Конструкция стального моста представляет собой сложное инженерное сооружение, включающее два главных компонента: пролетное строение и опоры. Пролетное строение – это центральная часть моста, по которой перемещаются люди и транспортные средства. В зависимости от конструкции пролетов, мосты подразделяются на разные типы. Концы пролетных строений опираются на опоры, закрепленные на фундаменте. Опоры, расположенные на краях, называются устоями, а те, что поддерживают пролетные строения между ними, именуются быками.
Металлические мосты состоят из различных типов балок, арочных конструкций, подвесов, а также ферм. За счет разнообразных комбинаций этих элементов инженеры разрабатывают оригинальные архитектурные решения, создавая различные виды металлических мостов.
Металлические пролетные строения мостов соединяются между собой несколькими способами, среди которых выделяют три основных типа:
- Болтовые монтажные стыки (фрикционные). Эти соединения применяются в регионах с жестким климатом, где необходимо компенсировать изменения размеров конструкции из-за тепловых расширений. Соединения могут быть на обычных болтах и на высокопрочных, обеспечивающих фрикционные соединения за счет силы трения. Болтовой метод требует использования специального оборудования, и его минусами являются высокая стоимость монтажа и крепежных элементов.
- Комбинированные монтажные соединения. Этот тип соединений сочетает использование болтов и сварных швов, что позволяет создать прочную цельную конструкцию. При проектировании таких мостов учитывается необходимость комбинирования двух методов для каждого нагруженного узла. Монтаж таких конструкций требует различных методов сборки и сварки, что обеспечивает надежность и долговечность моста.
- Цельносварной монтаж. Этот тип соединений считается наиболее перспективным и универсальным. Технология сборки и сварки учитывает все нюансы для качественного соединения монтажных единиц.
Из какого металла делают мосты?
При строительстве металлических мостов используются специализированные виды стали, включающие прокат различных профилей, таких как листовой, угловой, двутавровый и швеллерный. Для некоторых компонентов также применяют стальное литье.
Основным материалом для изготовления элементов металлических мостов является углеродистая низколегированная сталь, которая характеризуется низким содержанием углерода (до 0,25%). В мостостроении применяются стали высокого качества, которые легируются специальными добавками для увеличения прочности. Среди углеродистых сталей, используемых в мостах, выделяют Ст3 мостовую спокойную, подходящую для клепаных конструкций, и М-16С, предназначенную для сварных конструкций. Из низколегированных сталей часто применяются 15ХСНД, 10ХСНД и 10Г2СД.
Заклепки обычно изготавливаются из более мягкой стали марки Ст2 закл., а высокопрочные болты – из легированной термоупрочненной стали 40Х.
Виды металлических мостов
Все мосты выполняют схожие функции, но их конструкция может существенно различаться. Металлические мосты условно можно разделить на несколько типов:
- Балочные мосты
Это наиболее распространенный тип мостов. Основой конструкции служит горизонтально уложенная стальная балка, опирающаяся на опоры. На эту балку укладываются меньшие балки, формирующие пролетное строение. Балки могут быть двутавровыми или коробчатыми. Балочные мосты бывают с цельными и разрезными балками. Они часто используются для строительства автомобильных и пешеходных мостов в городах. - Рамные мосты
Рамные стальные мосты отличаются жестким соединением пролетного строения с опорами. Рамы таких мостов могут быть шарнирными, устанавливаемыми в местах соединения стоек опор с фундаментом, или без шарнирными, если отсутствуют слабые грунты и подвижные опоры. Для небольших пролетов рама делается монолитной, для больших – многопролетной. Такие конструкции часто применяются для автодорожных виадуков. - Висячие и вантовые мосты
Главной особенностью этих мостов является использование гибких конструкций, таких как стальные канаты, тросы, цепи и ванты. Эти мосты иногда называют подвесными. Центральные канаты или тросы подвешиваются к пилонам, к которым затем крепятся канаты, поддерживающие пролетное полотно. Если дорожное полотно поддерживается канатами, непосредственно закрепленными на пилонах, такой мост относится к вантовому типу. - Разводные мосты
Разводные мосты – это сложные инженерные сооружения с подвижными пролетными строениями, позволяющими пропускать суда. На судоходных реках часто выгоднее построить разводной мост, чем сооружать длинные пролеты. Каждый разводной мост уникален и требует специализированного оборудования и оператора. - Комбинированные мосты
Эти мосты объединяют в себе элементы различных типов конструкций, что позволяет адаптировать их к специфическим условиям эксплуатации и ландшафта.
