Искусственные сооружения на автомобильных дорогах

Искусственные сооружения на автомобильных дорогах

Федеральное агентство по образованию

Сибирская Автомобильно-Дорожная Академия

(СибАДИ)

Реферат по курсу подвижного состава

тема: «Искусственные сооружения на автомобильных дорогах»

Выполнил: студент гр. 12АД

Проверил:

ОМСК - 2000

Содержание:

Введение - 3 -

Виды и классификация искусственных сооружений - 11 -

Элементы моста и статические схемы - 19 -

Основные правила проектирования искусственных сооружений. Состав проекта -

23 -

Основные требования к конструкциям мостов и труб - 25 -

Основные принципы расчета искусственных сооружении - 27 -

Виды водопропускных труб. Назначение их размеров - 29 -

Лотки и трубы на косогорах - 35 -

Тоннели. Область применения и классификация тоннелей - 43 -

Заключение - 48 -

Список литературы: - 49 -

Введение

Искусственные сооружения — наиболее сложная часть железных и

автомобильных дорог. Их выполняют двух видов: возводимые над поверхностью

земли мосты различного типа и водопропускные трубы, устраиваемые через

водотоки и другие препятствия; тоннели, сооружаемые под поверхностью земли

на пересечении дорогой гор, высоких холмов и при проложении в больших

городах линий метрополитенов.

Мосты строили с древнейших времен. Первоначально они имели простую

конструкцию. Их возводили из дерева и камня вручную для пешеходного и

гужевого движения. Широкие и глубокие реки оказывались трудными для

постройки мостов, которые заменяли паромными переправами или наплавными

мостами из плотов или судов.

Деревянные мосты вначале сооружали простыми балочными, затем перешли к

более сложным конструкциям.

Каменные мосты выполняли из сводов на массивных опорах. Размер опор по

фасаду моста достигал одной трети, а в отдельных случаях даже половины

пролета. Кладку осуществляли на известковых растворах или тщательной

пригонкой отдельных блоков с укладкой их насухо. Много каменных мостов было

построено в XV—XIX вв., и они существуют до сих пор в странах Западной

Европы — Франции, Италии, Испании и др. Пролеты мостов достигали 90 м,

мосты поражали красотой и совершенством своих форм. В нашей стране каменные

мосты строили преимущественно в Закавказье. Некоторые из них сохранились до

наших дней.

С началом строительства железных дорог в XIX в. стали сооружать

капитальные металлические мосты. Необходимость движения поездов потребовала

постройки достаточно прочных и надежных каменных опор. Появились новые

конструкции и способы возведения таких мостов, стали применять стальные

конструкции и бетон. Развивались и совершенствовались методы проектирования

мостов, что особенно характерно для второй половины XIX в.

Известны русские ученые, разработавшие новые конструкции и методы

строительства первых крупнейших металлических городских и железнодорожных

мостов в этот период — инж. С. В. Кербедз, построивший в 1842—1850 гг.

мосты через р. Неву с пролетами 45 и 47 м (рис. 1) и в 1853—1857 гг. мост

через р. Лугу с пролетом 55 м, и др.

Рис. 1. Городской мост через р. Неву с чугунными

пролетными строениями(1850 г.)

На гужевых дорогах с 1820 г. стали применять многорешетчатые фермы из

досок системы архитектора Тауна. Примерно в тот же период американским инж.

Гау были предложены деревянные фермы из бревен или брусьев. Выдающийся

русский инженер Д. И. Журавский (1821 —1891 гг.) внес в систему ферм Гау

изменения, разработал на основе исследований метод их расчета. Все это

позволило применять такие фермы не только на гужевых, но и на железных

дорогах. На двухпуткой железной дороге Петербург — Москва (ныне

Октябрьской) в 1847—1851 гг. было построено несколько больших мостов через

реки Волхов, Мету, Волгу и другие реки с применением ферм Гау — Журавского

с пролетами до 61 м. В дальнейшем такие конструкции широко применяли при

строительстве и особенно при восстановлении автодорожных и железнодорожных

мостов вплоть до середины XX в.

Сочетание теории и практики стало характерной особенностью русской школы

мостостроения с 50-х годов прошлого столетия. Иначе происходило развитие

мостостроения в зарубежных странах, особенно в Англии и США. В этих странах

наблюдался эмпирический подход к проектированию мостов, вследствие чего

нередко происходило обрушение мостов.

