Вы здесь

Висячие металлические конструкции: достоинства и проблемы

03.03.2005 10:41
Просмотров: 8 862
Версия для печати

Преобладающее большинство металлических сооружений и конструкций выполняется из стали, которая в современном строительстве остается одним из основных видов строительных материалов. Благодаря высокой прочности стальные конструкции оказываются более легкими и технологичными при возведении сооружений любых размеров. В промышленном и гражданском строительстве в применении металлических конструкций наблюдается тенденция роста, несмотря на широкое использование железобетона (их доля от общего числа сооружений — примерно 15–25%). В транспортном строительстве Беларуси металлические мосты дорожного и коммунального секторов составляют до 9% парка мостовых сооружений. Тем не менее основной и более дешевый строительный материал – железобетон – не мешает использованию стали, без которой он и сам не может существовать как композитный материал.

Стремление перекрывать большие пространства выражено наиболее ярко в мостостроении. Особое положение в нем занимают так называемые висячие сооружения – самые эффективные при перекрытии акваторий огромных размеров. В современной мировой практике максимальная длина пролета приближается к двухкилометровому рубежу и составляет 1991 м. В условиях рельефа Беларуси нам доступны менее обширные пространства, в которых целосообразнее использование металлических мостовых сооружений с пролетами в 100–200 м. В нашей республике построено небольшое количество висячих сооружений, но с точки зрения их экономичности, эстетической значимости и влияния на окружающую среду они представляют определенный интерес.

Первый висячий мост длиной 89 м на территории нашей республики построен в 1836 г., соединив берега Западного Буга у крепости Брест-Литовск. В то время строительство подобных конструкций было уже достаточно развито в Европе, затем и Россия заняла передовые позиции в этой области. Строительство легких висячих мостов связано с прогрессом в тяжелой промышленности, где вместо чугуна освоивалось массовое производство железа. Несмотря на явные успехи в своем развитии‚ висячие мосты не имели достаточной жесткости и подвергались опасным колебаниям. Неоднократные аварии предопределили дальнейшее их совершенствование. С одной стороны‚ это коснулось расчетов висячих конструкций, с другой – у мостостроителей возрастал интерес к новому материалу – железобетону, у которого были и свои противники. Однако с 1907 г. по рекомендации Главного военно-инженерного управления в качестве основного материала для строительства мостов принимается железобетон, в то время еще недостаточно изученный, но очень долговечный материал. Одной из главных причин являлся тот факт, что железобетонные конструкции обладали большим сопротивлением при воздействии взрывной волны, тогда как металлические разрушались почти мгновенно. Сегодня нельзя сказать, что эти два вида материалов являются конкурирующими. Напротив, каждый из них занимает свое определенное место в строительной отрасли.
Через 140 лет‚ в 1976 г.‚ вновь у Брестской крепости‚ но уже над Мухавцом появляется висячий пешеходный мост. Он построен на месте старого деревянного моста, который имел несколько промежуточных опор в русле реки. Новая конструкция висячего пролетного строения позволила перекрыть без промежуточных опор русло реки шириной 79 м. Увеличился и подмостовой габарит сооружения, что имело значение в то время для судоходства. В конструкции пролетного строения используются две главные металлические двутавровые балки высотой всего лишь в 50 см, соединенные поперечными балками меньшего сечения и диагональными связями. На балку жесткости уложен легкий деревянный настил. Особенностью этого висячего моста является закрепление несущих канатов к главным балкам в середине пролета. Это позволило увеличить жесткость висячей системы и снизить ее вертикальные колебания. Балка жесткости подвешена к несущим канатам, изготовленным из тонкой стальной проволоки диаметром около 2 мм, а диаметр каждого каната составляет 68 мм. Длина висячей конструкции, с учетом пролетов оттяжек несущего каната — 128 м при высоте пилонов около 15 м. Полная длина моста, которая включает металлическую висячую систему, железобетонную эстакаду с лестничными сходами и подземные железобетонные анкерные опоры, — более 141 м. Пилоны моста выполнены из железобетона, а их форма является продолжением архитектурной идеи мемориального комплекса “Брестская крепость- герой”.

