Мост (сооружение)

Мост, сооружение, прокладывающее путь над препятствием. Различают М.: по виду преодолеваемого препятствия — М. через реки и др. водотоки (собственно М.), через дороги (путепроводы), через овраги и ущелья (виадуки, эстакады); по роду прокладываемого пути (по назначению) — железнодорожные мосты, автодорожные мосты, городские мосты, пешеходные мосты, М. для совмещённого движения транспорта, для пропуска водных путей (М.-каналы), для целей водоснабжения (акведуки), для пропуска газо- и нефтепроводов; по материалу основных частей — деревянные мосты, каменные мосты, железобетонные мосты, стальные мосты.

Стоимость возведения М. составляет до 15% общих затрат на строительство дороги, а на современных скоростных автомагистралях и более. К М. предъявляют особые требования в отношении их прочности, надёжности и долговечности. Наряду с этим конструкции М. должны отвечать требованиям индустриального изготовления и механизированного возведения и, следовательно, обеспечивать быстрые темпы строительства при высоком качестве выполнения работ.

М., как правило, состоит из пролётных строений и опор. На пролётном строении моста расположены проезжая часть для транспорта, пешеходные проходы, трубопроводы. Различают пролётные строения речные (над судоходной частью реки) и береговые (над остальной её частью). Проезжая часть на пролётном строении может быть расположена ниже основных несущих конструкций (езда понизу) или выше последних (езда поверху). Возможно и среднее расположение проезжей части (езда посередине). Промежуточные опоры М. называют быками, а концевые — устоями. С помощью устоев осуществляется сопряжение М. с насыпями подходов. Нагрузки на опоры от пролётного строения передаются через опорные части. Встречаются системы М. (например, рамные), в которых пролётное строение составляет одно целое с опорой (в таких случаях опорные части не устраивают).

Основные размеры М. (рис. 1): полная длина L; расчётные пролёты пролётных строений, измеряемые между центрами их опирания l₁, l₂, l₃; пролёты в свету между опорами l₀₁, l₀₂, l₀₃; ширина проезжей части и тротуаров. Положение конструкций по высоте характеризуется отметками (высотами над условным горизонтом) уровня проезда (УП), горизонта меженных (низких) вод (ГМВ), горизонта высоких вод (ГВВ), подошв фундаментов опор (ПФ). Длина М. через водотоки зависит от отверстия М. — суммы пролётов в свету между опорами за вычетом так называемых конусов насыпи. Отверстие М. определяется гидравлическими расчётами.

Высота М. (отметка УП), а также пролёты в свету для главных пролётов М. через судоходные реки обычно определяются условиями пропуска судов. Для путепроводов длина пролётов в свету и отметка УП определяются габаритом нижележащей дороги. В остальных случаях уровень проезжей части обычно назначается по условиям трассирования дороги, проходящей по М.; число и длина пролётов выбираются, исходя из наименьшей стоимости М., на основании сравнения нескольких вариантов. Ширина проезжей части и служебных тротуаров (габарит М.), а также ширина и высота свободного пространства под М. (судоходный габарит) должны обеспечивать пропуск сухопутного и водного транспорта ожидаемой интенсивности. В СССР ширина проезжей части М. под один ж.-д. путь составляет 4,9 м (включая служебные тротуары). Для М. под автомобильную дорогу ширина проезжей части назначается в зависимости от числа полос движения автомобилей (при ширине одной полосы 3,5—3,75 м).

По системе основных конструкций различают балочные мосты, арочные мосты, рамные мосты, висячие мосты, вантовые мосты, комбинированные М. Особую группу образуют наплавные мосты, разводные мосты и сборно-разборные М.

Балочные М. имеют пролётные строения с несущими конструкциями в виде сплошных балок или сквозных ферм: простых, неразрезных (рис. 2, а) или консольных, с выходящими в соседний пролёт концами (консолями), соединёнными с помощью шарниров или подвешенных к ним простых балок (рис. 2, б). Неразрезные балки по сравнению с простыми несколько сложнее по конструкции, однако они экономичнее и обеспечивают более плавный профиль проезда по М., что особенно важно при высоких скоростях движения.

