Современные пешеходные мосты: конструкция, строительство, архитектура


                И. И. Овчинников, Г. С. Дядченко, И. Г. Овчинников









СОВРЕМЕННЫЕ ПЕШЕХОДНЫЕ МОСТЫ:

конструкция, строительство, архитектура


Учебное пособие по направлению подготовки 08.00.00 «Техника и технологии















строительства»















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020

УДК 625.745.1

ББК39.112

    0-35



Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, руководитель научного центра Поволжского отделения Российской академии транспорта, академик Российской академии транспорта, академик Российской академии архитектуры и строительных наук, заведующий кафедрой «Теория сооружений и строительных конструкций» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А., Петров В. В.;


генеральный директор ООО «Институт «Проектмостореконструкция» В. Н. Морозов





     Овчинников, И. И.
0-35 Современные пешеходные мосты: конструкция, строительство, архитектура : учебное пособие / И. И. Овчинников, Г. С. Дядченко, И. Г. Овчинников. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 312 с. : ил., табл.
        ISBN 978-5-9729-0431-0


     В учебном пособии приводятся современные конструкции отечественных и зарубежных пешеходных мостов, методы их проектирования и строительства. Особое внимание уделяется вопросам архитектурного проектирования пешеходных мостов и современным тенденциям в развитии мостостроения. Описан ряд проектов и реализованных конструкций мостов, основанных на бионическом подходе. Представлены проекты многофункциональных мостов. Приведены примеры проектов и реализованных решений многофункциональных мостов, пешеходных, пешеходно-велосипедных и велосипедных мостов различной конструкции.
                                                        УДК 625.745.1
                                                        ББК39.112






ISBN 978-5-9729-0431-0

 © И. И. Овчинников, Г. С. Дядченко,
И. Г. Овчинников, 2020
                         © Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
                         © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

                ВВЕДЕНИЕ




     Совершенствование в технологии мостостроения осуществлялось сразу на нескольких фронтах. Внедрение инновационных решений в мостостроительной индустрии, достижения в теории мостостроительных конструкций, технический прогресс в сфере оборудования для строительства мостов, а также улучшение прочностных и других показателей новых строительных материалов сыграли свою роль в развитии технологии мостостроения. Но при этом нельзя не отметить, что строительство современных мостов во многом стало возможным благодаря совершенствованию строительных материалов. Человек по своей природе стремится к внедрению все новых, инновационных решений во всех сферах деятельности, в том числе в мостостроении. Каждый новый полученный и ставший доступным строительный материал инженеры стараются применять в строительстве мостовых сооружений. Основные материалы, которые использовались и продолжают использоваться при строительстве мостов, -это дерево, камень, бетон и сталь. В последнее время появились и начинают пока осторожно, но постепенно все более активно применяться для сооружения мостов полимерные и композиционные материалы.
     Анализ работы конструктивных элементов мостовых сооружений показывает, что все они предназначены для передачи трех основных типов усилий -продольных (осевых), поперечных (перерезывающих) и изгибающих (или крутящих) моментов. До недавних пор все существующие мостовые сооружения можно было разделить на четыре основных типа: балочные (куда по характеру работы относятся и фермы), арочные, вантовые и висячие. Существовали еще и комбинированные мосты, в которых имело место сочетание двух и более видов статических схем, например балочно-вантовые мосты, вантовые мосты с пилоном арочного типа и др.
     Однако в последнее время, в связи с интенсивным развитием компьютерных технологий расчета и моделирования поведения мостовых конструкций, позволяющих проанализировать игру сил в мостовых конструкциях с учетом пространственного характера их работы, в связи с появлением новых сверхвысокопрочных материалов, а также в связи с активной работой архитекторов в сфере создания новых форм мостовых систем, появились и новые типы мостовых сооружений, такие как оболочечные мостовые конструкции, многоэлементные пространственные мостовые конструкции, управляемые мостовые конструкции и так далее.
     Принимая во внимание то обстоятельство, что в России в силу ряда и объективных, и субъективных причин при проектировании мостовых сооружений предпочтение отдавалось типовым разработкам и потому в нашей стране не получили достаточно широкого распространения мосты уникальных форм и технических решений, в настоящем пособии будут рассмотрены современные мировые тенденции в проектировании и реализации мостовых сооружений,