Висячий мост в парковой зоне Новолукомля, построенный в 1980 г. через подводящий канал Новолукомльской ГРЭС, также предназначен для пешеходного движения. Длина главного пролета моста – 70 м. Полная же протяженность сооружения, включающая пролеты оттяжек несущего каната, – 113 м. Балка жесткости моста состоит из двух металлических двутавров высотой по 80 см, соединенных между собой горизонтальными и диагональными связями жесткости. На балке жесткости смонтированы тонкие железобетонные плиты, составляющие мостовое полотно сооружения. Конструкция подвешена к несущим канатам в двух плоскостях при помощи тонких металлических стержневых элементов – стрингеров. Ширина моста составляет 3,5 м. Пилоны моста высотой 10 м представлены железобетонными элементами в виде арок параболического очертания. Несущие канаты опираются в вершинах пилонов-арок на шарнирные металлические опоры, а по концам закреплены в анкерные железобетонные опоры, расположенные ниже уровня земли. Отказ от висячей конструкции в случае применения балочной системы потребовал бы возведения промежуточных опор в русле канала, глубина которого составляет около 4 м. Если перекрыть данный пролет железобетонной балкой без промежуточных опор, то ее высота составила бы около пяти метров. В практике мостостроения известны и такие сооружения — балочный однопролетный мост “Мукенхамерграбен” длиной 60 м из монолитного железобетона, построенный в 1953 г. в Австрии. На этих примерах хорошо просматриваются “контрастные” стороны двух типов конструкций, однако многое зависит от возможностей и условий строительства.

Рекордной в Беларуси по длине пролета (193 м) сегодня является конструкция висячего пешеходного моста через Неман в г. Мосты. Балка жесткости представлена в виде металлической фермы, подвешенной на тонких металлических канатах диаметром всего лишь 36 мм. Ширина пролетного строения моста составляет 1‚5 м. Здесь применена особая система подвески балки жесткости, при которой в каждой плоскости подвеса несущие канаты образуют систему пересекающихся нитей. Это позволяет увеличить жесткость висячей системы и по-другому распределить нагрузку на несущие канаты по отношению к классической схеме. Такая конструкция потребовала и специальных методов расчета висячей системы, и особых методов монтажа конструкций при строительстве моста. После установки системы канатов на пилоны выполнялась раздельная регулировка их натяжения, а затем осуществлялась посекционная подвеска элементов балки жесткости с использованием специальных грузов. Пилоны этого сооружения сделаны в виде мачтовых металлических конструкций небольшой высоты, расширяющихся к основанию. Для повышения устойчивости сооружения во время интенсивных ветровых воздействий применены дополнительные канаты – так называемые ветровые растяжки пилонов.

В Беларуси известно еще одно металлическое мостовое сооружение висячей системы на Немане – трубопроводный переход в Гродно, который выполнен по классической схеме однопролетных висячих мостов. Этот мост протяженностью в 220 м имеет главный пролет длиной 132 м при высоте пилонов около 17 м.
На примерах этих сооружений хорошо прослеживаются конструктивные решения, приводящие к экономии материалов. Отсутствие промежуточных опор обеспечивает минимальное воздействие сооружений на окружающую среду с точки зрения экологических проблем. Возможно, что применение висячих мостов в некоторых случаях позволит решить существующие проблемы местного значения. Например, есть необходимость строительства пешеходного моста через Днепр в г. Орша. Дело в том, что ремонт железобетонного моста, связывающего микрорайон с основной частью города, сопряжен с определенными сложностями. Ширина проезда на этом сооружении не соответствует современным нормам, и поэтому возможен вариант расширения мостового полотна за счет переноса пешеходного движения на новый переход. Проблема осложняется не только недостаточным габаритом, но и серьезными дефектами в железобетонных конструкциях, которые имеют недостаточную грузоподъемность.