Арочные М. (рис. 2, в) требуют (по сравнению с балочными) меньших затрат материалов на пролётные строения. С другой стороны, опоры арочных М. в конструктивном отношении должны быть достаточно развиты для восприятия горизонтальных сил, и поэтому стоимость их возведения обычно выше, чем опор балочных М. Применением затяжки (рис. 2, г) можно освободить опоры от действия распора, но в этом случае возрастают затраты на устройство пролётного строения.

Рамные М. имеют опоры (колонны, стойки), жестко соединённые ригелями с пролётными строениями. Ригель может быть соединён с несколькими стойками (рис. 2, д). В современном мостостроении получили также распространение М., состоящие из отдельных Т-образных рам, соединённых шарнирами (рамно-консольные М.) или балками, подвешенными к концам ригелей (рамно-подвесные М., рис. 2, е).

Висячие М. (рис. 2, ж) по своей работе схожи с арочными, но в отличие от последних несущий элемент висячих М. расположен выпуклостью вниз и растянут, а распор действует на опоры в направлении внутрь пролёта. К висячим М. близки по своим конструктивным особенностям вантовые М. (рис. 2, з).

В несущих конструкциях М. комбинированных систем используют совместно части М. разных типов (например, балочных и арочных).

Историческая справка. Капитальные М. начали строить в эпоху рабовладельческого общества. В Древнем Риме, имевшем развитую сеть дорог (их общая протяжённость составляла около 75 тыс. км), было сооружено много каменных и деревянных М. и акведуков. Частично сохранившиеся каменные М. имели сплошные, преимущественно полуциркульные, своды небольших пролётов и быки, ширина которых достигала ¹/₃—¹/₂ пролёта. Строили также и лёгкие деревянные М. на сваях или наплавные М., нередко применявшиеся в военных целях. В эпоху средневековья развитие городов и расширение торговли вызвали необходимость сооружения многих М.; к этому периоду относятся несколько уникальных каменных М., имевших значительные пролёты, более пологие своды и меньшую ширину опор (например, М. Треццо через р. Адда в Италии с пролётом 72,25 м).

В России М. известны с древнейших времён. «Повесть временных лет» сообщает о постройке М. в середине 10 в. В летописи упоминается наплавной М. через р. Днепр в Киеве (1115). Сооружались и балочные деревянные М. на опорах в виде срубов из брёвен, заполненных камнем (ряжи). Широкое развитие строительство М. (главным образом каменных) получило в Армении и Грузии.

В 16—17 вв. развивались сухопутные и водные пути сообщения. Для пропуска судов требовались М. с большими пролётами. В 18 в. пролёт деревянных М. на каменных опорах достигает 119 м (М. через р. Лиммат в Германии). Выдающимся достижением того времени явился проект деревянного арочного М. пролётом 298 м через р. Неву, составленный талантливым русским механиком-самоучкой И. П. Кулибиным. С конца 18 в. в мостостроении начинают применять металл. Первый металлический (чугунный) М. был построен в Великобритании через р. Северн в 1779. Он имел пролёт около 30 м, перекрытый чугунными арками. Чугунные арочные М. получили распространение и в др. странах, в том числе в России. Один из таких М., построенный в Петербурге в 1850 русским инженером С. В. Кербедзом (ныне М. лейтенанта Шмидта), состоял из 7 пролётов по 45—47 м.

В 1-й половине 19 в. было сооружено несколько крупных висячих М. (с железными цепями) пролётами, достигавшими 265 м. Однако вследствие своего конструктивного несовершенства и недостаточной жёсткости многие из них разрушились от действия ветра или от нарастания амплитуды колебаний при проходе большого количества людей, идущих в ногу (явление резонанса). В середине 19 в. начали строить балочные стальные М. Одним из первых был ж.-д. М. «Британия», построенный в Великобритании инженером Р. Стефенсоном. М. имел пролётные строения в виде двух неразрезных балок трубчатого поперечного сечения пролётами 70 и 140 м. В этот период при проектировании и строительстве М. проводились первые опыты по их моделированию. Получает развитие теория расчёта М. Большое значение имели исследования русского инженера Д. И. Журавского, разработавшего методы расчёта раскосных ферм, балок на поперечную силу и построившего несколько крупных М. на железной дороге Петербург — Москва.