Русская школа мостостроения с самых первых шагов по пути строительства

больших мостов ведущим положением считала обеспечение безопасной

эксплуатации моста, развивая для этого экспериментально-теоретический

метод, заложенный Д. И. Журавским, и сочетая его с изучением практики

постройки мостов. Именно поэтому количество аварий мостов вследствие

недостаточной их прочности у нас за всю историю мостостроения было

незначительным.

Металлические пролетные строения мостов до 80-х годов XIX в.

изготавливали из так называемого сварочного железа, которое плавили в

пудлинговых печах. С 1885 г. появилось более качественное литое железо, В

разработке металлических пролетных строений больших мостов в конце XIX в.

необходимо отметить деятельность известного русского ученого — проф. Н. А.

Белелюбского (1845—1922 гг.). Под его руководством были разработаны типовые

пролетные строения с пролетами до 109 м, использованные в железнодорожных

мостах через реки Волга, Днепр и др. Эти мосты имели многорешетчатые и

двухрешетчатые системы ферм. По инициативе проф. Л. Д. Проскурякова в конце

XIX в. появились клепаные металлические пролетные строения треугольной

системы. Известен ряд крупных мостов через реки Енисей, Обь, Москву, Сулу и

др., построенных по его проектам. В начале XX в. по инициативе проф. Н. А.

Белелюбского и Г. П. Передерия в пролетных строениях небольшого размера и

трубах стал применяться железобетон. В системе НКПС в 1926 г. была

организована первая государственная проектная организация Мостовое бюро, а

в 1930 г. мостостроительный трест — Мостотрест. На эти организации было

возложено проектирование и строительство мостов на железных дорогах страны,

разработка норм и правил проектирования искусственных сооружений,

составление типовых проектов конструкций и технологических правил

производства работ. По их проектам в первой и второй пятилетках были

построены крупнейшие металлические мосты на реках Волге, Днепре, Енисее,

Оби, Дону и др.

Рис. 2. Железнодорожный железобетонный мост через

р. Днепр (1932 г.)

Рис. 3. Двухъярусный совмещенный железобетонный мост через

р. Старый Днепр (1953 г.)

В начале XX столетия железобетон в России применялся преимущественно в

малых мостах с пролетами до 6 м. Начало развития железобетонных конструкций

в больших мостах было положено успешной постройкой Мостотрестом в 1932 г.

арочного железнодорожного моста через р. Днепр длиной свыше 1600 м (рис.

2). До Великой Отечественной войны из монолитного железобетона построили

крупнейшие железнодорожные и городские мосты через реки Волгу, Неву,

Москву, Оку, Ангару и др. После окончания войны из монолитного железобетона

было сооружено несколько крупных мостов, из них на р. Днепр — два

уникальных совмещенных под железную и автомобильную дороги двухъярусных

моста с пролетами 140 и 228 м (рис. 3). Во время Великой Отечественной

войны было разрушено особенно много железнодорожных мостов. Только

благодаря самоотверженному труду специалистов восстановили более 16000

сооружений.

Для современного отечественного и зарубежного мостостроения характерно

применение сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций в

автодорожных мостах (рис. 4). При этом решающее значение имело историческое

решение партии и правительства в 1954 г. о широком переходе в капитальном

строительстве на индустриальные способы с использованием сборных

железобетонных и бетонных конструкций.

Впервые в мире, начиная с 1958 г., мостостроители нашей страны освоили

применение сборных железобетонных конструкций для железнодорожных и

городских мостов через реки Волгу, Москву, Дон, Днепр, Оку. Были

разработаны и получили успешное применение прогрессивные конструкции и

методы производства опор на железобетонных сваях, оболочках и столбах. В

настоящее время искусственные сооружения выполняют преимущественно сборной

конструкции из элементов заводского и полигонного производства. Освоен

эффективный навесной способ монтажа сборных конструкций с соединением

элементов при помощи полимерного клея. В крупных городских мостах успешно

применены новые системы пролетных строений из сборного железобетона, рамно-

консольные, арочно-консольные, балочно-неразрезные, вантовые. Массовое

строительство искусственных сооружений в виде малых и средних мостов,

путепроводов, эстакад, водопропускных труб в настоящее время осуществляют

преимущественно по типовым проектам с использованием унифицированных

сборных конструкций заводского и полигонного изготовления. После 1965 г.

