Начиная с первого ствола дерева, проложенного через русло ручья, люди на протяжении веков создавали все более изощренные конструкции мостов. Инновации привели к тому, что для прокладки водных путей и каньонов использовались различные структуры и типы материалов. Сейчас принято видеть массивные, замысловатые современные мосты, которые протягиваются на удивительно большие расстояния. Самый длинный в мире мост - Большой мост Данян-Куншань, стоимостью 8,5 миллиардов долларов США, протягивается более чем на 100 миль по скоростной железной дороге.
7 различных типов мостов
- Арочный мост;
- Балочный мост;
- Консольный мост;
- Подвесной мост;
- Вантовый мост;
- Привязной арочный мост;
- Фермерский мост;
Мосты работают, балансируя силы физики через надстройку (балки, фермы и т.д.), которая несет на себе настило моста и его нагрузку, и подконструкцию (колонны, опоры, пирсы и опоры), которая укладывает нагрузку в грунт. Мост должен сопротивляться движению, чтобы обеспечить устойчивую поверхность для пересечения водораздела. Правильное проектирование и строительство моста могут обеспечить идеальное равновесие для удержания моста в вертикальном положении.
1. АРОЧНЫЙ МОСТ
Римляне построили более 1000 каменных арочных мостов, некоторые из которых сохранились до наших дней, например, мост Пон-Сен-Мартен в итальянской долине Аоста (построен в I веке до н.э.). Этот мост был построен более 3000 лет назад. В настоящее время для строительства современных арочных мостов также используется бетон.
Нагрузка моста - это вес самого моста (называемый мертвым грузом) в сочетании с весом того, что он несет (живой груз). Арочный мост использует силы тяжести и веса, которые в противном случае могли бы направить мост вниз, чтобы удержать его вместо этого.
Арочный мост работает, передавая давление гравитации вниз внутрь к центру конструкции - к центральному камню, называемому "кистевым", - а не прямо вниз. Этот принцип называется компрессионным и позволяет арке внизу поддерживать поверхность, или палубу, над ней.
Фиксированные арочные мосты могут быть дестабилизированы колебаниями температуры, поэтому конструкция арки иногда модифицируется петлями на каждом основании и даже в центре пролета. Это помогает более длинным арочным мостам адаптироваться к расширению или сжатию своих материалов при резком изменении температур.
2. БАЛОЧНЫЙ МОСТ
Простота балочного моста сделала его первым типом моста, когда-либо построенным. Он все еще самый дешевый в строительстве. Все, что вам нужно, это поперечная балка, покрывающая пролет, поддерживаемая абатментом на каждом конце. Один из типов балочного моста - балочный мост, в котором в качестве арматуры используются стальные балки.
Гравитация - это большая проблема при строительстве моста, потому что, в отличие от здания, большая часть того, что находится под ним, - это пустое пространство. Балочный мост может опираться только на два абатмента, один с обоих концов, чтобы противостоять гравитации и нести всю свою нагрузку.
Но вот в чем опасность балочных мостов: Чем длиннее мост и чем больше людей, машин и других вещей он несет, тем больше его общая нагрузка. И чем дальше от абатментов балочного моста, тем менее стабильна конструкция.
Добавив опоры в середине, известные как опоры или стойки, и соединяя секции между ними, вы можете создать очень длинный, устойчивый мост. В качестве примера можно привести 3,2-мильную дамбу Йоло возле Сакраменто, Калифорния, или 24-мильную дамбу Озера в Луизиане. В балочных мостах сила сжатия толкает нагрузку внутрь на опоры в середине моста. Одновременно сила натяжения вытягивает груз наружу по направлению к опорам на обоих концах моста.
3. КОНСОЛЬНЫЙ МОСТ
Некоторые мосты построены с использованием консольной конструкции. В этом типе используется стойка, закрепленная вертикально в грунте для поддержки горизонтального настила, простирающегося с одной или обеих сторон по всему пролету. Нагрузка часто поддерживается сверху и снизу. Хорошим примером консольной конструкции является водолазный щит или платформа.
Самый длинный в мире консольный пролет принадлежит канадскому мосту Квебек, построенному в 1919 году и имеющему длину 1800 футов. Он превзошел по длине мост Форта в Шотландии, строительство которого было завершено в 1890 году. В США центральный участок Мемориального моста Конде Б. МакКаллоу над заливом Куса в штате Орегон представляет собой консоль. Как и восточный участок моста Сан-Франциско-Окленд-Бей (не путать с Золотыми воротами). Многие консольные мосты комбинируются с другими типами для пересечения одного пролета.