Во 2-й половине 19 в. основным типом М. становится стальной М. с балочным пролётным строением, причём для средних и больших пролётов нередко применяются сквозные фермы. В создании новых конструкций и форм пролётных строений и совершенствовании их расчёта большая заслуга принадлежит русской школе мостостроения и, в частности, профессорам Н. А. Белелюбскому и Л. Д. Проскурякову. Построенный в 1875—81 по проекту Белелюбского М. через Волгу у Сызрани длиной 1443 м (13 пролётов по 111 м) был в то время крупнейшим в Европе.

В 20 в. рост промышленного производства и совершенствование строительного дела обусловили дальнейшее развитие мостостроения; значительно увеличиваются пролёты, перекрываемые стальными пролётными строениями. Строятся такие крупные сооружения, как балочный консольный М. через р. Св. Лаврентия в Квебеке (1917) пролётом 549 м (Канада), арочный М. через пролив Килл-Ван-Калл в Нью-Йорке (1931) пролётом 503,8 м (США). В 1937 был построен висячий М. через пролив Золотые Ворота в Сан-Франциско (США) с главным пролётом длиной 1280 м.

В СССР сооружены крупные металлические М.: через Волгу у Горького и Саратова (1935), через Днепр у Запорожья (по проектам Н. С. Стрелецкого) и др. Благодаря работам Е. О. Патона в мостостроении всё шире стала применяться автоматическая сварка при изготовлении и монтаже конструкций пролётных строений.

С начала 20 в. получили значительное распространение железобетонные М. Железобетон применялся в основном для балочных пролётных строений пролётами до 50 м и для более крупных арочных пролётных строений (пролёты последних превышали 250 м). В 30-х гг. в СССР был построен ряд уникальных арочных М. из монолитного железобетона (например, М. через р. Москву у Воскресенска, М. им. Володарского через Неву в Ленинграде, Москворецкий М. в Москве и др.). В начале 40-х гг. начинают применять сборные железобетонные конструкции. После Великой Отечественной войны сооружено несколько большепролётных железобетонных арочных М., в том числе М. через р. Днепр пролётом 228 м. В СССР большой вклад в науку и практику мостостроения внесли Г. П. Передерий, Стрелецкий, Г. К. Евграфов, Е. Е. Гибшман и др.; за рубежом — Э. Фрейсине, Ф. Леонхардт, Р. Майяр, Р. Моранди и др.

Конструктивные формы современных мостов. В современном мостостроении основные конструкции металлических М. выполняются из мягких и низколегированных сталей; в отдельных случаях — из сплавов алюминия. Для конструкций ж.-д. металлических М. с пролётами до 80 м и М. на автомобильных дорогах с пролётами до 300 м обычно применяют сплошные металлические балки постоянной или переменной высоты. Главные балки соединяют между собой связями. Сверху на балках укладывают железобетонную плиту проезжей части. Плиту соединяют (специальными упорами) с металлическими главными балками, обеспечивая тем самым их совместную работу и, следовательно, экономию металла в конструкции (такие М. называют сталежелезобетонными, рис. 3). Применяют также коробчатые главные балки, которые выполняют из стальных листов, подкрепленных изнутри продольными рёбрами и поперечными диафрагмами. Плиту проезжей части на таких балках делают железобетонной или металлической. Эти пролётные строения экономичны, легки и жёстки, что даёт возможность применять их при значительных пролётах (до 300 м). Металлические пролётные строения в виде сквозных ферм могут применяться для больших пролётов (свыше 500 м). Сквозные фермы более экономичны, но сложнее в изготовлении и сборке, чем сплошные балки. Для устройства ж.-д. пути или автопроезда между фермами укладывают продольные и поперечные балки проезжей части, а по ним железобетонную плиту проезжей части или ж.-д. путь.