при строительстве новых железных и автомобильных дорог широкое применение

получили весьма эффективные трубы из гофрированного коррозиестойкого

металла.

[pic]

Рис. 4. Основные системы современных предварительно напряженных

железобетонных мостов:

а — в СССР; б — в Японии; в — в Ливии; г — во Франции; д — в Италии; е

— в Австралии (по каждой схеме показан наибольший из перекрытых

пролетов данной статической системы моста)

При строительстве железнодорожных мостов с пролетами до 27 м применяют

типовые предварительно напряженные пролетные строения заводского

изготовлений". Для больших пролетов применяют металлические конструкции в

виде сплошностенчатых систем или решетчатых ферм. Получили распространение

прогрессивные конструкции с соединением элементов на электросварке и

высокопрочных болтах. Применяют новые виды высокопрочных сталей, коробчатые

сечения, цельноперевозимые конструкции. Все это позволило построить

крупнейшие мосты через реки Волгу, Северную Двину. С применением вантовых

конструкций построены городские мосты через р. Днепр в Киеве и через р.

Даугаву в Риге с пролетом до 320 м.

За рубежом с появлением железных дорог начался процесс интенсивного

развития мостостроения. Наряду со строительством крупных каменных, а

позднее железобетонных мостов в конце XIX — начале XX в. широко применяли

металлические конструкции.

В 1860 г. в Англии был сдан в эксплуатацию Фортский металлический мост с

пролетом 521 м, а в 1917 г. — Квебекский мост в Канаде с пролетом 549 м.

Построены крупнейшие металлические арочные мосты, в том числе с пролетом

503 м в Сиднее (Австралия).

Американское мостостроение отличается большим развитием конструкций

висячих систем городских мостов. Начало их применения было положено

постройкой в 1883 г. в Нью-Йорке Бруклинского моста с центральным пролетом

486 м. К настоящему времени в США, Европе и Японии построены десятки

висячих мостов с пролетами до 1500 м (рис. 5).

Характерным для современного мостостроения как в отечественной, так и в

зарубежной практике является совершенствование конструкций и способов

сооружения фундаментов опор. Вместо широко применявшегося более 100 лет

дорогого и весьма трудоемкого кессонного способа заложения фундаментов,

требующего выполнения работ под сжатым воздухом, освоены прогрессивные

способы постройки фундаментов на длинномерных железобетонных сваях, сборных

железобетонных оболочках, погружаемых в грунт мощными молотами и

электровибропогружателями. В последнее время, используя опыт строительства

БАМа, применяют фундамен ты из железобетонных столбов, опускаемых в

предварительно разбуренные скважины диаметром 80—300 см. Такие столбы могут

проходить вверх до пролетного строения, исключая необходимость устройства

ростверка.

Рис. 5. Висячий стальной мост через морской пролив (США)

В последнее время получен большой опыт строительства искусственных

сооружений Байкало-Амурской железной дороги. На всей ее протяженности в

3110 км от станции Усть-Кут на западе до станции Комсомольск-на-Амуре в

течение десятой и одиннадцатой пятилеток было построено 126 больших и 815

средних металлических мостов. С применением сборного железобетона построено

1046 малых мостов и 920 водопропускных труб под насыпями. Часть труб

выполнена из гофрированного металла. При сооружении мостов впервые в

отечественной практике опоры малых и средних мостов, расположенных на

вечномерзлых грунтах, сооружали на железобетонных столбах, опущенных в

предварительно пробуренные скважины. На дороге было построено значительное

количество подпорных стен, галерей, селеспусков.

Другой распространенный вид искусственных сооружений — тоннели — начали

строить в глубокой древности, преимущественно для подачи воды и для военных

целей.

Первый горный железнодорожный тоннель длиной 1190 м был построен в

1826—1830 гг. в Англии. В это же время началось строительство таких

тоннелей в Швейцарии, Франции, Бельгии, Германии, Италии, США и других

странах. Крупнейший в мире однопутный железнодорожный Симплонский тоннель

длиной 19,78 км, соединивший Италию со Швейцарией, был построен в 1898—

1906 гг.