3

причем предпочтение будет отдаваться уникальным техническим решениям. Из-за большого объема имеющейся информации мы ограничимся пешеходными и велосипедными мостами.
     В последнее время довольно широкое применение при разработке новых конструктивных форм мостовых сооружений находит так называемый бионический подход, опирающийся на концепцию использования идей природы для решения проблем мостостроения. Мостостроительное искусство сегодня все еще нуждается в значительных улучшениях в сфере проектирования, строительства, мониторинга и так далее. Применение бионического подхода может предоставить некоторые решения этих проблем. Правда, следует заметить, что бионический подход в подавляющем большинстве случаев используется не столько инженерами, сколько архитекторами и сводится к поиску новых архитектурных форм мостовых сооружений.
     Также в мире получает развитие такое направление в проектировании, которое называется sustainable design. Четкого перевода и понимания у этого термина нет, но чаще всего используется определение: проектирование, максимально учитывающее состояние окружающей среды. То есть проектировщик любого объекта должен принимать во внимание связующие звенья всей его системы, чтобы максимально использовать ресурсы, которые непосредственно дает природа, и как можно меньше использовать те, что требуют переработки, затрат нефти, газа и других невозобновляемых источников энергии. Можно также использовать и такое определение, как «экологически рациональное проектирование». Так что можно сказать, что поле деятельности современной инженерии - это устойчивое развитие и применение инноваций. Цели деятельности инженеров - создание инновационных, эффективных, материалосберегающих конструкций. В настоящем учебном пособии мы рассмотрим применение бионического подхода к созданию мостовых конструкций.
     Система экологического взаимодействия, сформировавшаяся за миллионы лет эволюции, является очень ценным источником информации для нашего современного общества с точки зрения развития устойчивых технологий. При этом даже редкое обращение к биологическому миру в поисках подсказки может приблизить нас к пониманию того, как сделать современные мостовые инженерные конструкции адаптивными и саморегулируемыми, то есть в определенной мере превратить мостовые сооружения из неодушевленных объектов в одушевленные, живые конструкции.

4

                Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕШЕХОДНЫХ МОСТАХ




            1.1. Классификация и область применения пешеходных мостов



      В наиболее общем случае мостовые сооружения - это искусственные сооружения, предназначенные для пропуска транспорта или пешеходов через естественные (реки, овраги, горные ущелья) или искусственные (авто- или железнодорожные трассы, городские улицы) препятствия. При этом мост -это сооружение через водную преграду, путепровод - через автомагистраль, улицу или железнодорожную линию, виадук - через глубокий лог или ущелье. Несмотря на эту классификацию, традиционно все перечисленные виды мостовых сооружений, предназначенные для пропуска пешеходов, принято называть пешеходными мостами.
      Следует заметить, что история мостостроения вообще началась именно с пешеходных мостов. Впервые необходимость преодолевать естественные препятствия появилась в древнем мире, когда человеку было необходимо перебраться на противоположный берег ручья. По сути, бревно, перекинутое через небольшой ручей древними людьми, и есть прародитель современных мостов, как пешеходных, так и всех остальных. Изобретательность человека на бревне не остановилась, следом появились висячие мосты из лиан, мосты из естественного камня. Лишь много позже, с появлением первых повозок, пришлось строить мосты для пропуска транспорта. В наше время, с ростом транспортного движения, авто- и железнодорожных мостов стало гораздо больше, а пешеходные мосты занимают подчиненное положение.
      В силу ряда причин пешеходные мосты являются довольно обособленным типом сооружений.
      По характеру пересекаемого препятствия пешеходные мосты можно разделить на 3 типа:

Рис. 1.1. Общий вид пешеходного моста в г. Атырау, Казахстан

       1.       Собственно мосты, т. е. сооружения через водные преграды (рис. 1.1). В нашей стране таких мостов немного, так как традиционно в СССР, а позже и в России определяющим фактором при проектировании и строительстве мостов являлся экономический. Именно поэтому пешеходное движение, как правило, осуществлялось по тротуарам автомобильных мостов, что с экономической точки зрения более выгодно.

5

Рис. 1.2. Мост Халъгавор, Великобритания

Рис. 1.3. Пешеходный мост с пролетом 100 м

     2.       Путепроводы через автомагистрали (рис. 1.2). Такие мосты, как правило, расположены вблизи небольших населенных пунктов или железнодорожных станций. Кроме собственно пропуска пешеходного движения они выполняют ещё одну не менее важную функцию - обеспечение безопасности высокоскоростного движения на самой автостраде или железнодорожной линии.
     3.       Городские пешеходные мосты (рис. 1.3). Этот тип сооружений занимает особое место, прежде всего потому, что к ним предъявляют повышенные эстетические требования. Кроме того, интенсивность пешеходного движения на таких мостах значительно выше, чем на других.
     Часто кроме функции пропуска пешеходной нагрузки мост также может восприниматься как памятник - визуальный знак окружающей среде. Такие мосты особенно изящны и часто являются произведениями инженерного искусства.

