. У Росії перший висячий міст був побудований в 1823 р. у парку Екатерингоф в Петербурзі. Одним з найбільш відомих на сьогодні вітчизняних підвісних мостів можна назвати Кримський в Москві, побудований в 1938 р.

Достоїнства і недоліки висячих мостів

Розглянемо плюси і мінуси даних підвісних споруд, які представлені в таблиці нижче.

Переваги



Недоліки



Для будівництва довгого основного прольоту потрібна порівняно невелика витрата матеріалу



Недостатня жорсткість - міст небезпечно експлуатувати, наприклад, при штормі



Невеликий власний вагу споруди



Для надійності опор-пілонів потрібен капітальний фундамент



Мости даної конструкції можна побудувати високо над водною гладдю, що дуже до речі для судноплавних водоймищ



При сильно нерівномірному навантаженні полотно висячого мосту має властивість прогинатися, що перешкоджає її використанню в якості ж/д



Немає необхідності в установці проміжних опор







Під сильною дією стихії або сейсмічними навантаженнями дані мости можуть згинатися, не завдаючи ніякої шкоди конструкції в цілому





Ось і все, що нам хотілося розповісти вам про вантах, вантових конструкціях, мостах. Підвісні і вантові покриття - легкі в будівництві, здатні покривати великі прольоти, гармонійно виглядають, що надають простір для конструкторських рішень. Однак у них також є і свої недоліки, зводять обмеження, наприклад, для побудови певного типу мостів.