Железнодорожные тоннели в России начали строить с 1859 г. За три года

были построены двухпутные тоннели длиной 427 и 1280 м на Петербург-

Варшавской железной дороге. До конца прошлого столетия сооружено большое

количество тоннелей на железных дорогах Кавказа, Сибири, Урала. Самым

крупным был Сурамский тоннель в Закавказье длиной 4 км, построенный в

1886—1890 гг. До Великой Октябрьской социалистической революции в нашей

стране было сооружено несколько десятков крупных горных однопутных и

двухпутных тоннелей на железных дорогах Дальнего Востока.

После Великой Октябрьской социалистической революции построены крупные

тоннели на линиях Казань — Свердловск, Мерефа — Херсон, на Черноморской

железной дороге и ряд тоннелей на востоке страны. Большое число

железнодорожных тоннелей построено на БАМе.

Железнодорожные тоннели строили различными способами с обделками,

защищающими движущиеся поезда от обвалов горных пород, из каменной кладки

на известковых растворах, а позднее из бетона.

Первая линия метрополитена была построена в Англии в 1863г. в Лондоне. С

этого времени сеть метрополитенов быстро росла. В 1892—1894 гг. были

построены линии метрополитенов в Чикаго и Нью-Йорке (США).

В СССР строительство метрополитенов, начатое в 1930 г., ведется

непрерывно. На 1 января 1988 г. протяженность Московского метрополитена

составляет 224 км. Построены метрополитены в Ленинграде, Киеве, Тбилиси,

Харькове, Баку, Ташкенте, Горьком, Минске, Новосибирске, Куйбышеве.

Строятся метрополитены в Днепропетровске и других городах.

Виды и классификация искусственных сооружений

Искусственные сооружения — технически сложная часть строящихся дорог. В

зависимости от условий рельефа местности расходы на постройку обычно

составляют до 10 % общей стоимости дороги, а иногда, например в горной

местности, до 25%. В период эксплуатации искусственные сооружения требуют

особо тщательного надзора и ухода.

Наиболее часто встречающиеся на дорогах искусственные сооружения — это

мосты и водопропускные трубы, реже — подпорные стены, тоннели, селеспуски,

галереи, лотки и т. п.

Мосты состоят из опор и пролетных строений (рис. 1.1). К обоим концам

моста примыкает земляное полотно подходов. На многих реках, особенно

больших, применяют регуляционные сооружения и укрепления для защиты опор

мостов и подходов от размыва высоким паводком воды и ледоходом.

По назначению дорог и роду пропускаемых подвижных нагрузок мосты могут

быть: железнодорожные для пропуска железнодорожных нагрузок (см. рис. 1.1);

автодорожные для пропуска транспортных средств по автомобильным дорогам;

городские для метрополитена, автомобильного, трамвайно-троллейбусного и

пешеходного движения; совмещенные для одновременного пропуска

железнодорожного и автомобильного транспорта; пешеходные для пешеходов;

специального назначения для пропуска водопроводов, газо- и нефтепроводов и

каналов.

По условиям расположения на местности различают следующие виды

искусственных сооружений:

путепроводы — на пересечении дорог в разных уровнях рис. 1.2, а);

разводные мосты, когда для пропуска судов устраивают разводное пролетное

строение, поднимаемое вверх (рис. 1.2, б) или раскрываемое;

виадуки при пересечении дорогой глубоких и сухих логов, оврагов, горных

ущелий, сооружаемые взамен высоких (более 15— 20 м) насыпей (рис. 1.2, в);

эстакады для пропуска железной или автомобильной дороги в городах над

магистральными улицами (рис. 1.2, г), а также' при строительстве дорог в

сильно заболоченных местах, когда экономически невыгодной оказывается

насыпь (на слабых грунтах в основании);

наплавные мосты с плавучими опорами из понтонов или барж, устраиваемые

на широких и глубоких реках, когда постройка постоянных опор не

оправдывается размерами движения, а также в случае временной необходимости,

например на период постройки капитального моста. Для пропуска по реке судов

в наплавных мостах применяют выводные секции, а на период ледохода и

ледостава такие мосты разбирают (рис. 1.2, д).

Водопропускные трубы (рис. 1.3) — сравнительно простые по конструкции и

постройке искусственные сооружения. При насыпи небольшой высоты (до 1 —1,5

м) и незначительном количестве протекающей воды иногда устраивают лоток.