     Еще одно важное отличие пешеходных мостов от автомобильных или железнодорожных заключается в психологии их восприятия. Большие мосты мы воспринимаем лишь косвенно, проезжая по ним на автомобиле или рассматривая со стороны на значительном расстоянии. Пешеходные мосты вос

принимаются непосредственно, мы пересекаем их, хотим потрогать и увидеть их ближе. Поэтому пешеходные мосты должны иметь масштаб, в целом и в деталях соразмерный масштабу человека.
      Важной функцией пешеходных мостов является обеспечение безопасности движения на автомагистралях и улицах города [11]. В городах со сложившейся планировкой при расположении пешеходных переходов в одном уровне с проезжей частью магистралей не только значительно снижается скорость движения транспорта и затрудняется движение пешеходов, но и увеличивается число несчастных случаев и растут потери из-за простоев транспорта. Кроме того, пешеходные переходы через проезжие части улиц в одном уровне с транспортом значительно усиливают транспортный шум на улице и увеличивают загрязнение окружающей среды, так как при торможении, остановках

6

и начале движения автомобильные моторы работают на больших мощностях, выделяя больше выхлопных газов и издавая больше шума.
     Особенно ярко это проявляется в крупных городах, где по мере роста уличного движения резко возрастает количество транспортных происшествии.
     Особое значение имеют перекрестки городских улиц, так как именно на перекрестках скапливаются пешеходы и транспорт и образуется наибольшее число так называемых «конфликтных» точек, т. е. точек взаимного пересечения транспортных и пешеходных потоков.

Рис. 1.4. «Конфликтные» точки взаимного пересечения транспортных и пешеходных потоков на перекрестке

     На рис. 1.4 показана схема обыкновенного перекрестка. Как видно из этой схемы, на перекрестке двух пересекающихся под прямым углом улиц возникает 40 «конфликтных» точек, из которых 16 чисто транспортных и 24 пешеходных и транспортных. Здесь пересекаются всего две улицы; на перекрестках же, где пересекается большее количество улиц, число «конфликтных» точек значительно возрастает.
     Лучшим видом организации движения транспорта и пешеходов будет тот, при котором пешеходы смогут пересечь улицу без подъемов и спусков, сохраняя прямолинейность направления движения, но разобщенно с движением транспорта. Такое решение возможно при многоярусном построении перекрестков и площадей, ко

гда уровень поверхности земли предоставлен только пешеходу с полным сня

тием движения транспорта.
      Однако зачастую практически это выполнить трудно и поэтому приходится принимать решения, в той или иной степени отличающиеся от этой идеальной схемы.
      Все внеуличные пешеходные переходы следует прежде всего разделять на расположенные в узлах совместно с транспортными развязками в разных уровнях (что обычно имеет место на площадях и перекрестках) и расположенные самостоятельно. Самостоятельное расположение внеуличных пешеходных переходов может иметь место как на перегонах улиц, так и на перекрестках.

7

     Устройство внеуличных пешеходных переходов является необходимым для организации пешеходного движения при пересечении городских скоростных дорог во всех предназначенных для перехода местах, независимо от интенсивности движения транспорта и пешеходов. На улицах с непрерывным движением транспорта устройство внеуличных пешеходных переходов также необходимо независимо от интенсивности движения транспорта и пешеходов. На улицах и дорогах с регулируемым и нерегулируемым движением, на улицах и дорогах, площадях и перекрестках с саморегулируемым движением внеуличные пешеходные переходы устраивают в зависимости от интенсивности движения транспорта и пешеходов и ширины проезжих частей с таким расчетом, чтобы пешеход при любых режимах движения мог бы безопасно пересечь проезжую часть.