Консольные мосты часто поддерживаются фермами. Мостовая ферма снимает нагрузку с палубы и переносит ее на опорные стойки и абатменты, помогая консольным мостам выдерживать напряжение в верхних опорах и сжатие в нижних.
4. ПОДВЕСНОЙ МОСТ
Подвесной мост является, пожалуй, самым узнаваемым типом моста в США, благодаря культовому мосту "Золотые Ворота" в Сан-Франциско. Завершенный в 1937 году, он привлекает более 10 миллионов посетителей каждый год, чтобы полюбоваться его двойными 746-футовыми оранжевыми башнями и потрясающим эффектом ар-деко.
Подвесные мосты - это как раз то, на что похоже их название: Они стабилизированы вертикальными колоннами или пилонами, соединенными подвесными тросами. К этим основным тросам прикреплены более мелкие вертикальные подвески, которые удерживают мостиковую палубу, используя натяжение - основную силу, поддерживающую подвесные мосты. Хотя первые подвесные мосты были сделаны из простых тросов, поддерживающих деревянные доски, теперь техника подвески поддерживает длинные пролеты над широкими каналами. Но так как эти мосты крепятся к земле только в паре мест (башни или колонны), они могут раскачиваться на ветру или вибрировать при прохождении тяжелого транспорта.
Ветер или движение по мосту могут создавать вибрации. Когда они достигают определенной частоты, это может вызвать опасное явление, называемое резонансом - тот же самый принцип, который вызывает разбитие стекла, если обученный певец бьет достаточно высокую ноту. Если вибрации достаточно сильны, они могут нарушить работу мостовых переходов и вызвать обрушение. На подвесные мосты также может влиять кручение, сила скручивания, часто вызванная экологическими факторами, такими как ветер, который может создать опасное движение. Если поверхность моста достаточно крутится, пока на нем находятся путешественники, их можно сбрасывать.
И в то время как скручивание создает напряжение в вертикальной плоскости, сдвиг придает аналогичный эффект в горизонтальной плоскости. Это происходит, когда силы окружающей среды оказывают давление в противоположных направлениях на одну, закрепленную часть моста, ломая ее, как палку между двумя руками.
5. ВАНТОВЫЙ МОСТ
Тросовый мост - это вариант подвесного моста, который соединяет поперечную балку или мостиковую палубу непосредственно с колоннами или башнями. Там нет основного кабеля, только большое количество вертикальных подвесок, прикрепленных к верхней части башни. Эти подтяжки используют натяжение, чтобы помочь сохранить мостовую палубу стабильной и на месте.
Мост Стрёмсунд в Швеции считается первым современным вантовым мостом. Строительство трехпролетной конструкции было завершено в 1956 году. Его стальная и бетонная палуба подвешена диагональными тросами из двух пилонов. Стеклянный палубный мост Sundial Bridge, построенный в 2004 году через реку Сакраменто в Реддинге, Калифорния, использует технику вантовой укладки в сочетании с элементами консолей и подвески. Знаменитый Бруклинский мост, открытый в 1883 году, представляет собой гибридный вантовый и подвесной мост.
6. ПРИВЯЗНОЙ АРОЧНЫЙ МОСТ (БАБОЧКА)
Арочный мост с привязными арками сочетает в себе черты арочного моста и подвесного моста. Он использует горизонтальную тягу с обеих сторон для поддержки арочной конструкции, как в обычном арочном мосту. Но вместо арки, поддерживающей конструкцию снизу, арка поднимается над дорогой, а вертикальные стяжки опускаются для усиления поддержки настила.
Эти мосты называются также мостами-бабочками, так как со стороны они выглядят как бант. Эта дуга использует натяжение своих вертикальных тросов вместе с сжатием арки, чтобы поддержать нагрузку и сохранить устойчивость моста. Примером такого стиля является деревянный мост Blackfriars Street Bridge в Лондоне, Онтарио, Канада. Он перевозил автомобильное движение с 1875 года, когда был построен, до 2013 года, когда он был постоянно закрыт. В число мостов-бабочек США входят мост Форт Питт через реку Мононгахела в Питтсбурге, мост Лоури Авеню через реку Миссисипи в Миннеаполисе и мемориальный мост Дэниела В. Хоана в Милуоки.
7. ФЕРМЕРСКИЙ МОСТ
Фронтальный мост распределяет свою нагрузку на ряд небольших секций, установленных вместе. Мостовые фермы, сформированные конструкционными балками для небольших мостов или коробчатыми балками для больших мостов, обычно соединяются между собой сварными или клепаными швами в серии треугольников.