Рис. 1.1. Железнодорожный мост:1 — пролетное строение; 2 — опора

Рис. 1.2. Виды мостов: а — путепровод; б — разводной;

в — виадук;

Рис. 1.2. г — эстакада; д — наплавной

Рис. 1.3. Двухочковая

водопропускная труба

Рис. 1.4. Подпорные

стены

Подпорные стены служат для поддержания откосов на сыпей на крутых

косогорах, при устройстве дорог в пределах населенных пунктов, для

ограждения построек и предохранения от подмыва конусов насыпей и откосов

дамб (возле мостов (рис. 1.4).

В горных районах, кроме того, для ограждения полотна дорог от возможных

обвалов крупных камней, каменных осыпей, снежных лавин устраивают особые

защитные искусственные сооружения — галереи, подпорные и улавливающие

стены, а для отвода грязи и каменных потоков (селей), стекающих со склонов

гор во время сильных ливней, применяют специальные сооружения — селеспуски

(рис. 1.5).

По общим размерам, сложности проектирования и способам организации

строительства искусственные сооружения принято классифицировать на четыре

группы: малые, к которым относятся мосты общей длиной до 25 м, а также

водопропускные трубы под насыпями и лотки, средние, полная длина которых до

100 м, а отдельные пролеты не превышают 42 м, большие — длиной свыше 100 м

с пролетами более 60 м, очень большие, часто называемые внеклассными или

уникальными мостами, возводимыми через большие водные пространства. По

количеству возводимых на строящейся дороге сооружений, а также по

суммарному объему работ, потребному для строительства, наибольшее

распространение имеют малые и средние искусственные сооружения.

Рис. 1.5. Селеспуски

Рис. 1.6. Железнодорожный тоннель

По сроку службы мосты бывают постоянные и временные.

Постоянные мосты проектируют с расчетом непрерывной и круглогодичной их

эксплуатации в течение многих десятилетий. Соответственно с этим строят их

из долговечных материалов — бетона, железобетона, металла,

антисептированного дерева, камня. Конструкции их рассчитывают на наибольшие

временные нагрузки, которые возможны не

только в настоящий, но и в перспективный период эксплуатации._ Временные

мосты устраивают облегченными, на небольшой срок эксплуатации, из менее

долговечных и менее прочных материалов, например из не пропитанного

антисептиками лесоматериала, местного камня и т. п.

Рис. 1.7. Поперечное сечение тоннельных обделок:

а и в — из монолитного бетона: б из сборного железобетона

для тоннеля, сооружаемого закрытым способом: 1 - свод; 2 —

стены; 3 — обратный свод; 4 — перекрытие; 5 — плоский

лоток

Комплекс сооружений, устраиваемых на пересечении дорогой постоянно

действующего водотока, называют мостовым переходом. В его состав входят

мост, земляное полотно, примыкающее к устоям, регуляционные сооружения,

направляющие водный поток, подпорные и ограждающие стены, сооружения

берегоукрепительные ограждающие и другие.

Тоннель (рис. 1.6) представляет собой искусственное сооружение,

расположенное в толще горных пород..

По назначению тоннели подразделяются на транспортные (железнодорожные и

автодорожные, городские тоннели метрополитенов, пешеходные и судоходные) ,

гидротехнические, городского хозяйства и горнопромышленные. Наибольшее

распространение получили транспортные тоннели, которые по местоположению

разделяют на находящиеся в горных массивах, подводные — под реками,

каналами, проливами и городские — под городскими проездами и кварталами.

По характеру строительства тоннели могут различаться по способу

производства работ: закрытого — строящиеся без вскрытия земной поверхности

над ними, и открытого.

Размеры и очертания внутреннего свободного пространства транспортных

тоннелей зависят от размеров и формы подвижного состава и размещаемого в

них оборудования. Поперечное сечение тоннелей метрополитенов и

железнодорожных (рис. 1.7) определяется требованиями габарита и может быть

рассчитано на один путь или два (тоннели для трех путей встречаются крайне

редко). Поперечное сечение автодорожного тоннеля определяется категорией

дороги и количеством полос движения, а также другими требованиями.

Горные железнодорожные и автодорожные тоннели проектируют по СНиП 11-44-

78; тоннели для метрополитенов — по СНиП - II-40-80.

Элементы моста и статические схемы

Основные элементы моста — опоры и пролетные строения (рис. 1.8). Опоры

различают: береговые (устои) и промежуточные (быки). Каждая опора

воспринимает нагрузку от веса пролетных строений, подвижной нагрузки,

проходящей по ним, давления ветра, льда, навала судов. На устои, кроме

Страницы: 1, 2, 3