Дипломная работа на тему: Искусственные сооружения автомобильных дорогах

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.

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.

Оглавление

- 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

Заключение

Повышение эффективности мостостроения и тоннелестроения в нашей стране в соответствии с решениями- XXVII съезда КПСС требует дальнейшего совершенствования и широкого внедрения прогрессивных конструкций и технологий, осуществления комплексной механизации работ на основе научно-технического прогресса, повышения производительности труда, снижения стоимости и материалоемкости сооружений.

Для успешного решения этой задачи научные и проектные организации ведут разработку новых типовых проектов сооружений, а строители внедряют гибкую технологию массового строительства на основе применения унифицированных конструкций преимущественно заводского изготовления, используют инвентарную технологическую оснастку для строительства скоростными методами.

Создается номенклатура эффективного оборудования достаточно универсального вида для применения в различных условиях.

Большая творческая работа советских ученых, проектировщиков и строителей направлена на дальнейшее развитие и совершенствование индустриальных методов мостостроения и тоннелестроения.

Список литературы

1. Колокова Н.М., Копац Л.Н., Файнштейн И.С. "Искусственные сооружения". М.: Транспорт 1988