Вертикальные стальные или деревянные опоры помогают удерживать мост с помощью натяжения, в то время как диагональные опоры ферм добавляют устойчивость при сжатии, направляя нагрузку в центр, подобно арке. Довольно недорогая конструкция ферм существует уже давно. Большинство ферменных мостов были построены из дерева в 19 веке, до перехода на железо и сталь. Привычная конструкция ферм Pratt включает диагональные сегменты, которые наклоняются в сторону центра моста. Он был представлен Томасом Уиллисом Праттом в 1844 году.
Классическим примером этого практичного и широко используемого дизайна является мост через реку Хлопковое дерево Пратт Трасс в Седар-Пойнт (штат Канзас). Он был построен в 1916 году компанией Missouri Valley Bridge Company и внесен в Национальный реестр исторических мест США.
Другие виды дизайна ферм включают в себя:
- балтиморские фермы;
- ферма Хау;
- Длинная ферма;
- ферма Вирендейла;
- ферма Уоррена;
Мост Икицуки в Японии имеет самый длинный в мире непрерывный пролет ферм. Завершенный в 1991 году, он простирается на высоте 1300 футов. Мост Фрэнсиса Скотта Ки через гавань Балтимора является еще одним примечательным примером такого дизайна.
Типы мостов от Мобильности
СТАЦИОНАРНЫЕ МОСТЫ
Фиксированные мосты довольно просты: Они закреплены на якоре и предназначены для обеспечения устойчивого и безопасного перехода через реку, каньон, железнодорожную линию, проезжую часть или другое препятствие. Многие из стилей мостов, описанных выше, относятся к этой категории. Балки двутаврового типа могут обеспечивать устойчивость в балочных мостах, например, в автодорожных эстакадах, но коробчатые балки - закрытые трубы, обычно прямоугольной формы - обеспечивают лучшую защиту от скручивания.
ВРЕМЕННЫЕ МОСТЫ
Понтонные мосты чаще всего используются в военное время для транспортировки войск, предметов снабжения и военной техники. Как правило, это временные сооружения, которые плавают прямо на воде на верхних понтонах - контейнерах, заполненных воздухом для обеспечения плавучести. Они являются преемниками древней практики выстраивания кораблей или плотов в линию, чтобы сформировать мост. Один из недостатков понтонных мостов заключается в том, что, поскольку они опираются непосредственно на поверхность воды, они препятствуют любому судну, пытающемуся проплыть через канал, который они пересекают.
ПОДВИЖНЫЕ МОСТЫ
В категорию подвижных мостов входят подъемные и поворотные мосты. Они позволяют убрать часть конструкции с пути и пропускать высокие корабли в водный путь. Приведем несколько примеров:
Подъемный мост с вертикальным подъемом - это разновидность ферменного моста, который поднимается с помощью тросов, прикрепленных к палубе. Они позволяют поднимать его с помощью шкивов, прикрепленных к верхней части башни или пилона по обеим сторонам водного пути. При поднятии палуба остается горизонтальной, а ее максимальная высота определяется высотой башен.
Палуба на разводном мостике или разводном мостике, напротив, поднимается с основания, как дверь, качающаяся вверх, часто с помощью гидравлики.
Качающиеся мосты также пропускают плавучие средства, но с использованием другого метода: Они поворачиваются горизонтально или качаются, как открывающиеся двери, на пьедестале. Они не так распространены, но иногда используются в местах, слишком широких для подъемного моста.
В мостах Traverser используются консольные конструкции, которые можно разворачивать по каналу на колесах или снимать, создавая эффект движения платформы в горизонтальном направлении.
Общие типы мостов по функциям
МОСТ ЧЕРЕЗ АКВЕДУК/ВИАДУК
Акведук - это "водный мост" на латыни. Римляне использовали арочные акведуки для переноса воды из одного места в другое. Виадук представляет собой проезжую часть, поднятую на большое расстояние серией арок.
КУЛЬВЕРТ
Калверты технически не мосты, но они похожи. Простые конструкции, обычно окруженные грунтом или другим наполнителем, позволяют воде течь под ними, а не через дорогу, тропу или железнодорожную линию. Часто они сделаны из бетона, но некоторые из них являются простыми гофрированными трубами.
ДВУХЭТАЖНЫЙ МОСТ
Двухэтажный мост может разместить больше транспорта в густонаселенных районах. Мост Янсиган Янцзы в Китае, открытый в 2019 году стоимостью 1,27 миллиарда долларов, является самым длинным двухэтажным подвесным мостом в мире, высота которого составляет 5500 футов. На верхней палубе моста имеется шесть полос для каждого направления движения по шоссе, а также пешеходные дорожки и достопримечательности по бокам. На нижней палубе расположены еще четыре полосы для местных транспортных средств, две полосы для немоторизованных транспортных средств и еще две пешеходные дорожки.