Коррозия металлических мостов
На срок службы мостов влияют множество факторов: от повышенной влажности и резких перепадов температур до воздействия солей, а также различных физических и химических агентов.
Для металлических мостов наиболее характерна электрохимическая коррозия. Она возникает, когда на поверхности металла образуются анодные и катодные участки. Под воздействием влаги, которой подвергаются элементы конструкции, эти участки электрически соединяются, что и приводит к коррозии. Выхлопные газы автомобилей, насыщенные агрессивными химическими соединениями и хлоридами (особенно в зимний период при использовании противообледенительных реагентов), наряду с грязью, попадающей с дорог на металлические элементы мостов, значительно ускоряют коррозионные процессы. Это особенно заметно в местах с затрудненной вентиляцией.
Механическое воздействие песка, щебня и других абразивных материалов, попадающих на лакокрасочное покрытие, также способствует его повреждению и износу, что в свою очередь увеличивает скорость коррозии. Внешние факторы, такие как блуждающие токи, могут дополнительно усилить этот процесс.
Проблему усугубляет то, что эксплуатационные сроки стальных конструкций и периодичность их антикоррозионной защиты часто не соблюдаются. Коррозия представляет серьезную угрозу для мостов, так как она снижает их несущую способность и может привести к разрушению конструкции. Ржавчина, которая является результатом коррозии, увеличивается в объеме, что может нарушить прилегание конструкционных элементов друг к другу, создавая дополнительный риск аварийных ситуаций.
Серебряный мост
В 1967 году Серебряный мост, связывавший Пойнт-Плезант с Канаугой, неожиданно обрушился в воды реки Огайо. В этот момент по мосту двигались автомобили, мост начал качаться, а затем рухнул в реку. Расследование показало, что причиной столь масштабной катастрофы стала маленькая трещина, образовавшаяся в подшипнике из-за коррозии.
Мост Гринвич
В 1984 году в американском городке Гринвич произошло еще одно трагическое событие: рухнул автомобильный мост через реку Мианус. Причиной обрушения стало проржавевшее крепление подъемного механизма, не выдержавшее веса двух грузовиков. Исследование показало, что коррозия подшипников штифтов кронштейнов, удерживающих пролёт моста, привела к механической поломке. Коррозия, увеличив объем подшипников, вызвала смещение конструктивных элементов, что привело к разрушению моста при проезде грузовиков.
Мост Кинзу
Мост Кинзу, железнодорожная эстакада через реку Кинзу в Пенсильвании, был разрушен в 2003 году мощным торнадо. Основной причиной разрушения стали ослабленные коррозией анкерные болты, которые удерживали мост на его основании. Это событие стало очередным примером того, как коррозия может привести к катастрофическим последствиям.
защита металлических мостов от коррозии
Защита металлических мостов от коррозии
Для эффективной защиты мостов от коррозии одним из основных методов является нанесение специального защитного покрытия на металлические элементы. Однако, традиционные лакокрасочные материалы не всегда обеспечивают долговременную защиту в условиях эксплуатации мостов. Нанесение 2-5 слоев краски обычно гарантирует защиту на срок от 4 до 10 лет, после чего необходимо обновлять покрытие.
Более устойчивый и долговечный метод, способный продлить срок службы моста до 50 лет, – это горячее цинкование. Однако этот метод тоже не лишен своих сложностей. Окрашивание горячеоцинкованных элементов может быть затруднено, особенно если речь идет о уже действующем мосте. Даже при транспортировке и монтаже новых конструкций существует вероятность повреждения защитного слоя, что может снизить его эффективность.