Металлические арочные М. сооружают для перекрытия пролётов до 500 м (при наличии прочных грунтов в основании). Чаще всего их строят в гористой местности. Один из крупнейших арочных М. (М. через р. Влтава в Чехословакии, 1967) имеет пролёт около 320 м.

Для перекрытия пролётов, превышающих 1000 м (например, при пересечении устьев глубоких рек, морских заливов и проливов, где строительство большого числа опор сложно и неэкономично), строят висячие М. Кабели их выполняют из высокопрочных стальных проволок, расположенных параллельно или свитых в тросы. Пилоны висячего М. обычно коробчатые, металлические, иногда их делают железобетонными. Наибольший пролёт (1298 м) имеет висячий М. через бухту Веррацано-Нарроус (США, 1964).

Вантовые М. находят всё большее применение при пролётах 150—350 м. Ванты, поддерживающие балку жёсткости, могут сходиться к вершине пилона или проходить параллельно друг другу. Используют и несимметричные однопилонные схемы (М. через р. Рейн в Кёльне, 1959). Двутавровые или коробчатые балки жёсткости висячих и вантовых М. располагают в плоскостях подвесок или вант. Для крупных пролётов (более 500 м) главные балки заменяют сквозными фермами.

Железобетонные М. подразделяют на монолитные и сборные. Монолитные М. бетонируют на месте строительства; сборные М. возводят из отдельных частей, изготовленных на специализированных заводах железобетонных конструкций или на приобъектных полигонах. Балочные железобетонные М. обычно имеют плиту проезжей части с тротуарами, поперечные балки (диафрагмы) и главные балки. Плита проезжей части входит в состав главных балок. В СССР широко применяют сборные пролётные строения из отдельных балок, перекрывающих весь пролёт и соединяемых между собой посредством бетонирования швов плиты проезжей части и диафрагм, сваркой металлических закладных деталей и т. п. Если арматура балок предварительно напряжена, то сами балки могут быть расчленены по их длине на отдельные блоки, доставляемые к месту строительства с заводов. Натянутая арматура обжимает эти блоки, превращая их в балку.

Большое распространение получили неразрезные консольные и рамные железобетонные М. пролётами 50—200 м. Главные балки таких М., как правило, коробчатые. Для навесных способов сооружения М. наиболее рациональны рамно-подвесные и рамно-консольные системы, т. к. для ригелей Т-образных рам, как при монтаже, так и при эксплуатации, растяжение возникает у верхней грани и требуется установка только верхней арматуры. Для неразрезных балок необходима установка и нижней арматуры, что значительно усложняет работы. С др. стороны, в неразрезных балках нет переломов профиля, поэтому в современных М. наметилась тенденция к более широкому применению неразрезных балок. В практике мостостроения имеются примеры возведённых железобетонных М. с пролётными строениями в виде сквозных ферм. Однако сложность соединения железобетонных элементов в узлах ферм ограничивает область их использования.

Арочные железобетонные М. со сплошными сводами или отдельно стоящими арками применяют при пролётах от 50—60 м до 200—300 м. В СССР арочные М., как правило, строят из сборного железобетона. Сооружают также и арочно-консольные М., в которых 2 полуарки, соединённые поверху затяжкой, образуют Т-образную раму. Построен ряд крупных мостов этой системы (например, метро-М. в Киеве).

В связи с развитием автомобильного транспорта, на автомобильных дорогах, особенно в городах, возводят сложные многоярусные сооружения мостового типа — криволинейные в плане и профиле пересечения, состоящие из железобетонных или стальных эстакад или путепроводов. Часто криволинейные пролётные строения имеют коробчатое поперечное сечение.

Опоры современных металлических и железобетонных М. выполняют обычно из монолитного бетона или сборного железобетона (облегчённой конструкции) на естественном или свайном основании.