ПЕШЕХОДНЫЙ МОСТ
Пешеходные мосты или пешеходные мосты могут быть пролетами через каньоны, ручьи или проезжие части достаточно широкими, чтобы человек (или два человека рядом) мог их пересечь. Самыми ранними мостами были ступенчатые камни или поваленные деревья. Этот тип также включает в себя качающиеся мосты и дощатые набережные, которые обычно пересекают нижнюю, болотистую или песчаную местность.
ТРУБОПРОВОДНЫЙ МОСТ
Трубопроводный мост, как и следовало ожидать, построен для прокладки газового или жидкостного трубопровода. Они проходят через места, где невозможно построить газопровод под рекой или другим препятствием. Часто это подвесные мосты.
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ МОСТ
Трюссовые мосты стали заметны в 1800-х годах, когда железные дороги были вершиной транспорта, поэтому неудивительно, что многие ферменные мосты прокладывают железнодорожные пути. Другим видом железнодорожных мостов является эстакада, которая состоит из нескольких коротких балок, соединенных между собой, поддерживаемых (часто деревянными) рамами, расположенными близко друг к другу, чтобы пересекать длинный пролет.
АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ МОСТ
Дорожный мост достаточно широкий и прочный, чтобы хотя бы одно транспортное средство могло ехать в одном направлении, хотя обычно он вмещает как минимум две полосы движения противника.
Типы материалов моста
Во всем мире мосты изготавливаются практически из любого материала, включая веревки, виноградные лозы и даже мусор. Следующие материалы наиболее часто используются при строительстве мостов:
Дерево - популярный материал для ферм и эстакад в 1800-х годах, для крытых мостов также использовалось дерево. Его использование уступило место более долговечным вариантам, которые не были подвержены деформации, осколкам и термитам.
Камень - малообслуживаемый и долговечный вариант, который часто использовался для арочных мостов, камень часто использовался для мостостроения в римскую эпоху.
Бетон и сталь - В более современную эпоху для автомобильных путепроводов и т.д. чаще всего используется сочетание бетона и стали.
Передовые материалы - Строительные материалы развиваются с учетом специфических условий окружающей среды и сокращают техническое обслуживание. К ним относятся армированные фиброволокном пластмассы, высокоэффективный бетон и композитные материалы.
Силы, которые оказывают влияние на различные конструкции мостов
Что определяет тип моста, который строится в определенном месте? Проекты мостов основаны не только на эстетике. Помимо топографических и логистических условий, в которых будет построен мост, существуют и природные факторы, которые необходимо учитывать. Некоторые из сил природы действуют на мосты:
Гравитация - притягивание вниз для мостов больше, чем для зданий. В отличие от дома или небоскреба, большая часть того, что находится под мостом, - это пустое пространство.
Нагрузка - Вес самого моста сочетается с весом того, что он несет. Чем длиннее мост, и чем больше людей, машин и других вещей он несет, тем больше его нагрузка.
Сжатие - сила толкания или сжатия, которая создает внутреннее движение к центру, сжатие - это то, что помогает удерживать арочные мосты в вертикальном положении. Но при слишком сильном сжатии мост может застегнуться.
Натяжение - В противоположном направлении натяжение - это сила растяжения, которая создает движение наружу по направлению к центру. Натяжение в вертикальных тросах - это то, что поддерживает подвесные мосты. Но при слишком большом натяжении мост может заклинивать.
Кручение - Эта сила скручивания, часто вызываемая внешними силами, такими как ветер, может вызвать опасное движение в таких конструкциях, как висячие мосты. Если поверхность моста достаточно крутится, пока на нем находятся путешественники, их можно сбрасывать.
Скручивание - В то время как скручивание создает напряжение в вертикальной плоскости, скручивание - это сила, которая дает аналогичный эффект, но в горизонтальной плоскости. Это происходит, когда силы окружающей среды оказывают давление в противоположных направлениях на одну скрепленную часть моста.
Вибрация/резонанс - когда ветер или движение по мосту соответствует его собственной частоте колебаний, это может вызвать явление, называемое резонансом. Если вибрации достаточно сильны, они могут нарушить работу моста и вызвать обрушение.
Взаимодействие этих сил выглядит следующим образом: Гравитация падает на конструкцию моста. Силы сжатия толкают груз внутрь на опору посередине моста. Сила натяжения тянет груз наружу на абатменты на обоих концах моста. Когда эти силы действуют в противоположных направлениях на часть моста, это может привести к повреждению от сдвига. Ветер и большие нагрузки могут создать на мосту кручение или вибрацию/резонанс, которые также могут быть опасными. Современные мосты разработаны для противодействия этим потенциально опасным условиям.