В современных конструкциях транспортных сооружений также проявляется творческий интерес проектировщиков к висячим системам. Например, металлический вантовый навес минского автовокзала “Московский” в плане выполнен в виде кольцевого сектора, который располагается со стороны трех стен железобетонной башни-пилона. Радиус внешнего контура кольцевого сектора составляет 35 м, внутреннего – 24 м. Внутренний контур навеса соединен шарнирно с башней-пилоном при помощи горизонтальных связей – балок-спиц. Каркас навеса изготовлен из тонкостенных металлических элементов замкнутого поперечного сечения. По внешнему и внутреннему контуру навес подвешен на 54 вантах к башне-пилону. Этот элемент сооружения имеет в плане квадратное сечение с размерами 6ґ6 м. С противоположной стороны кольцевого сектора башня-пилон уравновешивается двумя канатами-оттяжками. Получился‚ по сути‚ своеобразный вантовый пешеходный мост, который вместо подвижной нагрузки воспринимает нагрузку от снегового покрова. Это выразительное архитектурное произведение, имеющее объемность в перспективе внутреннего пространства объекта, изменяет обыденность главной транспортной магистрали столицы в окружающей обстановке.

Строительные сооружения, обладающие художественными достоинствами, требуют надлежащего отношения к ним. Сохранение их облика является не менее важной задачей, чем создание, так как они принадлежит обществу. Многие из них могли бы служить дольше и, следовательно, быть эффективнее. Ведь стоимость нового строительства всегда намного превосходит стоимость систематических ремонтов. Если ремонты не проводить, то через некоторое время стоимость восстановления конструкций может быть значительной. Когда эти показатели становятся соизмеримыми, то приходится с опозданием признавать необходимость предстоящих затрат. В этой связи достаточно вспомнить обрушение тротуарных консолей арочного моста в Витебске в 2002 г. или обрушение пролетного строения пешеходного моста в Минске в 1999 г. Срок службы этих сооружений составил 47 лет (Витебск) и 23 года (Минск). Вообще эта проблема, касающаяся любых конструкций, не является технической и, наверно, поэтому до настоящего времени трудноразрешима. Здесь прогнозы и предложения специалистов получают только мнимое одобрение или просто игнорируются.
При обследовании металлического вантового навеса автовокзала “Московский” выявлены несовершенства конструкций, требующие корректировки. Например, необходимо увеличение вертикальной жесткости навеса, что позволит снизить амплитуду колебаний конструкции при сильных порывах ветра и уменьшить силовые динамические воздействия на опорные узлы висячей системы. В сооружениях подобного типа всегда предусматриваются конструктивные меры по снижению опасных колебаний. В данном случае проектировщикам следует рассмотреть возможность использования ветровых растяжек, а также реализовать способы изменения податливости шарнирных узлов и другие косвенные методы.