Строительство мостов. При сооружении М. наиболее трудоёмким и дорогостоящим (до 50% общей стоимости М.) является устройство опор. В зависимости от гидрогеологических условий опоры сооружаются в открытых котлованах или путём погружения свай, массивных опускных колодцев, кессонов и сборных железобетонных оболочек. В современном строительстве для опор малых и средних М. широко применяют железобетонные сваи, погружаемые в грунт паровыми и дизельными молотами или электрическими вибропогружателями; при возведении больших М. используют сборные трубчатые железобетонные оболочки диаметром до 3 м, опускаемые способом вибропогружения (рис. 4) или с применением бурения.

Сооружение пролётных строений ведётся, как правило, способами, исключающими устройство сплошных подмостей в русле реки. При малых и средних пролётах пролётные строения или крупные их части устанавливают на опоры монтажными кранами грузоподъёмностью до 130 т. Для более крупных пролётов применяют метод сборки пролётного строения на берегу с последующей передвижкой его или перевозкой на понтонах и установкой на опоры (рис. 5). Наибольшее распространение получили так называемые навесные методы сооружения пролётных строений с наращиванием конструкции от опоры в пролёт. Для металлических пролётных строений применяют навесной монтаж с помощью крана, двигающегося по готовой части; элементы М. подаются под кран по пути на собранном пролётном строении (рис. 6). Для железобетонных пролётных строений способ навесной сборки (разработанный в СССР) предусматривает изготовление отдельных элементов конструкции (блоков) на заводе, доставку их к месту монтажа (как правило, по воде) и установку специальными кранами в проектное положение. Швы между блоками заполняют цементным раствором; применяется также клеевое соединение блоков. Нередко блоки стыкуют с помощью замыкающих балок, устанавливаемых на место теми же кранами (рис. 7). За рубежом, наряду с навесной сборкой, применяют метод навесного бетонирования: к готовой части конструкции подвешивается скользящая опалубка, в которой бетонируют участки пролётного строения, натягивая арматуру после твердения бетона. Возведение висячих М. начинается с пилонов, затем подвешивают временные кабели, с помощью которых производят навивку основных кабелей М., после чего монтируют подвески и балку жёсткости.

Строительство М. в СССР ведётся специализированными организациями (мостостроительные отряды, поезда, колонны), оснащёнными соответствующим оборудованием, механизмами, кранами большой грузоподъёмности, инвентарными вспомогательными конструкциями. Сооружение М., как правило, осуществляется индустриальными методами; на месте обычно выполняется лишь сборка готовых конструкций. Все вновь построенные М. подвергают испытаниям (на временные подвижные нагрузки), которые производятся специализированными мостоиспытательными станциями.

Расчёт мостов производится преимущественно по методу предельных состояний. Каждая часть М. (пролётные строения, опоры) должна удовлетворять условиям прочности, деформативности и трещиностойкости при действии на сооружение самого невыгодного сочетания нагрузок. Различают 2 вида нагрузок, действующих на М.: постоянные (собственный вес М., предварительное напряжение арматуры); временные (вес ж.-д. составов или колонн автомобилей и толпы людей на тротуарах, гусеничные или колёсные нагрузки, давление ветра, льда, навал судов на опоры, удары проезжающего транспорта о рельсы или тротуары, силы, возникающие при его внезапном торможении и др.). В сейсмических районах учитывают инерционные нагрузки, возникающие при землетрясении. Все расчётные нагрузки нормированы с учётом существующего движения транспорта и перспектив его развития. Методы расчёта М. основаны на достижениях математики, строительной механики, теории сопротивления материалов и др. наук. При расчётах М. широко используются ЭВМ.

Тенденции в развитии мостостроения. Современное направление в строительстве М. характеризуется повышением степени использования сборных конструкций и деталей заводского изготовления, внедрением индустриальных методов производства работ и механизации основных технологических процессов, дальнейшим развитием конструктивных систем М. и увеличением их максимальных пролётов.

При сооружении М. расширяется использование высокопрочных сталей и лёгких сплавов, применение сварки взамен клёпки; совершенствуются конструктивные формы пролётных строений за счёт применения жёстких листовых коробчатых конструкций. В железобетонном мостостроении всё большее значение приобретают применение тонкостенных конструкций из высокопрочных бетонов, унификация и типизация сборных элементов пролётных строений и опор, создание новых типов предварительно напряжённых конструкций, разработка типовых опалубок и монтажных агрегатов.