            1.2. Элементы пешеходных мостов


     Основными размерами пешеходного моста и его элементов принято считать:
     -  полную длину L (см. рис. 1.5) между задними гранями устоев или концами пролетного строения, непосредственно соприкасающимися с насыпью подходов;
     -  параметры отверстия моста, обеспечивающего пропуск высокой воды за вычетом толщины опор;
     -  высоту H моста, исчисляемую от верха пешеходной прохожей части до уровня меженных вод;
     -  строительную высоту hc - от верха пешеходной прохожей части и до низа конструкции пролетного строения;
     -  расчетный пролет, равный при балочном пролетном строении расстоянию между центрами опорных частей, на которые устанавливают балки (фермы);
     -  расчетную ширину пролетного строения - расстояние между осями главных несущих конструкций (ферм или крайних балок);
     -  высоту тела опор - от верхней площадки до верха (обреза) фундамента;
     -  глубину фундамента и др. [7].
     Все эти размеры моста и его элементов устанавливают в процессе проектирования с учетом местных инженерно-гидрологических, геологических и судоходных условий, выявленных в процессе изысканий, а также на основе предъявленных требований по ожидаемой интенсивности движения не только в момент проектирования, но и в более далекой перспективе, соответствующей сроку службы моста.
     Для мостов через водные преграды существенное значение имеют уровень меженных вод (УМВ), расчетный судоходный горизонт (РСГ) и расчетный уровень высоких вод (РУВВ) (рис. 1.5).
     Основные элементы моста - опоры и пролетные строения. Опоры различают береговые, обычно называемые устоями, и промежуточные. Каждая опора воспринимает нагрузку от веса пролетных строений и подвижной нагрузки, 8

проходящей по ним. На устои, кроме того, действует давление насыпи подхо
дов к мосту.

Рис. 1.5. Схема пешеходного моста через судоходную реку

     Опоры имеют фундамент с надфундаментной частью. Фундаментом называют часть опоры, находящуюся ниже поверхности грунта (на суше) или ниже самого низкого (меженного) уровня воды в водотоке (водоеме) и предназначенную для передачи нагрузок на основание. Различают массивные фундаменты, состоящие из одного несущего элемента (рис. 1.6, а), и немассивные, состоящие из группы (куста) свай разных видов (в том числе забивных и буровых), объединенных в единую конструкцию плитой, называемой.ростверком (рис. 1.6, б).

Рис. 1.6. Фундаменты опор пешеходного моста: а - из одного несущего элемента;
б - из куста несущих элементов; 1 - надфундаментная часть опоры; 2 - фундамент;
3 - поверхность грунта (дно водотока); 4 - уровень размыва; 5 - несущий слой грунта;
6 - условный контур основания; 7 - подошва фундамента; 8 - боковая грань фундамента;
9 - уступ; 10 - обрез фундамента; 11 - ростверк; 12 - тампонажный слой бетона;
13 - несущие элементы; 14 - подошва тампонажного слоя;
15 - боковая поверхность ростверка

9

     Основными типами фундаментов пешеходных мостов являются: фундаменты мелкого заложения (стаканного типа и ленточные), свайные фундаменты из забивных свай, свайные фундаменты из буровых столбов.
     Независимо от типа фундаментов и особенностей их конструкции принято называть обрезом фундамента плоскость его соприкасания с надфундаментной частью опоры; подошвой фундамента - нижнюю плоскость его соприкасания с грунтом основания; высотой фундамента h - расстояние от его подошвы или конца (низа) несущих элементов до обреза; глубиной заложения фундамента d - расстояние от поверхности грунта или уровня воды в водоеме до подошвы фундамента или низа несущих элементов.
Опоры мостов воспринимают

Рис. 1.7. Опора пешеходного моста

нагрузки от пролетных строений и передают их на грунт через фундаменты. Промежуточные опоры пешеходных мостов (рис. 1.7), сооруженных через реки, могут испытывать воздействие льда и навала судов. Устои моста, кроме того, могут работать как подпорные стенки, воспринимая давление от насыпи подходов в случае их устройства в одном уровне с пешеходной частью. Материалом для опор служат бетонная, железобетонная и каменная кладки, а в редких случаях для верхней части применяют металлические конструкции. Форма и размеры опор зависят от величины и характера нагрузок, передающихся от пролетных строений, собственного веса и давления насыпи, а также в значительной мере определяются условиями прохода под мостом водного

потока, ледохода и местными инженерно-геологическими условиями. Кроме того, на размеры опор могут влиять и конструктивные требования. Например, опоры балочного разрезного пролетного строения должны быть шире, чем неразрезного, из-за необходимости расположения на опоре опорных частей для каждого пролетного строения.

      В пролетных строениях выделяют следующие составные части: пешеходную часть, основную несущую конструкцию, систему связей и опорные части.
      Пешеходная часть состоит из мостового полотна и несущих элементов. Мостовое полотно предназначено для обеспечения безопасного движения пешеходов и отвода воды. Несущие элементы пешеходной части в общем случае состоят из балочной клетки и плоской или ребристой плиты. Современные пешеходные металлические мосты проектируют в основном с железобетонной или стальной ортотропной (цельнометаллической) плитой прохожей части.

10