При анализе исполнительной документации этого сооружения обнаруживаются факты невыполнения ответственных технологических операций по защите металлических элементов и конструкций от коррозии. Это значит, что эксплуатация его начата при пониженных показателях долговечности сооружения, которые пока еще могут быть восстановлены. В 2003 г. для технической службы автовокзала “Московский” разработаны рекомендации и правила эксплуатации вантового навеса. Однако окончательные решения пока еще не приняты. В таких ситуациях следует действовать оперативно. Например, при обнаружении дефекта опирания балки жесткости висячего моста в Бресте эксплуатирующая служба устранила дефект в течение нескольких дней, и проектная жесткость конструкции, таким образом, была восстановлена. Опасные колебания конструкции снизились до минимума, и эксплуатационные качества сооружения улучшились.
Проблемы эксплуатации сооружений возникают не с момента ввода их в эксплуатацию, а намного раньше. Если при проектировании допущены какие-либо погрешности, то они могут быть устранены на этапе экспертизы проекта. В противном случае они создают проблемы уже на строительной площадке, которых можно было бы избежать при соблюдении элементарных технологических операций. Примеров из практики можно найти достаточное количество. Одна из причин – неудовлетворительная организация внутреннего контроля качества технологических операций на строительной площадке. Ошибочное мнение о том, что элементарные погрешности можно допустить, является причиной приемки работ и со стороны внешнего технического контроля. В результате в последующих технологических операциях накапливаются “незамеченные” ошибки. Часто “мелкие” замечания со стороны технического надзора игнорируются либо создаются условия для их непринятия. В таких ситуациях грамотный подход к делу уже не играет большой роли – сооружение необходимо вводить в эксплуатацию. Отрицательное проявление таких ошибок происходит со временем и выражается в снижении долговечности и других эксплуатационных качеств сооружения. В данном случае можно говорить о некотором гипотетическом уровне производственной культуры, сложившейся на сегодняшний день. Этот уровень устанавливается в результате деятельности инженерно-технического персонала, принятия грамотных и менее грамотных решений и зависит от различных причин. Он отчетливо проявляется, когда на строительной площадке осуществляются действия, не укладывающиеся в жесткие рамки нормативных документов, – предельный уровень уже достигнут. В таких ситуациях ограничения строительных норм легко снимаются виртуальными решениями “компетентных” специалистов. Повысить уровень производственной культуры можно при постепенном увеличении грамотных решений. Здесь первостепенное значение имеет качественная сторона подготовки новых и повышение квалификации действующих специалистов. В этой области давно есть свои проблемы, одна из которых – низкая мотивация к получению специальных знаний. Увеличение количества специалистов технического надзора не решает проблемы качества в целом и имеет формальный характер.

Возможно, одним из лучших решений проблемы качества является поэтапный ввод объекта в эксплуатацию. В этом случае на первом этапе выявляются и устраняются существующие несовершенства, а также анализируется вся исполнительная документация, оценивается полнота технологических операций. Очень важно знать, в каких технологических операциях допускались несоответствия. В реальности подрядчик не заинтересован в полном сохранении такой документации. На практике это приводит к известным результатам: подрядчик с низким уровнем производственной культуры продолжает работать в своем стиле. Таким образом, первый этап необходим для формирования информации о начальном состоянии сооружения и объективной оценки деятельности подрядчика. Видимо, эти проблемы пока непреодолимы. Однако здесь важно установить временные рамки данной технической процедуры. На втором этапе сооружение принимается в эксплуатацию, если условия первого этапа приемки выполнены.

При надлежащем содержании металлических конструкций их срок службы может быть достаточно большим. Например, на защитную покраску знаменитой Эйфелевой башни‚ построенной в 1889 г.‚ расходуется около 40 т лакокрасочных материалов при возобновлении покрытия через каждые семь лет. Более того‚ затраты на содержание сооружений должны планироваться уже на этапе их проектирования‚ а само содержание находиться под постоянным и действенным контролем. Такая постановка проблемы у нас становится более актуальной вместе с ростом количества уникальных металлических конструкций. При этом не требуется применения высоких технологий или дорогостоящего оборудования. Необходимо лишь придерживаться концепции рационального использования имеющихся ресурсов и профессионально решать возникающие проблемы, не отрицая их реального существования.


 

 

 

 

Читайте также
23.07.2003 / просмотров: 21 751
Давайте попутешествуем во времени, «пробежимся» по разным уголкам Земли и пристально вглядимся в свои родные места, полюбуемся и восхитимся...
06.09.2004 / просмотров: 6 405
Беларусь богата великолепными пейзажами и развитыми историческими традициями садово-парковой архитектуры, что является прекрасной основой для...
06.09.2004 / просмотров: 14 184
180 лет назад началось строительство выдающегося памятника технической культуры Европы ХIХ в. — Августовского канала, названного так по имени...