Лит.: Надёжин Б. М., Мосты и путепроводы в городах, М., 1964; Гибшман Е. Е., Проектирование деревянных мостов, М., 1965; его же, Проектирование металлических мостов, М., 1969; Евграфов Г. К., Богданов Н. Н., Проектирование мостов, М., 1966; Строительство мостов, М., 1966; Ильясевич С. А., Металлические коробчатые мосты, М., 1970; Назаренко Б. П., Железобетонные мосты, 2 изд., М., 1970.

Н. Н. Богданов, М. Е. Гибшман.

Архитектура мостов. Многие М. являются выдающимися памятниками зодчества и инженерного искусства. В наиболее распространённых до 2-й половины 19 в. каменные М. массивные устои и пролёты, созданные с затратами большого количества строительных материалов, зрительно воплощали представление об устойчивости, прочности и надёжности. В древнеримских М. было достигнуто единство архитектуры и инженерного искусства: выразительная архитектоника почти лишённой декора, массивной многоарочной конструкции придаёт М. характерное для древнеримских утилитарных построек выражение суровой мощи (мост Алькантара через ущелье р. Тахо в Испании, 98—106 н. э., строитель Гай Юлий Лацер). В конструкциях металлических М. максимально используются физико-механические свойства материала (металл хорошо воспринимает растягивающие усилия). Благодаря этому качеству металлические М. стали менее грузными по сравнению с каменными М. и приобрели важную художественную особенность — ажурность силуэта (М. через р. Дору в г. Порту в Португалии, 1881—85, инженер А. Г. Эйфель). Рациональные по инженерному и архитектурному решению металлические М. повлияли на стилистику архитектуры 20 в.

Большой пластической выразительностью обладают железобетонные М.: динамичность и зрительная лёгкость форм нередко придают своеобразное изящество крупным сооружениям (М. через р. Арв в Швейцарии, 1936, инженер Р. Майяр). Значительные размеры, крупные формы и своеобразный силуэт М. заметно влияют на архитектурный облик города (например, М. в Ленинграде, Праге, Будапеште). Поэтому конструктивное и архитектурно-пространственное решение городских М. должно быть найдено с учётом конкретных условий его расположения, окружающей природной и архитектурной среды. Особенно важной и сложной градостроительной задачей является поиск гармоничного сочетания силуэта, масштаба и конструктивного решения М. с давно сложившейся, нередко ценной в историко-художественном отношении застройкой старых городов. Примером удачного решения этих сложных проблем является мост Александра Невского через р. Неву в Ленинграде (1965, инженер А. С. Евдонин и др., архитектор Ю. И. Синица и др.): повторяя стелющийся над водой силуэт других невских мостов, он соразмерен масштабу реки и застройки её набережных.

Е. К. Иванова.

Мост через пролив Босфор (Турция). 1973.

Рис. 2. Системы мостов: а — с неразрезной балкой; б — балочно-консольная; в — арочная; г — комбинированная (безраспорная арка с затяжкой); д — рамная; е — рамно-подвесная; ж — висячая; з — вантовая; 1 — шарнир; 2 — арка; 3 — надарочное строение; 4 — затяжка; 5 — стойка; 6 — ригель; 7 — кабель; 8 — пилон; 9 — подвески; 10 — балка жёсткости; 11 — анкерная опора; 12 — ванты.

Мост через р. Енисей у Красноярска. 1960.

Мост через р. Св. Лаврентия (Канада). 1917.

Рис. 1. Схема моста: 1 — речное пролётное строение; 2 — береговые пролётные строения; 3 — проезд; 4 — быки; 5 — устои; 6 — опорные части.

Рис. 6. Навесной монтаж мостовых сквозных ферм.

Рис. 3. Пролётное строение со сплошными двутавровыми балками: 1 — главные балки; 2 — железобетонная плита проезжей части; 3 — покрытие проезда; 4 — тротуары; 5 — связи.